丁 儉，黃禎秀，楊夢(mèng)竹，黃永超，馬樹林，方 勇

（南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023）

蛋白水解物/多肽和糖類物質(zhì)是食品功能原料兩類重要的食源性生物大分子，具有來源豐富、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、開發(fā)潛力大的優(yōu)勢(shì)。近年來，基于食源蛋白水解物/多肽和糖類物質(zhì)之間通過共價(jià)或非共價(jià)作用形成的復(fù)合物，因其分子結(jié)構(gòu)特殊、營(yíng)養(yǎng)功能突出和生物相容性好等特點(diǎn)對(duì)食品的加工品質(zhì)、功能特性和營(yíng)養(yǎng)健康功效具有重要影響；同時(shí)Tamura等[1]的報(bào)道揭示了蛋白多肽-糖類復(fù)合物與營(yíng)養(yǎng)健康之間具有關(guān)聯(lián)性，對(duì)改善機(jī)體功能具有重要作用，因此，相關(guān)研究在食品領(lǐng)域備受關(guān)注。

蛋白水解物的出現(xiàn)主要是由于大多數(shù)天然蛋白質(zhì)在實(shí)際應(yīng)用中不能表現(xiàn)出較好的理化和功能特性，需要通過可控酶解技術(shù)打斷蛋白質(zhì)分子間部分肽鍵，得到含有一系列不同分子質(zhì)量的蛋白水解物、多肽和游離氨基酸。蛋白經(jīng)過可控酶解降低了分子質(zhì)量，增加了表面電荷，使蛋白結(jié)構(gòu)部分展開，暴露氨基酸疏水基團(tuán)，改善了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能和生物活性[2]。研究表明，與蛋白質(zhì)相比蛋白水解物/多肽一般由2～20 個(gè)氨基酸殘基組成，分子質(zhì)量小于6000 Da，有良好的溶解性、乳化性、滲透壓、高消化率和抗氧化性等[3]。食源蛋白水解物/多肽雖然具有良好的功能特性，但仍存在乳化能力不強(qiáng)、形成乳液界面不穩(wěn)定、功能營(yíng)養(yǎng)應(yīng)用受限等問題，研究發(fā)現(xiàn)通過與糖類物質(zhì)相互作用可以對(duì)蛋白水解物進(jìn)行改性[4]。目前制備蛋白-糖類共價(jià)復(fù)合物的方法主要通過酶法和化學(xué)法合成，在食品加工中美拉德反應(yīng)實(shí)用、簡(jiǎn)單、高效，是形成蛋白-糖類物質(zhì)共價(jià)復(fù)合最常見的方法之一[5-7]。而且美拉德反應(yīng)可以自然發(fā)生，不需要添加其他成分，在改善食品穩(wěn)定性、風(fēng)味和色澤的同時(shí)可提高蛋白水解物的乳化性、凝膠性和抗氧化活性等功能性質(zhì)，且形成的共價(jià)鍵比靜電結(jié)合的非共價(jià)鍵更穩(wěn)定。相比于蛋白-糖類物質(zhì)形成的共價(jià)復(fù)合物，蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)形成的復(fù)合物分子質(zhì)量更小、共價(jià)效率更高、功能營(yíng)養(yǎng)特性更好，也具有穩(wěn)定易被胃腸道消化分解的生物活性化合物等作用。此外，其抗氧化、抗炎、抗菌和免疫調(diào)節(jié)等生物活性更好，在包埋和遞送體系中具有很好的應(yīng)用前景。雖然美拉德反應(yīng)產(chǎn)物益處諸多，但也有不可忽視的負(fù)面效應(yīng)，需要對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)控制，避免晚期糖基化終產(chǎn)物對(duì)人體造成的危害。

本文系統(tǒng)綜述食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)通過美拉德反應(yīng)得到的共價(jià)復(fù)合物在食品研究中的相關(guān)研究進(jìn)展，聚焦食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的物化特性、分子結(jié)構(gòu)、功能活性和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面進(jìn)行綜述（圖1），主要包括：1）食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)與蛋白-糖類物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)機(jī)制的區(qū)別與制備方法；2）食源蛋白水解物/多肽-糖類共價(jià)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)特征和功能特性，如在溶解性、乳化性、起泡性和凍融穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢(shì)；3）食源蛋白水解物/多肽-糖類共價(jià)復(fù)合物的生物活性，如抗氧化性、抗炎、抗菌、調(diào)節(jié)腸道菌群、抗骨質(zhì)疏松、提高免疫力等；4）食源蛋白水解物/多肽-糖類共價(jià)復(fù)合物在食品、醫(yī)藥行業(yè)中的潛在應(yīng)用，如風(fēng)味物質(zhì)的調(diào)控、遞送體系構(gòu)建、提高生物利用度、可食用膜/涂層制備等。本文概述食源蛋白水解物/多肽與糖類美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在食品領(lǐng)域的研究及應(yīng)用進(jìn)展，并展望其未來發(fā)展方向，為食品工業(yè)中新型食品資源挖掘利用提供理論指導(dǎo)，對(duì)促進(jìn)其在功能食品開發(fā)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面具有一定的意義。

圖1 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在食品研究中的功能特性和應(yīng)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/多肽與糖類物質(zhì)來源

