食源蛋白水解物/多肽与糖类物质美拉德反应产物在食品应用中的研究进展

丁 俭，黄祯秀，杨梦竹，黄永超，马树林，方 勇

（南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，江苏 南京 210023）

蛋白水解物/多肽和糖类物质是食品功能原料两类重要的食源性生物大分子，具有来源丰富、营养价值高、开发潜力大的优势。近年来，基于食源蛋白水解物/多肽和糖类物质之间通过共价或非共价作用形成的复合物，因其分子结构特殊、营养功能突出和生物相容性好等特点对食品的加工品质、功能特性和营养健康功效具有重要影响；同时Tamura等[1]的报道揭示了蛋白多肽-糖类复合物与营养健康之间具有关联性，对改善机体功能具有重要作用，因此，相关研究在食品领域备受关注。

蛋白水解物的出现主要是由于大多数天然蛋白质在实际应用中不能表现出较好的理化和功能特性，需要通过可控酶解技术打断蛋白质分子间部分肽键，得到含有一系列不同分子质量的蛋白水解物、多肽和游离氨基酸。蛋白经过可控酶解降低了分子质量，增加了表面电荷，使蛋白结构部分展开，暴露氨基酸疏水基团，改善了蛋白质结构、功能和生物活性[2]。研究表明，与蛋白质相比蛋白水解物/多肽一般由2～20 个氨基酸残基组成，分子质量小于6000 Da，有良好的溶解性、乳化性、渗透压、高消化率和抗氧化性等[3]。食源蛋白水解物/多肽虽然具有良好的功能特性，但仍存在乳化能力不强、形成乳液界面不稳定、功能营养应用受限等问题，研究发现通过与糖类物质相互作用可以对蛋白水解物进行改性[4]。目前制备蛋白-糖类共价复合物的方法主要通过酶法和化学法合成，在食品加工中美拉德反应实用、简单、高效，是形成蛋白-糖类物质共价复合最常见的方法之一[5-7]。而且美拉德反应可以自然发生，不需要添加其他成分，在改善食品稳定性、风味和色泽的同时可提高蛋白水解物的乳化性、凝胶性和抗氧化活性等功能性质，且形成的共价键比静电结合的非共价键更稳定。相比于蛋白-糖类物质形成的共价复合物，蛋白水解物/多肽与糖类物质形成的复合物分子质量更小、共价效率更高、功能营养特性更好，也具有稳定易被胃肠道消化分解的生物活性化合物等作用。此外，其抗氧化、抗炎、抗菌和免疫调节等生物活性更好，在包埋和递送体系中具有很好的应用前景。虽然美拉德反应产物益处诸多，但也有不可忽视的负面效应，需要对该反应进行适当控制，避免晚期糖基化终产物对人体造成的危害。

本文系统综述食源蛋白水解物/多肽与糖类物质通过美拉德反应得到的共价复合物在食品研究中的相关研究进展，聚焦食源蛋白水解物/多肽与糖类物质美拉德反应产物的物化特性、分子结构、功能活性和产业应用方面进行综述（图1），主要包括：1）食源蛋白水解物/多肽与糖类物质与蛋白-糖类物质发生美拉德反应机制的区别与制备方法；2）食源蛋白水解物/多肽-糖类共价复合物的结构特征和功能特性，如在溶解性、乳化性、起泡性和冻融稳定性方面的优势；3）食源蛋白水解物/多肽-糖类共价复合物的生物活性，如抗氧化性、抗炎、抗菌、调节肠道菌群、抗骨质疏松、提高免疫力等；4）食源蛋白水解物/多肽-糖类共价复合物在食品、医药行业中的潜在应用，如风味物质的调控、递送体系构建、提高生物利用度、可食用膜/涂层制备等。本文概述食源蛋白水解物/多肽与糖类美拉德反应产物在食品领域的研究及应用进展，并展望其未来发展方向，为食品工业中新型食品资源挖掘利用提供理论指导，对促进其在功能食品开发与产业应用方面具有一定的意义。

图1 食源蛋白水解物/多肽与糖类物质美拉德反应产物在食品研究中的功能特性和应用Fig.1 Functional properties and applications in food research of food-derived protein hydrolysates/peptides-saccharide Maillard reaction products

1 食源蛋白水解物/多肽与糖类物质来源

1.1 美拉德反应中食源蛋白水解物/多肽的来源

美拉德反应中食源蛋白水解物/多肽和糖类物质的来源如图2所示，其中蛋白水解物/多肽主要通过化学水解和生物酶解技术获得，在食品工业中化学水解由于反应强烈，故较少采用。常用条件温和的生物酶法获取，常见的蛋白酶主要有丝氨酸蛋白酶（胰酶、碱性蛋白酶、复合蛋白酶）、半胱氨酸蛋白酶（木瓜蛋白酶[8]、菠萝蛋白酶）、酸性蛋白酶（胃蛋白酶[9]、米曲霉蛋白酶）、金属蛋白酶（中性蛋白酶、风味蛋白酶）等[10]。食源植物蛋白和动物蛋白经蛋白酶酶解后经过离心、超滤、分离获取蛋白水解物多肽。植物蛋白水解物来源主要包括豆类、谷类，动物蛋白水解物主要包括乳类、肉类、蛋类和水产类等。当前小分子蛋白肽的制备一般先通过蛋白酶酶解后进行活性肽组分粗分离，再联合柱层析等分离纯化技术制得，但分离纯化系统存在成本高、样品处理量小等缺点[11]。因此，现代食品加工大多使用蛋白质可控酶解技术得到水解物，通过控制水解条件和水解度，利用超滤技术获得生物活性强、目标分子比例高的蛋白水解物/多肽，这些蛋白水解物/多肽相比于未水解的蛋白其功能营养特性、生物活性更好，可以拓宽蛋白的应用范围并提高商品价值[12-13]。

图2 美拉德反应中食源蛋白水解物/多肽与糖类物质的主要来源Fig.2 Major sources of food-derived protein hydrolysates/peptides and saccharides used in Maillard reaction

1.2 美拉德反应中糖类物质的来源

含有羰基的糖类物质都能与食源性蛋白质、蛋白水解物/多肽发生美拉德反应，如还原糖中的葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖和麦芽糖等，还有二糖、寡糖、多糖和多聚糖等。这些糖类物质的主要来源是谷类、薯类、根茎类、菌类、乳类等食物，如稻谷、小麦、马铃薯、木耳、水果、蔬菜、牛奶等。例如功能性好且应用广泛的β-葡聚糖，其属于纤维类多糖，存在于多种食物中，包括酵母、燕麦麸、大麦纤维、菌类、灵芝和藻类等，具有降血压、降血糖、调节免疫力等作用[14-15]。此外，还有食用菌生物活性多糖、黄芩多糖、枸杞多糖等，具有抗衰老、抗肿瘤、抗病毒和增强免疫力等生物活性[16-18]，这些糖类物质与蛋白美拉德反应产物常应用于医疗保健和药物开发。再如新兴的益生菌胞外多糖主要来源于双歧杆菌、植物乳杆菌等分泌到细胞外的次级代谢产物，其不同的单糖组成、支链结构使其具有不同功能，如抗氧化、抗炎、抗肿瘤、调节机体肠道菌群平衡等[19-21]，这些糖类物质在未来食品研究中具有极大潜力，其与蛋白、蛋白水解物/多肽产生的复合物在功能保健食品领域也具较大的发展空间。

2 食源蛋白水解物/多肽与糖类物质发生美拉德反应的机制及影响因素

2.1 食源蛋白水解物/多肽与糖类物质发生美拉德反应的机制

美拉德反应亦称非酶褐变，反应的本质是糖类物质的羰基化合物和蛋白质氨基之间发生反应，该反应经历缩合、聚合等复杂的化学过程最终生成棕色甚至黑色的大分子物质类黑精[22]。蛋白水解物/多肽与糖类物质发生美拉德反应的机制与蛋白和糖类物质反应机制基本相同，一般蛋白水解物/多肽与糖类物质发生美拉德反应也要经历以下3 个阶段（图3）。

图3 蛋白-糖类物质与蛋白水解物/多肽-糖类物质发生美拉德反应的途径[23]Fig.3 Pathways of protein-saccharide and protein hydrolysates/peptides-saccharide Maillard reaction[23]

初级阶段：风味前体物质形成。该阶段主要包括羰氨缩合和分子重排反应。如蛋白水解度较低其反应机制与蛋白类似。若体系中有醛糖存在，则经Amadori重排生成中间体1-氨基-1-脱氧-2-酮糖；若有酮糖存在，则经Heyns重排形成中间体2-氨基-2-脱氧-1-醛糖。若在酸性条件下，重排产物会失去氨基酸或氨基形成3-脱氧糖酮的中间体；若在中性、弱碱性条件下形成1-脱氧糖酮中间体，在反应体系中中间体属于不挥发性香味物质的前体成分，但不会对食品色泽和香味的变化产生影响。如蛋白水解物/多肽分子质量较小，会发生寡肽的断裂、聚合再与糖类物质发生Amadori重排，但反应速率较快。

中间阶段：风味物质的形成。此阶段主要包括4 种反应：1）脱氧糖酮脱水形成呋喃型化合物。在pH≤7条件下，重排产物易发生1,2-烯醇化反应；在pH＞7且温度较低条件下，重排产物易发生2,3-烯醇化反应。主要产物有糠醛、4-羟基-5-甲基-3(2H)-呋喃酮、4-羟基-2,5-二甲基-3-(2H)-呋喃酮和麦芽酚等。2）糖类物质裂解。美拉德反应混合物中糖类物质初级裂解主要是通过中间体脱氧糖酮的逆醛化反应，生成乙二醛、丙酮醛、丁二酮等风味产物。此外，可以通过糖类物质裂解产生α-二羰基化合物。3）氨基酸的Strecker降解。Strecker降解是羰基化合物在热处理下和氨基酸发生转氨基反应，氨基酸脱去羧基生成醛，同时产生CO2。4）氨基酸碎片和糖类物质碎片的缩合反应。糖类物质裂解和氨基酸的Strecker降解形成的不稳定碎片相互间反应形成更稳定的风味物质，如吡嗪、吡啶、噻唑、硫代烷、烷基硫醇等。

高级阶段：以类黑素的形成为核心。中级阶段生成的高活性化合物会进一步发生聚合反应生成含氮棕色聚合物，反应过程包括醇醛缩合、杂环化与醛胺聚合等，最终形成类黑素物质[24]。如小分子多肽可直接形成二酮哌嗪类、含硫化合物和有特殊风味的物质。

蛋白水解物与蛋白质均能与糖类物质经上述3 个阶段发生美拉德反应，最大的区别是多肽相比大分子蛋白反应活性更高，而且蛋白水解物的营养消化特性更好，美拉德反应过程中能生成更多的类黑精物质，且在美拉德反应中多肽可以弥补蛋白-多糖美拉德反应产物的感官缺陷。孙常雁等[25]研究发现乳蛋白水解物多肽相比于乳蛋白，与葡萄糖发生美拉德反应后形成更多特殊的香味物质。Zhang Yuangang等[26]的研究也显示，酪蛋白水解物与葡萄糖反应体系中，酪蛋白肽通过与葡萄糖的美拉德反应可直接形成挥发性风味化合物。越来越多的研究证明，由蛋白水解物/多肽与糖类物质制备的美拉德产物可显著影响食品的风味特性[27]。虽然蛋白水解物/多肽与糖美拉德反应共价复合物可以对食品的风味和生物活性产生积极影响，但其负面影响仍然不容忽视。美拉德反应晚期终产物与糖尿病、慢性肾衰竭、心血管疾病以及神经疾病等病理过程密切相关。因此，应适当控制美拉德反应进程，减少有害物质的生产，降低美拉德反应晚期终产物带来的健康风险。