1.1 美拉德反應(yīng)中食源蛋白水解物/多肽的來源

美拉德反應(yīng)中食源蛋白水解物/多肽和糖類物質(zhì)的來源如圖2所示，其中蛋白水解物/多肽主要通過化學(xué)水解和生物酶解技術(shù)獲得，在食品工業(yè)中化學(xué)水解由于反應(yīng)強(qiáng)烈，故較少采用。常用條件溫和的生物酶法獲取，常見的蛋白酶主要有絲氨酸蛋白酶（胰酶、堿性蛋白酶、復(fù)合蛋白酶）、半胱氨酸蛋白酶（木瓜蛋白酶[8]、菠蘿蛋白酶）、酸性蛋白酶（胃蛋白酶[9]、米曲霉蛋白酶）、金屬蛋白酶（中性蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶）等[10]。食源植物蛋白和動(dòng)物蛋白經(jīng)蛋白酶酶解后經(jīng)過離心、超濾、分離獲取蛋白水解物多肽。植物蛋白水解物來源主要包括豆類、谷類，動(dòng)物蛋白水解物主要包括乳類、肉類、蛋類和水產(chǎn)類等。當(dāng)前小分子蛋白肽的制備一般先通過蛋白酶酶解后進(jìn)行活性肽組分粗分離，再聯(lián)合柱層析等分離純化技術(shù)制得，但分離純化系統(tǒng)存在成本高、樣品處理量小等缺點(diǎn)[11]。因此，現(xiàn)代食品加工大多使用蛋白質(zhì)可控酶解技術(shù)得到水解物，通過控制水解條件和水解度，利用超濾技術(shù)獲得生物活性強(qiáng)、目標(biāo)分子比例高的蛋白水解物/多肽，這些蛋白水解物/多肽相比于未水解的蛋白其功能營(yíng)養(yǎng)特性、生物活性更好，可以拓寬蛋白的應(yīng)用范圍并提高商品價(jià)值[12-13]。

圖2 美拉德反應(yīng)中食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)的主要來源Fig.2 Major sources of food-derived protein hydrolysates/peptides and saccharides used in Maillard reaction

1.2 美拉德反應(yīng)中糖類物質(zhì)的來源

含有羰基的糖類物質(zhì)都能與食源性蛋白質(zhì)、蛋白水解物/多肽發(fā)生美拉德反應(yīng)，如還原糖中的葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖和麥芽糖等，還有二糖、寡糖、多糖和多聚糖等。這些糖類物質(zhì)的主要來源是谷類、薯類、根莖類、菌類、乳類等食物，如稻谷、小麥、馬鈴薯、木耳、水果、蔬菜、牛奶等。例如功能性好且應(yīng)用廣泛的β-葡聚糖，其屬于纖維類多糖，存在于多種食物中，包括酵母、燕麥麩、大麥纖維、菌類、靈芝和藻類等，具有降血壓、降血糖、調(diào)節(jié)免疫力等作用[14-15]。此外，還有食用菌生物活性多糖、黃芩多糖、枸杞多糖等，具有抗衰老、抗腫瘤、抗病毒和增強(qiáng)免疫力等生物活性[16-18]，這些糖類物質(zhì)與蛋白美拉德反應(yīng)產(chǎn)物常應(yīng)用于醫(yī)療保健和藥物開發(fā)。再如新興的益生菌胞外多糖主要來源于雙歧桿菌、植物乳桿菌等分泌到細(xì)胞外的次級(jí)代謝產(chǎn)物，其不同的單糖組成、支鏈結(jié)構(gòu)使其具有不同功能，如抗氧化、抗炎、抗腫瘤、調(diào)節(jié)機(jī)體腸道菌群平衡等[19-21]，這些糖類物質(zhì)在未來食品研究中具有極大潛力，其與蛋白、蛋白水解物/多肽產(chǎn)生的復(fù)合物在功能保健食品領(lǐng)域也具較大的發(fā)展空間。

2 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)的機(jī)制及影響因素

2.1 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)的機(jī)制

美拉德反應(yīng)亦稱非酶褐變，反應(yīng)的本質(zhì)是糖類物質(zhì)的羰基化合物和蛋白質(zhì)氨基之間發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)經(jīng)歷縮合、聚合等復(fù)雜的化學(xué)過程最終生成棕色甚至黑色的大分子物質(zhì)類黑精[22]。蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)的機(jī)制與蛋白和糖類物質(zhì)反應(yīng)機(jī)制基本相同，一般蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)也要經(jīng)歷以下3 個(gè)階段（圖3）。

圖3 蛋白-糖類物質(zhì)與蛋白水解物/多肽-糖類物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)的途徑[23]Fig.3 Pathways of protein-saccharide and protein hydrolysates/peptides-saccharide Maillard reaction[23]

初級(jí)階段：風(fēng)味前體物質(zhì)形成。該階段主要包括羰氨縮合和分子重排反應(yīng)。如蛋白水解度較低其反應(yīng)機(jī)制與蛋白類似。若體系中有醛糖存在，則經(jīng)Amadori重排生成中間體1-氨基-1-脫氧-2-酮糖；若有酮糖存在，則經(jīng)Heyns重排形成中間體2-氨基-2-脫氧-1-醛糖。若在酸性條件下，重排產(chǎn)物會(huì)失去氨基酸或氨基形成3-脫氧糖酮的中間體；若在中性、弱堿性條件下形成1-脫氧糖酮中間體，在反應(yīng)體系中中間體屬于不揮發(fā)性香味物質(zhì)的前體成分，但不會(huì)對(duì)食品色澤和香味的變化產(chǎn)生影響。如蛋白水解物/多肽分子質(zhì)量較小，會(huì)發(fā)生寡肽的斷裂、聚合再與糖類物質(zhì)發(fā)生Amadori重排，但反應(yīng)速率較快。