2.2 食源蛋白水解物/多肽与糖类物质美拉德反应产物的制备方法

蛋白质与糖类物质美拉德反应条件同样适合制备蛋白水解物/多肽与糖类物质的美拉德反应产物，目前其主要通过湿热法和干热法两种方法制备，这两种方法对于反应物种类和反应温度的要求不同（表1）。湿热法是将反应物溶于去离子水或缓冲溶液中，混匀置于密闭装置进行加热反应，多用于小分子糖与蛋白的共价。湿热法应用更广，但受反应温度、时间及体系pH值等因素影响较大。干热法是将反应物分别溶解在水或缓冲溶液中，二者混合均匀后冷冻干燥，将粉末置于密闭容器中通过加热进行反应。干热法可使蛋白质或蛋白水解物的氨基保持非聚集状态，且反应温度低于蛋白质的变性温度。干热法反应后产物的褐变程度较低，并且反应产物便于储藏。但干热反应所需时间较长，通常需要2～3 周，反应条件严格且效率较低[28]。与干热法相比湿热法所需时间短、速度快，但反应所需的温度较高，在高温条件下蛋白或蛋白水解物容易发生聚集和变性使某些生物活性丧失；而且反应产物的褐变程度较高，虽然应用广泛但在工业生产中仍存在一定缺陷[29]，目前有关干热法制备蛋白水解物与糖类物质共价复合物的报道较少。

表1 食源蛋白水解物/多肽-糖类物质美拉德反应产物制备方法的比较Table 1 Comparison of the preparation methods of Maillard reaction products from food-derived protein hydrolysates/peptides and saccharides

美拉德反应共价复合物制备的研究较为成熟，随着研究手段的不断改进，一些新技术手段也被用于辅助美拉德反应的进行，如微波[44]、超声[45]等技术。微波加热作为一种新型的快速加热技术在国内逐渐流行，并应用于食品热加工，微波加热可以在反应过程中有效降低营养物质的损失，减少焦糖化[46]。Zhao Chengbin等[47]利用超声预处理促进蛋白质与糖类物质的美拉德反应，结果表明超声预处理增加了氨基酸的利用率，丰富了反应过程中挥发性化合物的种类，使美拉德产物具有更高的接枝度和更多的膨胀结构，从而增强了其溶解性和乳化能力等。虽然这些技术会在一定程度上提高美拉德产物的功能特性，提高了反应速率，但其作用机理和反应动力学更为复杂，成本较高，在工业化、规模化的生产中仍需进一步降低能耗和成本。

2.3 影响食源蛋白水解物/多肽与糖类物质美拉德反应的因素

影响食源蛋白水解物/多肽与糖类物质美拉德反应因素如图4所示，主要包括蛋白水解物/多肽种类、糖类物质分子结构、反应温度、pH值、反应物比例和反应时间等[48]。反应物类型对美拉德反应速率影响占主导作用，一般认为，美拉德反应的速率与蛋白质/多肽的分子质量成反比，蛋白水解物/多肽与糖类物质发生美拉德反应的速率更高，主要是由于蛋白水解物/多肽经酶水解后分子质量降低，同时暴露的氨基酸基团数目增加。Dong Shiyuan等[49]研究发现酪蛋白肽-葡萄糖美拉德反应产物作为乳化剂在pH 3.0抗氧化活性高于pH 7.0时抗氧化活性，这可能是由于美拉德反应产物在pH 3.0时带正电荷可有效排斥金属阳离子起到抗氧化效果。Cermeño等[50]分析了不同水解度的乳清蛋白与角叉菜胶发生美拉德反应对产物的影响，结果显示，不同水解度的乳清蛋白水解物与角叉菜胶的比例会影响美拉德反应共价物的分子质量，但反应时间对共价程度影响不显著。Chiang等[51]研究发现牛骨蛋白水解物与核糖美拉德反应过程中褐变程度和风味物质形成受蛋白水解度的影响，随水解度的增加褐变程度增大，风味成分中起主要贡献的吡嗪类、2-呋喃和苯甲醛等含量增加，这可能是因为更高的水解程度使小分子氨基酸含量增加，提供了更大比例的低分子质量多肽与核糖反应，促进了美拉德反应过程中类黑素和挥发性化合物的生成。所以如何调控美拉德反应的影响因素，最大化发挥其优势，有效控制反应进程一直是该领域需要攻克的难题。

图4 蛋白、蛋白水解物/多肽与糖类物质发生美拉德反应的影响因素Fig.4 Factors influencing Maillard reaction between proteins,protein hydrolysates/peptides and saccharides

2.4 食源蛋白水解物与糖类物质美拉德反应产物的结构表征

蛋白水解物/多肽与糖类物质发生美拉德反应形成的共价复合物需要对复合物分子质量和分子结构进行表征，证明两者共价结合及结构的改变，最常见的表征方法主要包括：十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electropheresis，SDS-PAGE）、体积排阻色谱（size exclusion column，SEC）、傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）、高效液相色谱串联质谱（high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry，HPLC-MS/MS）、圆二色光谱和荧光光谱等。

共价复合物的形成首先对分子质量大小进行测定，SDS-PAGE和SEC是测定美拉德反应产物分子质量最常见的方法。He Wanying等[52]通过SDS-PAGE测定了玉米醇溶蛋白水解物与葡聚糖美拉德反应产物的分子质量，结果表明相比于未共价的玉米醇溶蛋白水解物分子质量，美拉德产物的低分子质量条带数量减少，高分子质量条带数量增加且条带强度随美拉德反应时间的延长而增加。Zha Fengchao等[53]也通过SDS-PAGE和SEC证实了美拉德反应中阿拉伯树胶使豌豆蛋白水解物分子质量增加。Chiang等[51]同样利用SECHPLC测定牛骨蛋白水解物与核糖美拉德反应产物的分子质量，结果表明在1000～5000 Da的低分子质量肽参与了美拉德反应，且反应后分子质量增加。

FTIR也被广泛应用于分析蛋白质分子的共价键。利用红外光谱分析共价复合物分子在振动-转动过程中偶极矩的变化、吸收峰对应的波数和强度，反映化合物分子的结构变化。FTIR可以鉴定美拉德反应产物中蛋白质氨基和还原糖羰基之间形成的糖肽键，Zhao Tiantian等[54]通过FTIR表征鳀鱼蛋白水解物与D-核糖发生美拉德反应后蛋白结构的变化，结果表明，鳀鱼蛋白水解物的酰胺I区（1600～1700 cm－1，C＝O拉伸）最大吸收峰在1649 cm－1处，而反应后复合物的最大吸收峰在1652 cm－1处，酰胺I区最大吸收峰的位移说明蛋白质/肽的酰胺键C＝O和N－H发生美拉德反应，产物中具有新基团（Amadori化合物的C＝O、Schiff碱的C＝N等）。此外，1180～953 cm－1处特征吸收峰（对应C－C和C－O的伸缩振动和C－H键的弯曲振动）的位移都是由于核糖共价。由此可知，通过FTIR的酰胺I区肽链的C＝O伸缩振动、酰胺II区特征吸收的变化也可以表征美拉德反应产物蛋白二级结构的变化。Zhang Cheng等[55]利用FTIR表征壳聚糖添加所引起菜籽蛋白水解物二级结构的改变，其中α-螺旋含量增加，β-转角和无规卷曲含量降低。另外，圆二色光谱也是用于表征美拉德反应产物结构的常用手段，Pan Yi等[56]研究乳清蛋白水解物与糊精的美拉德反应，圆二色光谱结果表明乳清蛋白水解物反应后β-折叠含量增加，α-螺旋和无规卷曲含量减少，主要是美拉德反应过程中涉及羰基和ε-氨基之间的缩合，导致α-螺旋结构含量降低。荧光光谱主要通过荧光强度和最大波长位移的变化说明氨基酸微环境的改变，进而表征蛋白水解物三级结构的变化，乳清蛋白水解物与半乳糖反应后最大发射波长由356.6 nm增加至362.6 nm，荧光强度增加，证明美拉德反应影响了大米蛋白水解物的三级结构[57]。

此外，还可以采用HPLC-MS/MS、核磁共振对复合物进行结构分析。Fu Yu等[58]研究氨基葡萄糖糖化对猪血浆蛋白水解物的结构修饰，采用HPLC-MS/MS分析表明在糖化蛋白水解产物中修饰位点主要位于赖氨酸和精氨酸残基上。高效液相色谱法和离子色谱法等方法对于复杂样品的分析效果不理想，且无法分离结构相似的Amadori与Heyns化合物，而HPLC-MS/MS极大提高了Amadori化合物定性及定量的准确度，因此得到广泛应用[58]。虽然电喷雾电离质谱和基质辅助激光解吸电离质谱可以准确测定蛋白分子质量，但迄今为止，在鉴定糖化蛋白水解产物和分析美拉德反应的交联程度信息很少，因此有待进一步研究。

3 食源蛋白水解物/多肽与糖类物质美拉德反应产物的功能性质

3.1 溶解性

食源蛋白水解物/多肽与糖类物质美拉德反应产物的功能性质如图5所示，其中溶解性会直接影响食品的黏度、凝胶性、起泡性、乳化性等功能特性，而美拉德反应可提高蛋白水解物的溶解性，进而改善其功能特性，被认为是一种极具潜力的食源蛋白功能改性方法。蛋白水解物的溶解性也会受到糖类物质的影响，Li Yue等[59]利用葡萄聚糖与大米蛋白水解物进行美拉德反应，相对于未发生美拉德反应的蛋白水解物溶解度提高3.5 倍，同时乳化活性和乳化稳定性提升5～7 倍。Anzani等[60]评价了葡聚糖通过美拉德反应改善牛皮胶原基多肽的溶解性，结果表明共价复合物的溶解性与蛋白水解物分子质量的大小有关，小分子质量的蛋白水解物美拉德反应产物溶解性更好。溶解性的改善主要是美拉德反应使糖类物质修饰蛋白水解物，增加多肽分子上的亲水羟基比例，从而使其溶解度得到显著提升。通过美拉德反应提高蛋白水解物溶解性是其功能改性的有效途径，探索精准控制食源蛋白水解物与糖类物质美拉德反应进程的方法，对提高其溶解性具有重要意义。

图5 食源蛋白水解物/多肽与糖类物质美拉德反应产物的功能性质和营养生物活性Fig.5 Functional properties and nutritional bioactivities of Maillard reaction products from food-derived protein hydrolysates/peptides and saccharides

3.2 乳化活性与乳化稳定性

部分食源蛋白经水解或过度水解后，蛋白水解的乳化稳定性降低，为改善蛋白水解物的乳化能力，利用糖类对蛋白水解物进行糖基化修饰，使得多糖更多亲水基团接入蛋白水解物，改善蛋白水解物的乳化能力。糖类的共价可以促进疏水氨基酸的暴露和美拉德产物在油-水界面的吸附，提高乳化活性，因此美拉德反应产物可以作为一种新型的乳化剂[61-63]。齐明[64]对比研究了苦荞蛋白水解物分别与葡萄糖、麦芽糊精和葡聚糖发生美拉德反应产物的区别，结果表明产物的乳化性与多糖分子质量有关，分子链较长的葡聚糖形成共价复合物乳化性最好，具有促进网状结构形成提高液滴稳定性的作用。Zha Fengchao等[53]利用阿拉伯胶与豌豆蛋白水解物制备美拉德反应产物，有效提高了复合的表面疏水性和空间排斥力改善乳液稳定性。美拉德反应产物的乳化性也与蛋白水解物的水解程度有关。在对酪蛋白疏水肽-阿拉伯胶共价复合物的研究中发现，酪蛋白水解度越大形成复合物的乳化稳定性越低，因此要通过适当的酶解释放蛋白水解物的柔韧性和表面活性[65]。此外，多糖与蛋白水解物的共价结合有助于水解物在油-水界面空间位阻的增强降低界面张力，提供高静电斥力及空间位阻，同时大分子多糖的加入会提升乳化体系的黏度，从而降低液滴的迁移速率，减少油滴之间的碰撞、絮凝，从而提高乳液的乳化稳定性。He Wanying等[52]利用不同分子质量的葡聚糖增强玉米醇溶蛋白水解物的溶解性和界面吸附特性，结果显示与2.5 kDa葡聚糖共价反应后乳化效果更好，葡聚糖的加入降低了玉米醇溶蛋白水解物在连续相中的聚集能力，复合物能在油滴周围形成致密的刚性界面层结构增强稳定性。