中間階段：風(fēng)味物質(zhì)的形成。此階段主要包括4 種反應(yīng)：1）脫氧糖酮脫水形成呋喃型化合物。在pH≤7條件下，重排產(chǎn)物易發(fā)生1,2-烯醇化反應(yīng)；在pH＞7且溫度較低條件下，重排產(chǎn)物易發(fā)生2,3-烯醇化反應(yīng)。主要產(chǎn)物有糠醛、4-羥基-5-甲基-3(2H)-呋喃酮、4-羥基-2,5-二甲基-3-(2H)-呋喃酮和麥芽酚等。2）糖類物質(zhì)裂解。美拉德反應(yīng)混合物中糖類物質(zhì)初級(jí)裂解主要是通過中間體脫氧糖酮的逆醛化反應(yīng)，生成乙二醛、丙酮醛、丁二酮等風(fēng)味產(chǎn)物。此外，可以通過糖類物質(zhì)裂解產(chǎn)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熱處理下和氨基酸發(fā)生轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)，氨基酸脫去羧基生成醛，同時(shí)產(chǎn)生CO2。4）氨基酸碎片和糖類物質(zhì)碎片的縮合反應(yīng)。糖類物質(zhì)裂解和氨基酸的Strecker降解形成的不穩(wěn)定碎片相互間反應(yīng)形成更穩(wěn)定的風(fēng)味物質(zhì)，如吡嗪、吡啶、噻唑、硫代烷、烷基硫醇等。

高級(jí)階段：以類黑素的形成為核心。中級(jí)階段生成的高活性化合物會(huì)進(jìn)一步發(fā)生聚合反應(yīng)生成含氮棕色聚合物，反應(yīng)過程包括醇醛縮合、雜環(huán)化與醛胺聚合等，最終形成類黑素物質(zhì)[24]。如小分子多肽可直接形成二酮哌嗪類、含硫化合物和有特殊風(fēng)味的物質(zhì)。

蛋白水解物與蛋白質(zhì)均能與糖類物質(zhì)經(jīng)上述3 個(gè)階段發(fā)生美拉德反應(yīng)，最大的區(qū)別是多肽相比大分子蛋白反應(yīng)活性更高，而且蛋白水解物的營(yíng)養(yǎng)消化特性更好，美拉德反應(yīng)過程中能生成更多的類黑精物質(zhì)，且在美拉德反應(yīng)中多肽可以彌補(bǔ)蛋白-多糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的感官缺陷。孫常雁等[25]研究發(fā)現(xiàn)乳蛋白水解物多肽相比于乳蛋白，與葡萄糖發(fā)生美拉德反應(yīng)后形成更多特殊的香味物質(zhì)。Zhang Yuangang等[26]的研究也顯示，酪蛋白水解物與葡萄糖反應(yīng)體系中，酪蛋白肽通過與葡萄糖的美拉德反應(yīng)可直接形成揮發(fā)性風(fēng)味化合物。越來越多的研究證明，由蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)制備的美拉德產(chǎn)物可顯著影響食品的風(fēng)味特性[27]。雖然蛋白水解物/多肽與糖美拉德反應(yīng)共價(jià)復(fù)合物可以對(duì)食品的風(fēng)味和生物活性產(chǎn)生積極影響，但其負(fù)面影響仍然不容忽視。美拉德反應(yīng)晚期終產(chǎn)物與糖尿病、慢性腎衰竭、心血管疾病以及神經(jīng)疾病等病理過程密切相關(guān)。因此，應(yīng)適當(dāng)控制美拉德反應(yīng)進(jìn)程，減少有害物質(zhì)的生產(chǎn)，降低美拉德反應(yīng)晚期終產(chǎn)物帶來的健康風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的制備方法

蛋白質(zhì)與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)條件同樣適合制備蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，目前其主要通過濕熱法和干熱法兩種方法制備，這兩種方法對(duì)于反應(yīng)物種類和反應(yīng)溫度的要求不同（表1）。濕熱法是將反應(yīng)物溶于去離子水或緩沖溶液中，混勻置于密閉裝置進(jìn)行加熱反應(yīng)，多用于小分子糖與蛋白的共價(jià)。濕熱法應(yīng)用更廣，但受反應(yīng)溫度、時(shí)間及體系pH值等因素影響較大。干熱法是將反應(yīng)物分別溶解在水或緩沖溶液中，二者混合均勻后冷凍干燥，將粉末置于密閉容器中通過加熱進(jìn)行反應(yīng)。干熱法可使蛋白質(zhì)或蛋白水解物的氨基保持非聚集狀態(tài)，且反應(yīng)溫度低于蛋白質(zhì)的變性溫度。干熱法反應(yīng)后產(chǎn)物的褐變程度較低，并且反應(yīng)產(chǎn)物便于儲(chǔ)藏。但干熱反應(yīng)所需時(shí)間較長(zhǎng)，通常需要2～3 周，反應(yīng)條件嚴(yán)格且效率較低[28]。與干熱法相比濕熱法所需時(shí)間短、速度快，但反應(yīng)所需的溫度較高，在高溫條件下蛋白或蛋白水解物容易發(fā)生聚集和變性使某些生物活性喪失；而且反應(yīng)產(chǎn)物的褐變程度較高，雖然應(yīng)用廣泛但在工業(yè)生產(chǎn)中仍存在一定缺陷[29]，目前有關(guān)干熱法制備蛋白水解物與糖類物質(zhì)共價(jià)復(fù)合物的報(bào)道較少。

表1 食源蛋白水解物/多肽-糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物制備方法的比較Table 1 Comparison of the preparation methods of Maillard reaction products from food-derived protein hydrolysates/peptides and saccharides