3.3 起泡性

蛋白质/蛋白水解物的起泡性是指溶液中的蛋白质分子在空气-水界面处的吸附能力及在界面处发生构象的重排，通过分子间相互作用形成黏弹性膜的能力。美拉德反应可以改善蛋白水解物的起泡性，Chen Kangni等[66]研究发现鳕鱼皮胶原蛋白肽-木糖共价复合物起泡性和泡沫稳定性明显增强，美拉德反应调节了多肽的亲水亲脂平衡，在气泡周围形成致密且较厚的薄膜，能够捕获空气并能长时间保留在泡沫结构中。Seid等[65]研究也能得出类似结论，酪蛋白水解物-阿拉伯树胶共价复合物表现出较高的发泡能力和稳定性，主要是由于阿拉伯树胶能抑制酪蛋白水解物的聚集，促进结构展开易于形成水-空气界面，增强起泡性和泡沫稳定性。多糖的结合不仅可以降低气泡的大小，还可以增加体系中连续相的黏度和气-水界面的黏弹性。此外，糖类物质的含量、分子质量、分子结构对复合物泡沫稳定性的提高也至关重要。目前，大部分研究仍集中在几种常见糖类物质，新型功能性多糖应用较少，需要拓宽功能多糖原料的来源以丰富产品种类。

3.4 凝胶性和持水性

蛋白水解物相比于完整的蛋白质分子形成有规律的三维网状结构凝胶性较弱，而蛋白水解物与糖类物质美拉德反应产物的凝胶性、持水性会有所提升。Zhang Xiuxiu等[57]研究表明乳清分离蛋白水解物与半乳糖发生美拉德反应共价复合物的持水能力要高于乳清分离蛋白与半乳糖形成的复合物，主要是由于部分水解的乳清分离蛋白增加了低分子质量的多肽片段，形成了均匀的蛋白质空间结构，提高了溶解性，同时肽链中亲水性氨基酸残基也有助于持水能力的提升。Fan Junfeng等[67]通过美拉德反应制备的大豆蛋白水解物与可得然胶共价复合物表现出较高的持水性和凝胶强度，主要是由于可得然胶降低了大豆蛋白水解物之间的排斥力，增加了复合物的溶解性进而改善凝胶强度。多糖等糖类物质的加入可以调节连续相的流变性及网状结构，与蛋白水解物协同可影响凝胶特性，从而赋予新的食品质构。

3.5 冻融稳定性

冷冻是保持食品营养、感官特性、抑制微生物生长和延长食品货架期的有效方式，美拉德反应产物是稳定乳液常见的乳化剂。研究表明，对蛋白质进行有限的水解和多糖接枝改性可以显著提高其稳定乳液的冻融稳定性[68]。Wang Lixin等[69]研究发现，利用酪蛋白水解物-羧甲基壳聚糖形成的美拉德反应产物稳定纳米乳液，经多次冻融循环粒径分布仍保持均匀，主要由于蛋白质水解及多糖共价后球状结构展开柔性增加，促进了黏弹性界面膜的形成，显著增强纳米乳液的冻融稳定性。Yu Jie等[68]制备大豆分离蛋白水解物-葡聚糖美拉德反应的共价复合物，发现大豆蛋白水解后构象变化使ε-氨基暴露，可有效促进水解物与葡聚糖之间的共价接枝，大大提高乳液界面层厚度进而增强乳液冻融稳定性。Zhang Anqi等[70]也验证了葡聚糖含量对乳液冻融稳定性提高的作用，多糖在乳液界面可抑制冰晶生长，防止液滴聚集和相分离。因此，蛋白水解物与多糖的美拉德反应是一种提高乳状液冻融稳定性的有效方式。目前大部分研究均以葡聚糖、羧甲基壳聚糖等常见多糖为主，对成膜性、生物相容性良好的糖类物质仍需进一步探索应用，从而达到理想要求以满足食品加工需要。

4 食源蛋白水解物与糖类美拉德反应产物的营养生物活性

4.1 抗氧化

食源蛋白水解物/多肽与糖类物质发生美拉德反应的产物类黑精，通常来源于烘焙食品、咖啡和奶酪等。有研究表明，其美拉德反应产物具有良好的抗氧化活性，在食品体系中主要体现在抑制脂质的氧化分解，机体内抗氧化活性体现在清除自由基、抑制活性氧产生和增强抗氧化酶活性等方面[71]。美拉德反应产物在油-水乳液体系中被报道具有较高的抗氧化活性，Megías等[72]发现葵花籽蛋白水解物与木糖美拉德反应产物可以改善乳液的氧化稳定性，具有螯合金属离子作用，主要归因于复合物富含羟基、吡咯或酮基，同时也具有较高的还原能力和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除能力。Saidi等[73]利用金枪鱼骨蛋白水解物与乙酮糖进行美拉德反应，发现反应产物对DPPH自由基清除能力显著提高。Li Yue等[59]研究发现酪蛋白肽-葡萄糖制备美拉德产物在乳化体系中可以防止自由基的形成，分解乳液界面活性氢过氧化物，且反应时间越长，对DPPH自由基清除活性越强，但螯合金属离子能力下降，总体上也会促进脂质的氧化。因此，美拉德反应产物在食品乳化体系中是否会促进脂质氧化仍有待明确。