美拉德反應(yīng)共價(jià)復(fù)合物制備的研究較為成熟，隨著研究手段的不斷改進(jìn)，一些新技術(shù)手段也被用于輔助美拉德反應(yīng)的進(jìn)行，如微波[44]、超聲[45]等技術(shù)。微波加熱作為一種新型的快速加熱技術(shù)在國(guó)內(nèi)逐漸流行，并應(yīng)用于食品熱加工，微波加熱可以在反應(yīng)過程中有效降低營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失，減少焦糖化[46]。Zhao Chengbin等[47]利用超聲預(yù)處理促進(jìn)蛋白質(zhì)與糖類物質(zhì)的美拉德反應(yīng)，結(jié)果表明超聲預(yù)處理增加了氨基酸的利用率，豐富了反應(yīng)過程中揮發(fā)性化合物的種類，使美拉德產(chǎn)物具有更高的接枝度和更多的膨脹結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)了其溶解性和乳化能力等。雖然這些技術(shù)會(huì)在一定程度上提高美拉德產(chǎn)物的功能特性，提高了反應(yīng)速率，但其作用機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)更為復(fù)雜，成本較高，在工業(yè)化、規(guī)模化的生產(chǎn)中仍需進(jìn)一步降低能耗和成本。

2.3 影響食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)的因素

影響食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)因素如圖4所示，主要包括蛋白水解物/多肽種類、糖類物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)、反應(yīng)溫度、pH值、反應(yīng)物比例和反應(yīng)時(shí)間等[48]。反應(yīng)物類型對(duì)美拉德反應(yīng)速率影響占主導(dǎo)作用，一般認(rèn)為，美拉德反應(yīng)的速率與蛋白質(zhì)/多肽的分子質(zhì)量成反比，蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)的速率更高，主要是由于蛋白水解物/多肽經(jīng)酶水解后分子質(zhì)量降低，同時(shí)暴露的氨基酸基團(tuán)數(shù)目增加。Dong Shiyuan等[49]研究發(fā)現(xiàn)酪蛋白肽-葡萄糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物作為乳化劑在pH 3.0抗氧化活性高于pH 7.0時(shí)抗氧化活性，這可能是由于美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在pH 3.0時(shí)帶正電荷可有效排斥金屬陽(yáng)離子起到抗氧化效果。Cerme?o等[50]分析了不同水解度的乳清蛋白與角叉菜膠發(fā)生美拉德反應(yīng)對(duì)產(chǎn)物的影響，結(jié)果顯示，不同水解度的乳清蛋白水解物與角叉菜膠的比例會(huì)影響美拉德反應(yīng)共價(jià)物的分子質(zhì)量，但反應(yīng)時(shí)間對(duì)共價(jià)程度影響不顯著。Chiang等[51]研究發(fā)現(xiàn)牛骨蛋白水解物與核糖美拉德反應(yīng)過程中褐變程度和風(fēng)味物質(zhì)形成受蛋白水解度的影響，隨水解度的增加褐變程度增大，風(fēng)味成分中起主要貢獻(xiàn)的吡嗪類、2-呋喃和苯甲醛等含量增加，這可能是因?yàn)楦叩乃獬潭仁剐》肿影被岷吭黾?，提供了更大比例的低分子質(zhì)量多肽與核糖反應(yīng)，促進(jìn)了美拉德反應(yīng)過程中類黑素和揮發(fā)性化合物的生成。所以如何調(diào)控美拉德反應(yīng)的影響因素，最大化發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，有效控制反應(yīng)進(jìn)程一直是該領(lǐng)域需要攻克的難題。

圖4 蛋白、蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)的影響因素Fig.4 Factors influencing Maillard reaction between proteins,protein hydrolysates/peptides and saccharides

2.4 食源蛋白水解物與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征

蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)形成的共價(jià)復(fù)合物需要對(duì)復(fù)合物分子質(zhì)量和分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，證明兩者共價(jià)結(jié)合及結(jié)構(gòu)的改變，最常見的表征方法主要包括：十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electropheresis，SDS-PAGE）、體積排阻色譜（size exclusion column，SEC）、傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）、高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜（high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry，HPLC-MS/MS）、圓二色光譜和熒光光譜等。

共價(jià)復(fù)合物的形成首先對(duì)分子質(zhì)量大小進(jìn)行測(cè)定，SDS-PAGE和SEC是測(cè)定美拉德反應(yīng)產(chǎn)物分子質(zhì)量最常見的方法。He Wanying等[52]通過SDS-PAGE測(cè)定了玉米醇溶蛋白水解物與葡聚糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的分子質(zhì)量，結(jié)果表明相比于未共價(jià)的玉米醇溶蛋白水解物分子質(zhì)量，美拉德產(chǎn)物的低分子質(zhì)量條帶數(shù)量減少，高分子質(zhì)量條帶數(shù)量增加且條帶強(qiáng)度隨美拉德反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。Zha Fengchao等[53]也通過SDS-PAGE和SEC證實(shí)了美拉德反應(yīng)中阿拉伯樹膠使豌豆蛋白水解物分子質(zhì)量增加。Chiang等[51]同樣利用SECHPLC測(cè)定牛骨蛋白水解物與核糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的分子質(zhì)量，結(jié)果表明在1000～5000 Da的低分子質(zhì)量肽參與了美拉德反應(yīng)，且反應(yīng)后分子質(zhì)量增加。