利用食品组分新型糖类物质与蛋白水解物功能特性结合可实现产品营养功能特性的创新，也是近几年的研究热点。研究表明，多种慢性疾病如动脉硬化、心血管疾病、糖尿病和癌症等都与机体内氧化应激反应密切相关。蛋白水解物活性肽、功能性多糖及两者形成的复合物具有清除自由基、抑制脂质过氧化、维持机体稳态的作用[74]。Zhang Xinliu等[75]研究发现乳清蛋白水解物与D-半乳糖发生美拉德反应，其产物相比于乳清蛋白与D-半乳糖产物具有更高的抗氧化活性，且在Caco-2细胞模型中有更高的渗透性，有助于细胞生长。Jiang Zhanmei等[76]研究发现酪蛋白肽与水溶性还原糖（核糖、半乳糖和乳糖）发生美拉德反应产物对DPPH自由基的清除能力和亚铁还原能力较高，但半乳糖糖基化的酪蛋白肽对Caco-2细胞的生长有轻微的抑制作用，而核糖、乳糖基化的酪蛋白肽对Caco-2细胞无毒性。鱼蛋白水解物与核糖美拉德反应产物可以通过增强谷胱甘肽的合成保护HepG2肝细胞抵御叔丁基过氧化氢诱导的氧化应激反应，其美拉德反应产物通过调控核因子E2相关因子2核转位和细胞外信号调节蛋白激酶磷酸化，诱导II相酶血红素氧合酶-1和γ-谷氨酰半胱氨酸连接酶的表达上调，显著增加细胞氧化应激活力[77]。鲷鱼鳞肽与木糖形成的美拉德产物也能够显著降低血清天冬氨酸转氨酶和丙氨转氨酶活性，降低小鼠肝脏内丙二醛和甘油三酯水平，抑制肝脏中超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性的降低[78]。此外，一些天然存在的糖基化多肽也有清除DPPH自由基、降低低密度脂蛋白含量、抑制脂质过氧化、预防羟自由基诱导DNA损伤、延缓细胞衰老的作用[79-80]。以上研究表明，食源蛋白水解物/多肽与糖类物质美拉德反应产物可作为一种潜在的功能食品成分被推广应用。

4.2 增强免疫、抗炎

近年来，研究者对食源蛋白水解物/多肽与糖类物质美拉德反应产物的生物活性进行开发，并不断尝试在医药领域应用。Saigusa等[81]研究发现鲑鱼肌原纤维蛋白与海藻酸低聚糖形成的美拉德产物，经胃蛋白酶和胰蛋白酶逐步消化产生的糖肽对脂多糖诱导的RAW264.7巨噬细胞炎症模型分泌的促炎因子一氧化氮、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α和白细胞介素（interleukin，IL）-6有显著的抑制作用，并对TNF-α、IL-6、一氧化氮合酶和环氧化酶-2的mRNA表达产生抑制作用，表明鲑鱼肌原纤维蛋白与海藻酸低聚糖美拉德产物的消化物具有成为一种抗炎食品功能因子的潜力。Xiang Jia等[82]也证实酪蛋白与乳糖、壳寡糖经美拉德反应得到的糖基化产物经胰蛋白酶水解后，酶解产物糖肽具有显著的免疫调节活性。Karnjanapratum等[83]通过半乳糖和明胶蛋白水解物制备美拉德反应产物，当质量浓度为750～1500 µg/mL时对H2O2诱导的U937细胞DNA损伤有保护作用，DNA损伤降低约50%，而且有效抑制HepG2细胞抗氧化酶、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性，减少RAW264.7细胞中促炎细胞因子（IL-1β和IL-6）和一氧化氮的产生，因此对氧化应激和炎症反应表现出较高的生物活性潜能。此外，天然存在的糖肽如乳源酪蛋白巨肽、唾液酸糖肽等也能抑制免疫应激小鼠脾细胞的增殖、炎症和过敏反应，调节免疫系统，也可调控苏氨酸激酶和丝裂原活化蛋白激酶信号通路抑制RAW264.7巨噬细胞中核转录因子（nuclear transcription factor，NF）-κB的活性，起到抗炎作用[84]。

4.3 有益肠道菌群

食源蛋白水解物与糖类发生美拉德反应后会对蛋白水解物和多肽的消化性产生影响，可能改变其结肠发酵特性及菌群结构，进而影响肠道健康[4]。Zhang Zuoyong等[85]利用大豆多肽与D-木糖制备美拉德反应产物，结果显示反应产物可以提高肠道菌群的丰富度和多样性，改善微生物群落结构，对乳酸菌、双歧杆菌等有益菌均有促进作用并有效抑制致病菌生长，同时可改善氧化应激、认知障碍和全身炎症的作用。美拉德反应产物也会影响结肠发酵，Jin Weiya等[86]探讨了低聚半乳糖与鱼肽的美拉德反应产物对大鼠结肠中总短链脂肪酸含量、丁酸和丙酸水平的影响，结果显示反应产物显著增加了总短链脂肪酸含量以及丁酸和丙酸水平，降低了粪便中氨的产量，改变了结肠菌群，使厌氧菌弧菌和普雷沃氏菌属的相对丰度升高，Alloprevotella和霍尔德曼氏菌的相对丰度降低，提高了盲肠乳酸杆菌数量和发酵强度，证明糖化作用改善了鱼肽的可发酵特性，对大鼠的肠道菌群具有正向调节作用。类似地，鳀鱼蛋白水解物与葡萄糖美拉德反应产物增加了雄性小鼠拟杆菌的相对丰度，降低了厚壁菌相对丰度，显著提升雌性和雄性小鼠粪便中丙酸和丁酸水平，促进肠道菌群的有益调节[87]。以上结果揭示了美拉德反应产物及消化物在结肠内发酵的持久性较好，与结肠微生物菌群之间有密切的相互作用并有助于提高产物的益生作用，这些结果为寡糖联合多肽调节肠道环境促进人体健康提供了新策略。

4.4 改善心血管疾病和糖尿病

研究表明，通过美拉德反应对多肽或蛋白水解物分子修饰，可以让分子重排产生新的小分子物质，这样可以有效提高蛋白水解物/多肽的生物活性、稳定性及调节胰岛素水平和血管紧张素转化酶活性的作用。Hong Xu等[88]研究发现酪蛋白水解物与木糖美拉德反应产物有效提高了酪蛋白多肽对血管紧张素转化酶的抑制活性，可以预防高血压和心血管疾病。婴儿配方奶粉在超高压处理过程中β-乳球蛋白与乳糖发生美拉德反应，其消化产物糖肽对二肽基肽酶IV具有抑制作用，具有抗糖尿病潜力[89]。乳清浓缩蛋白、酪蛋白酸钠与乳糖美拉德反应产物经格氏乳杆菌发酵后产生的小分子糖肽可以显著提高抗血栓活性并起到抑制3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶作用，具有降低心血管疾病的风险[90]。L-Xucong等[91]从灵芝中分离得到的灵芝多糖肽对高脂和高胆固醇血症大鼠的脂血紊乱和肠道菌群失调具有调节作用，可显著缓解大鼠血脂异常，降低血清甘油三酯、胆固醇、游离脂肪酸和低密度脂蛋白胆固醇水平，并显著抑制肝脏脂质积累和脂肪变性，促进胆汁酸的排泄，该研究揭示了灵芝多糖肽调节肝脏脂质和胆固醇代谢紊乱的机制。总体而言，蛋白水解物/多肽与糖类物质的共价复合物或美拉德反应消化产物都具有潜在抗心血管疾病、抗糖尿病和降低血压的功效，在一定程度上对改善糖尿病等慢性疾病有着积极作用，但相关调控机制有待进一步明确。

4.5 抗骨质疏松

骨质疏松症是一种多因素所致的慢性疾病，其症状主要体现在骨密度降低、骨组织微观结构破坏。蛋白质和氨基酸是骨内有机质合成必不可少的原料，蛋白质长期缺乏可导致骨基质合成的降低，最终引发骨质疏松症。食源性蛋白中酪蛋白水解物对骨健康有益作用显著，其中酪蛋白磷酸肽因其可结合钙离子，促进体内钙离子吸收，已被多项研究证实其具有促骨健康的作用。Reynolds等[92]发现酪蛋白磷酸肽不仅可以促进钙的吸收还可以调节成骨细胞的分化。天然存在的糖肽如从鲫鱼卵中分离的唾液糖蛋白，能够显著降低酒石酸酸性磷酸酶阳性多核破骨细胞的形成、骨吸收陷窝和破骨基因的表达，表明可通过抑制破骨细胞NF-κB和MAPK通路活性来改善骨质疏松症[93]。目前，食源蛋白水解物与糖类物质美拉德反应产物在抗骨质疏松方面的研究相对较少，相关的机制探讨和理论研究还不很成熟，但随着当今社会老龄化的加剧，未来这些新食品原料的开发可实现精准营养的个性化调控满足相关需求。

4.6 抗菌和抗病毒能力

不同的食源蛋白水解物与糖类物质的美拉德反应产物具有不同的抗真菌、抗细菌和抗病毒的特性。例如，Han Jiarun等[94]对比研究了扇贝雌性性腺水解物与核糖美拉德反应产物对大肠杆菌（Escherichiacoli）的抑菌作用，结果显示，没有添加核糖的扇贝雌性性腺水解物对E.coli的抑制效果不好，而经过与核糖发生美拉德反应的产物对E.coli具有很好的抑菌作用，经后续细胞毒性试验验证表明了该共价复合物可用于抑菌的食品添加剂。Song Ru等[95]通过超高效液相色谱-飞行时间质谱联用鉴定发现黄鲫蛋白水解物中阳离子多肽（WLPVVR）与葡萄糖美拉德反应产物对大肠杆菌具有显著抑制作用。此外，研究发现蟹壳生物活性肽、鸡肝蛋白水解物与果糖、木糖制备的美拉德反应产物都可有效抑制腐生菌和大肠杆菌的生长，这些研究促进了水产废弃物、鸡肝蛋白等低值肉类副产品的综合利用[96-97]。

5 食品加工中的应用

食源蛋白水解物/多肽与糖类物质美拉德反应产物在食品工业中的应用如图6所示，主要包括：1）促进食品色泽、风味物质的形成；2）保护生物活性物质的递送；3）制备可食性膜等。

图6 食源蛋白水解物/多肽与糖类物质美拉德反应产物在食品工业中的应用Fig.6 Application of Maillard reaction products from food-derived proteins/peptides and saccharides in food industry

5.1 食品色泽、风味物质的形成

美拉德反应是食品加工颜色和风味物质形成的重要环节，食源蛋白水解物/多肽自身就是非常重要的风味活性化合物，具有增强柔和性、连续口感、鲜味等作用，与糖类物质发生美拉德反应后会生成更多风味物质，因此，美拉德反应产物也被认为是食品加工中重要风味物质的增强因子和前体[98]。Liu Ping等[99]研究发现分子质量在1000～5000 Da的大豆蛋白多肽与木糖在120 ℃下加热2.0 h制备的美拉德反应产物在色泽和风味方面表现出明显增强的效果，具有较好的焦糖色、酱油气味、鲜味和口感，降低了苦味。Hu Longteng等[100]以芝麻蛋白水解物、半胱氨酸美拉德产物、蛋氨酸美拉德产物和硫胺素美拉德产物为原料，开发了低钠调味盐，这些蛋白多肽生成的美拉德反应产物作为调味盐具有较好的风味特性和理化性质，可以替代部分NaCl促进了在食品调味中的应用。美拉德反应产物不仅可以改善色泽，在食品呈香方面也有重要作用。Arsa等[101]利用米糠蛋白水解物与蔗糖制备美拉德反应产物，所获产物具有不同褐变程度的焦糖色和更强的甜味，并具有类似可可和奶粉的香气。Lzzo等[102]也揭示了不同蛋白多肽的氨基酸序列和不同来源多肽（如乳、肉、蛋、鱼、豆和谷物等）会影响美拉德反应所产生的香气特征，并且可形成独特的肽特异性挥发物，这主要由于在美拉德反应中Strecker降解会产生Strecker醛、吡咯和吡嗪等挥发性化合物，但由于多肽缺乏α-碳上的游离羧基不能全部遵循典型的Strecker降解过程，因此会形成一些特殊的风味物质。Liu Jianbin等[103]研究发现，高温热处理使鸡肉蛋白多肽与木糖发生美拉德反应产生肉味香气增强，温度较低且较长时间加热会产生肉汤的鲜味和厚味，这是由于多肽中胺基反应活性较高，可参与形成重要的活性化合物。研究发现多肽产生的吡嗪对香味贡献更高[104]，所以在食物风味物质形成中需要更多关注蛋白水解物/多肽与糖类物质形成美拉德反应产物的规律及性质，为更好地指导食品加工过程中风味物质形成和食品品质的调控提供理论支撑。