FTIR也被廣泛應(yīng)用于分析蛋白質(zhì)分子的共價(jià)鍵。利用紅外光譜分析共價(jià)復(fù)合物分子在振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)過程中偶極矩的變化、吸收峰對(duì)應(yīng)的波數(shù)和強(qiáng)度，反映化合物分子的結(jié)構(gòu)變化。FTIR可以鑒定美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中蛋白質(zhì)氨基和還原糖羰基之間形成的糖肽鍵，Zhao Tiantian等[54]通過FTIR表征鳀魚蛋白水解物與D-核糖發(fā)生美拉德反應(yīng)后蛋白結(jié)構(gòu)的變化，結(jié)果表明，鳀魚蛋白水解物的酰胺I區(qū)（1600～1700 cm－1，C＝O拉伸）最大吸收峰在1649 cm－1處，而反應(yīng)后復(fù)合物的最大吸收峰在1652 cm－1處，酰胺I區(qū)最大吸收峰的位移說明蛋白質(zhì)/肽的酰胺鍵C＝O和N－H發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)物中具有新基團(tuán)（Amadori化合物的C＝O、Schiff堿的C＝N等）。此外，1180～953 cm－1處特征吸收峰（對(duì)應(yīng)C－C和C－O的伸縮振動(dòng)和C－H鍵的彎曲振動(dòng)）的位移都是由于核糖共價(jià)。由此可知，通過FTIR的酰胺I區(qū)肽鏈的C＝O伸縮振動(dòng)、酰胺II區(qū)特征吸收的變化也可以表征美拉德反應(yīng)產(chǎn)物蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化。Zhang Cheng等[55]利用FTIR表征殼聚糖添加所引起菜籽蛋白水解物二級(jí)結(jié)構(gòu)的改變，其中α-螺旋含量增加，β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲含量降低。另外，圓二色光譜也是用于表征美拉德反應(yīng)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的常用手段，Pan Yi等[56]研究乳清蛋白水解物與糊精的美拉德反應(yīng)，圓二色光譜結(jié)果表明乳清蛋白水解物反應(yīng)后β-折疊含量增加，α-螺旋和無規(guī)卷曲含量減少，主要是美拉德反應(yīng)過程中涉及羰基和ε-氨基之間的縮合，導(dǎo)致α-螺旋結(jié)構(gòu)含量降低。熒光光譜主要通過熒光強(qiáng)度和最大波長(zhǎng)位移的變化說明氨基酸微環(huán)境的改變，進(jìn)而表征蛋白水解物三級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，乳清蛋白水解物與半乳糖反應(yīng)后最大發(fā)射波長(zhǎng)由356.6 nm增加至362.6 nm，熒光強(qiáng)度增加，證明美拉德反應(yīng)影響了大米蛋白水解物的三級(jí)結(jié)構(gòu)[57]。

此外，還可以采用HPLC-MS/MS、核磁共振對(duì)復(fù)合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。Fu Yu等[58]研究氨基葡萄糖糖化對(duì)豬血漿蛋白水解物的結(jié)構(gòu)修飾，采用HPLC-MS/MS分析表明在糖化蛋白水解產(chǎn)物中修飾位點(diǎn)主要位于賴氨酸和精氨酸殘基上。高效液相色譜法和離子色譜法等方法對(duì)于復(fù)雜樣品的分析效果不理想，且無法分離結(jié)構(gòu)相似的Amadori與Heyns化合物，而HPLC-MS/MS極大提高了Amadori化合物定性及定量的準(zhǔn)確度，因此得到廣泛應(yīng)用[58]。雖然電噴霧電離質(zhì)譜和基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜可以準(zhǔn)確測(cè)定蛋白分子質(zhì)量，但迄今為止，在鑒定糖化蛋白水解產(chǎn)物和分析美拉德反應(yīng)的交聯(lián)程度信息很少，因此有待進(jìn)一步研究。

3 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的功能性質(zhì)

3.1 溶解性

食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的功能性質(zhì)如圖5所示，其中溶解性會(huì)直接影響食品的黏度、凝膠性、起泡性、乳化性等功能特性，而美拉德反應(yīng)可提高蛋白水解物的溶解性，進(jìn)而改善其功能特性，被認(rèn)為是一種極具潛力的食源蛋白功能改性方法。蛋白水解物的溶解性也會(huì)受到糖類物質(zhì)的影響，Li Yue等[59]利用葡萄聚糖與大米蛋白水解物進(jìn)行美拉德反應(yīng)，相對(duì)于未發(fā)生美拉德反應(yīng)的蛋白水解物溶解度提高3.5 倍，同時(shí)乳化活性和乳化穩(wěn)定性提升5～7 倍。Anzani等[60]評(píng)價(jià)了葡聚糖通過美拉德反應(yīng)改善牛皮膠原基多肽的溶解性，結(jié)果表明共價(jià)復(fù)合物的溶解性與蛋白水解物分子質(zhì)量的大小有關(guān)，小分子質(zhì)量的蛋白水解物美拉德反應(yīng)產(chǎn)物溶解性更好。溶解性的改善主要是美拉德反應(yīng)使糖類物質(zhì)修飾蛋白水解物，增加多肽分子上的親水羥基比例，從而使其溶解度得到顯著提升。通過美拉德反應(yīng)提高蛋白水解物溶解性是其功能改性的有效途徑，探索精準(zhǔn)控制食源蛋白水解物與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)進(jìn)程的方法，對(duì)提高其溶解性具有重要意義。

圖5 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的功能性質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)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 乳化活性與乳化穩(wěn)定性