5.2 生物活性物质递送

生物活性物质在食品加工、储藏、运输和胃肠道消化过程中极易分解，需要良好的运载体系递送和保护。食源蛋白水解物与糖类物质共价修饰后分子结构发生变化，形成不同结构的复合物，如双重网络、交联结构和镶嵌结构等，拓宽了在食品领域中的应用。基于体系的应用与功能，研究者开展了大量研究。1）乳液体系：Pan Yi等[105]研究了线性糊精糖基化乳清蛋白水解物稳定姜黄素乳液，结果表明较高的糖基化程度使乳液的稳定性显著提升，防止了姜黄素降解、沉淀和扩散到水相，同时提高了姜黄素的生物利用度，使乳液体系在制备功能性饮料方面具有应用潜力。2）纳米粒子：Han Yue等[106]构建了玉米蛋白水解物-羧甲基壳聚糖美拉德反应共价复合物负载芦丁纳米颗粒，结果显示该复合物对芦丁的包封效率为97.8%～98.8%，纳米颗粒表面的毛状糖类化合物产生较强的空间位阻效应，阻碍了盐桥形成和颗粒聚集，可作为食品工业中疏水性生物活性物质的载体。3）微胶囊：Annamalai等[107]以鲈鱼蛋白水解物与酪蛋白酸钠、麦芽糖糊精和阿拉伯树胶为壁材，采用喷雾干燥法制备微胶囊鱼油，结果显示复合物具有较高的包封效率、释油特性和氧化稳定性。Peled等[108]研究表明，将乳铁蛋白水解物分别与低聚藻糖、低聚果糖和低聚木糖形成美拉德反应共价复合物，以其作为靶向递送益生菌（干酪乳杆菌）的载体，能够显著提高乳杆菌在肠道上皮细胞的生长速度和肠道益生菌的耐力并具有选择靶向作用，并能增强干酪乳杆菌对非有益/有害肠道细菌的竞争优势。以上研究表明，食源蛋白水解物与糖类物质的美拉德反应产物可提高生物活性物质的利用度和益生菌等稳定性，此外在药物治疗和口服递送体系中的应用也是近几年研究热点。

5.3 可食性膜

近年来，可食用膜作为一种绿色包装材料，因其生物相容性和生物可降解性好而广受关注。目前，可食性膜的配方正在不断创新，蛋白水解物和生物活性肽已被广泛应用于可食用膜制备。Zareie等[109]利用2.5%壳聚糖与大豆蛋白水解物发生美拉德反应制备可食用膜，所得膜具有较高的拉伸强度和断裂伸长率，表面光滑、致密、均匀，同时表现出较好的抗氧化和抗菌活性。Jiang Wei等[110]采用明胶和水溶性壳聚糖组成新型生物膜，并在膜液中注入0.5 mg/mL鱿鱼美拉德反应多肽，用作蓝鳍金枪鱼的保鲜剂，结果表明在（4f 1）℃条件下保存10 d，相比于未包裹、聚乙烯包装和不含鱿鱼美拉德多肽的明胶-水溶壳聚糖膜包装的金枪鱼片，含有美拉德多肽的新型生物膜包装样品中组胺、酪胺和尸胺浓度增加缓慢，红度、肌红蛋白含量和感官评价最好，并能够有效抑制微生物生长和脂质氧化。而在制备可食性膜的过程中抗氧化等功能成分的添加也有助提高膜的相关性质，抑制关键组分变化和挥发的可能性。Liu Xinye等[111]通过酪蛋白水解多肽与羧甲基壳聚糖进行美拉德反应制备共轭物，并添加稳定茶花精油的纳米乳液制备薄膜，结果表明可食性薄膜表现出较好的水蒸气阻隔性、阻氧性、抗拉强度和弹性，并对蓝莓的硬度、品质保持具有重要作用。目前，这些研究更多采用简单的混合模式制备可食性膜，而要精确共价复合物在更加复杂的食品体系中发挥的作用，仍需更多基础研究支撑。

6 结语

食源蛋白水解物/多肽与糖类物质美拉德反应的共价结合物具有多种功能特性和有益健康的生物活性，在未来食品、医学领域具有广阔的应用前景。相比提取天然存在于食品中的糖肽，通过美拉德反应制备的多肽-糖类共价复合物获取更加便捷，复合物的营养功能、活性物质递送、功能靶向性等方面优势更显著。然而，针对食源蛋白水解物/多肽与糖类物质发生美拉德反应机制还需深入研究，目前仍缺乏对共价复合物形成量、反应次序、分子结构与功能特性的研究，未来应从有效控制晚期糖基化终产物的生成着手，实现较为合理的美拉德产物设计。此外，共价复合物的功能特性提升和作为口服递送剂的毒性、安全性分析都需要体内、体外消化实验、细胞实验、动物实验等的验证，这些均是未来重要的研究方向，有助于深入挖掘其应用潜力，促进健康功能食品研发。