部分食源蛋白經(jīng)水解或過度水解后，蛋白水解的乳化穩(wěn)定性降低，為改善蛋白水解物的乳化能力，利用糖類對(duì)蛋白水解物進(jìn)行糖基化修飾，使得多糖更多親水基團(tuán)接入蛋白水解物，改善蛋白水解物的乳化能力。糖類的共價(jià)可以促進(jìn)疏水氨基酸的暴露和美拉德產(chǎn)物在油-水界面的吸附，提高乳化活性，因此美拉德反應(yīng)產(chǎn)物可以作為一種新型的乳化劑[61-63]。齊明[64]對(duì)比研究了苦蕎蛋白水解物分別與葡萄糖、麥芽糊精和葡聚糖發(fā)生美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的區(qū)別，結(jié)果表明產(chǎn)物的乳化性與多糖分子質(zhì)量有關(guān)，分子鏈較長(zhǎng)的葡聚糖形成共價(jià)復(fù)合物乳化性最好，具有促進(jìn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成提高液滴穩(wěn)定性的作用。Zha Fengchao等[53]利用阿拉伯膠與豌豆蛋白水解物制備美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，有效提高了復(fù)合的表面疏水性和空間排斥力改善乳液穩(wěn)定性。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的乳化性也與蛋白水解物的水解程度有關(guān)。在對(duì)酪蛋白疏水肽-阿拉伯膠共價(jià)復(fù)合物的研究中發(fā)現(xiàn)，酪蛋白水解度越大形成復(fù)合物的乳化穩(wěn)定性越低，因此要通過適當(dāng)?shù)拿附忉尫诺鞍姿馕锏娜犴g性和表面活性[65]。此外，多糖與蛋白水解物的共價(jià)結(jié)合有助于水解物在油-水界面空間位阻的增強(qiáng)降低界面張力，提供高靜電斥力及空間位阻，同時(shí)大分子多糖的加入會(huì)提升乳化體系的黏度，從而降低液滴的遷移速率，減少油滴之間的碰撞、絮凝，從而提高乳液的乳化穩(wěn)定性。He Wanying等[52]利用不同分子質(zhì)量的葡聚糖增強(qiáng)玉米醇溶蛋白水解物的溶解性和界面吸附特性，結(jié)果顯示與2.5 kDa葡聚糖共價(jià)反應(yīng)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連續(xù)相中的聚集能力，復(fù)合物能在油滴周圍形成致密的剛性界面層結(jié)構(gòu)增強(qiáng)穩(wěn)定性。

3.3 起泡性

蛋白質(zhì)/蛋白水解物的起泡性是指溶液中的蛋白質(zhì)分子在空氣-水界面處的吸附能力及在界面處發(fā)生構(gòu)象的重排，通過分子間相互作用形成黏彈性膜的能力。美拉德反應(yīng)可以改善蛋白水解物的起泡性，Chen Kangni等[66]研究發(fā)現(xiàn)鱈魚皮膠原蛋白肽-木糖共價(jià)復(fù)合物起泡性和泡沫穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，美拉德反應(yīng)調(diào)節(jié)了多肽的親水親脂平衡，在氣泡周圍形成致密且較厚的薄膜，能夠捕獲空氣并能長(zhǎng)時(shí)間保留在泡沫結(jié)構(gòu)中。Seid等[65]研究也能得出類似結(jié)論，酪蛋白水解物-阿拉伯樹膠共價(jià)復(fù)合物表現(xiàn)出較高的發(fā)泡能力和穩(wěn)定性，主要是由于阿拉伯樹膠能抑制酪蛋白水解物的聚集，促進(jìn)結(jié)構(gòu)展開易于形成水-空氣界面，增強(qiáng)起泡性和泡沫穩(wěn)定性。多糖的結(jié)合不僅可以降低氣泡的大小，還可以增加體系中連續(xù)相的黏度和氣-水界面的黏彈性。此外，糖類物質(zhì)的含量、分子質(zhì)量、分子結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合物泡沫穩(wěn)定性的提高也至關(guān)重要。目前，大部分研究仍集中在幾種常見糖類物質(zhì)，新型功能性多糖應(yīng)用較少，需要拓寬功能多糖原料的來源以豐富產(chǎn)品種類。

3.4 凝膠性和持水性

蛋白水解物相比于完整的蛋白質(zhì)分子形成有規(guī)律的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)凝膠性較弱，而蛋白水解物與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的凝膠性、持水性會(huì)有所提升。Zhang Xiuxiu等[57]研究表明乳清分離蛋白水解物與半乳糖發(fā)生美拉德反應(yīng)共價(jià)復(fù)合物的持水能力要高于乳清分離蛋白與半乳糖形成的復(fù)合物，主要是由于部分水解的乳清分離蛋白增加了低分子質(zhì)量的多肽片段，形成了均勻的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)，提高了溶解性，同時(shí)肽鏈中親水性氨基酸殘基也有助于持水能力的提升。Fan Junfeng等[67]通過美拉德反應(yīng)制備的大豆蛋白水解物與可得然膠共價(jià)復(fù)合物表現(xiàn)出較高的持水性和凝膠強(qiáng)度，主要是由于可得然膠降低了大豆蛋白水解物之間的排斥力，增加了復(fù)合物的溶解性進(jìn)而改善凝膠強(qiáng)度。多糖等糖類物質(zhì)的加入可以調(diào)節(jié)連續(xù)相的流變性及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與蛋白水解物協(xié)同可影響凝膠特性，從而賦予新的食品質(zhì)構(gòu)。

3.5 凍融穩(wěn)定性

冷凍是保持食品營(yíng)養(yǎng)、感官特性、抑制微生物生長(zhǎng)和延長(zhǎng)食品貨架期的有效方式，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物是穩(wěn)定乳液常見的乳化劑。研究表明，對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行有限的水解和多糖接枝改性可以顯著提高其穩(wěn)定乳液的凍融穩(wěn)定性[68]。Wang Lixin等[69]研究發(fā)現(xiàn)，利用酪蛋白水解物-羧甲基殼聚糖形成的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物穩(wěn)定納米乳液，經(jīng)多次凍融循環(huán)粒徑分布仍保持均勻，主要由于蛋白質(zhì)水解及多糖共價(jià)后球狀結(jié)構(gòu)展開柔性增加，促進(jìn)了黏彈性界面膜的形成，顯著增強(qiáng)納米乳液的凍融穩(wěn)定性。Yu Jie等[68]制備大豆分離蛋白水解物-葡聚糖美拉德反應(yīng)的共價(jià)復(fù)合物，發(fā)現(xiàn)大豆蛋白水解后構(gòu)象變化使ε-氨基暴露，可有效促進(jìn)水解物與葡聚糖之間的共價(jià)接枝，大大提高乳液界面層厚度進(jìn)而增強(qiáng)乳液凍融穩(wěn)定性。Zhang Anqi等[70]也驗(yàn)證了葡聚糖含量對(duì)乳液凍融穩(wěn)定性提高的作用，多糖在乳液界面可抑制冰晶生長(zhǎng)，防止液滴聚集和相分離。因此，蛋白水解物與多糖的美拉德反應(yīng)是一種提高乳狀液凍融穩(wěn)定性的有效方式。目前大部分研究均以葡聚糖、羧甲基殼聚糖等常見多糖為主，對(duì)成膜性、生物相容性良好的糖類物質(zhì)仍需進(jìn)一步探索應(yīng)用，從而達(dá)到理想要求以滿足食品加工需要。

4 食源蛋白水解物與糖類美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)生物活性

4.1 抗氧化

食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物類黑精，通常來源于烘焙食品、咖啡和奶酪等。有研究表明，其美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有良好的抗氧化活性，在食品體系中主要體現(xiàn)在抑制脂質(zhì)的氧化分解，機(jī)體內(nèi)抗氧化活性體現(xiàn)在清除自由基、抑制活性氧產(chǎn)生和增強(qiáng)抗氧化酶活性等方面[71]。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在油-水乳液體系中被報(bào)道具有較高的抗氧化活性，Megías等[72]發(fā)現(xiàn)葵花籽蛋白水解物與木糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物可以改善乳液的氧化穩(wěn)定性，具有螯合金屬離子作用，主要?dú)w因于復(fù)合物富含羥基、吡咯或酮基，同時(shí)也具有較高的還原能力和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]利用金槍魚骨蛋白水解物與乙酮糖進(jìn)行美拉德反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)DPPH自由基清除能力顯著提高。Li Yue等[59]研究發(fā)現(xiàn)酪蛋白肽-葡萄糖制備美拉德產(chǎn)物在乳化體系中可以防止自由基的形成，分解乳液界面活性氫過氧化物，且反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)DPPH自由基清除活性越強(qiáng)，但螯合金屬離子能力下降，總體上也會(huì)促進(jìn)脂質(zhì)的氧化。因此，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在食品乳化體系中是否會(huì)促進(jìn)脂質(zhì)氧化仍有待明確。

利用食品組分新型糖類物質(zhì)與蛋白水解物功能特性結(jié)合可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)功能特性的創(chuàng)新，也是近幾年的研究熱點(diǎn)。研究表明，多種慢性疾病如動(dòng)脈硬化、心血管疾病、糖尿病和癌癥等都與機(jī)體內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)密切相關(guān)。蛋白水解物活性肽、功能性多糖及兩者形成的復(fù)合物具有清除自由基、抑制脂質(zhì)過氧化、維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)的作用[74]。Zhang Xinliu等[75]研究發(fā)現(xiàn)乳清蛋白水解物與D-半乳糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，其產(chǎn)物相比于乳清蛋白與D-半乳糖產(chǎn)物具有更高的抗氧化活性，且在Caco-2細(xì)胞模型中有更高的滲透性，有助于細(xì)胞生長(zhǎng)。Jiang Zhanmei等[76]研究發(fā)現(xiàn)酪蛋白肽與水溶性還原糖（核糖、半乳糖和乳糖）發(fā)生美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)DPPH自由基的清除能力和亞鐵還原能力較高，但半乳糖糖基化的酪蛋白肽對(duì)Caco-2細(xì)胞的生長(zhǎng)有輕微的抑制作用，而核糖、乳糖基化的酪蛋白肽對(duì)Caco-2細(xì)胞無毒性。魚蛋白水解物與核糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物可以通過增強(qiáng)谷胱甘肽的合成保護(hù)HepG2肝細(xì)胞抵御叔丁基過氧化氫誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)，其美拉德反應(yīng)產(chǎn)物通過調(diào)控核因子E2相關(guān)因子2核轉(zhuǎn)位和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶磷酸化，誘導(dǎo)II相酶血紅素氧合酶-1和γ-谷氨酰半胱氨酸連接酶的表達(dá)上調(diào)，顯著增加細(xì)胞氧化應(yīng)激活力[77]。鯛魚鱗肽與木糖形成的美拉德產(chǎn)物也能夠顯著降低血清天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶和丙氨轉(zhuǎn)氨酶活性，降低小鼠肝臟內(nèi)丙二醛和甘油三酯水平，抑制肝臟中超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過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、抑制脂質(zhì)過氧化、預(yù)防羥自由基誘導(dǎo)DNA損傷、延緩細(xì)胞衰老的作用[79-80]。以上研究表明，食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物可作為一種潛在的功能食品成分被推廣應(yīng)用。

4.2 增強(qiáng)免疫、抗炎

近年來，研究者對(duì)食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的生物活性進(jìn)行開發(fā)，并不斷嘗試在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用。Saigusa等[81]研究發(fā)現(xiàn)鮭魚肌原纖維蛋白與海藻酸低聚糖形成的美拉德產(chǎn)物，經(jīng)胃蛋白酶和胰蛋白酶逐步消化產(chǎn)生的糖肽對(duì)脂多糖誘導(dǎo)的RAW264.7巨噬細(xì)胞炎癥模型分泌的促炎因子一氧化氮、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α和白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-6有顯著的抑制作用，并對(duì)TNF-α、IL-6、一氧化氮合酶和環(huán)氧化酶-2的mRNA表達(dá)產(chǎn)生抑制作用，表明鮭魚肌原纖維蛋白與海藻酸低聚糖美拉德產(chǎn)物的消化物具有成為一種抗炎食品功能因子的潛力。Xiang Jia等[82]也證實(shí)酪蛋白與乳糖、殼寡糖經(jīng)美拉德反應(yīng)得到的糖基化產(chǎn)物經(jīng)胰蛋白酶水解后，酶解產(chǎn)物糖肽具有顯著的免疫調(diào)節(jié)活性。Karnjanapratum等[83]通過半乳糖和明膠蛋白水解物制備美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，當(dāng)質(zhì)量濃度為750～1500 μg/mL時(shí)對(duì)H2O2誘導(dǎo)的U937細(xì)胞DNA損傷有保護(hù)作用，DNA損傷降低約50%，而且有效抑制HepG2細(xì)胞抗氧化酶、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性，減少RAW264.7細(xì)胞中促炎細(xì)胞因子（IL-1β和IL-6）和一氧化氮的產(chǎn)生，因此對(duì)氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)表現(xiàn)出較高的生物活性潛能。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應(yīng)激小鼠脾細(xì)胞的增殖、炎癥和過敏反應(yīng)，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，也可調(diào)控蘇氨酸激酶和絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路抑制RAW264.7巨噬細(xì)胞中核轉(zhuǎn)錄因子（nuclear transcription factor，NF）-κB的活性，起到抗炎作用[84]。

4.3 有益腸道菌群

食源蛋白水解物與糖類發(fā)生美拉德反應(yīng)后會(huì)對(duì)蛋白水解物和多肽的消化性產(chǎn)生影響，可能改變其結(jié)腸發(fā)酵特性及菌群結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響腸道健康[4]。Zhang Zuoyong等[85]利用大豆多肽與D-木糖制備美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，結(jié)果顯示反應(yīng)產(chǎn)物可以提高腸道菌群的豐富度和多樣性，改善微生物群落結(jié)構(gòu)，對(duì)乳酸菌、雙歧桿菌等有益菌均有促進(jìn)作用并有效抑制致病菌生長(zhǎng)，同時(shí)可改善氧化應(yīng)激、認(rèn)知障礙和全身炎癥的作用。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物也會(huì)影響結(jié)腸發(fā)酵，Jin Weiya等[86]探討了低聚半乳糖與魚肽的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)大鼠結(jié)腸中總短鏈脂肪酸含量、丁酸和丙酸水平的影響，結(jié)果顯示反應(yīng)產(chǎn)物顯著增加了總短鏈脂肪酸含量以及丁酸和丙酸水平，降低了糞便中氨的產(chǎn)量，改變了結(jié)腸菌群，使厭氧菌弧菌和普雷沃氏菌屬的相對(duì)豐度升高，Alloprevotella和霍爾德曼氏菌的相對(duì)豐度降低，提高了盲腸乳酸桿菌數(shù)量和發(fā)酵強(qiáng)度，證明糖化作用改善了魚肽的可發(fā)酵特性，對(duì)大鼠的腸道菌群具有正向調(diào)節(jié)作用。類似地，鳀魚蛋白水解物與葡萄糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物增加了雄性小鼠擬桿菌的相對(duì)豐度，降低了厚壁菌相對(duì)豐度，顯著提升雌性和雄性小鼠糞便中丙酸和丁酸水平，促進(jìn)腸道菌群的有益調(diào)節(jié)[87]。以上結(jié)果揭示了美拉德反應(yīng)產(chǎn)物及消化物在結(jié)腸內(nèi)發(fā)酵的持久性較好，與結(jié)腸微生物菌群之間有密切的相互作用并有助于提高產(chǎn)物的益生作用，這些結(jié)果為寡糖聯(lián)合多肽調(diào)節(jié)腸道環(huán)境促進(jìn)人體健康提供了新策略。

4.4 改善心血管疾病和糖尿病

研究表明，通過美拉德反應(yīng)對(duì)多肽或蛋白水解物分子修飾，可以讓分子重排產(chǎn)生新的小分子物質(zhì)，這樣可以有效提高蛋白水解物/多肽的生物活性、穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)胰島素水平和血管緊張素轉(zhuǎn)化酶活性的作用。Hong Xu等[88]研究發(fā)現(xiàn)酪蛋白水解物與木糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物有效提高了酪蛋白多肽對(duì)血管緊張素轉(zhuǎn)化酶的抑制活性，可以預(yù)防高血壓和心血管疾病。嬰兒配方奶粉在超高壓處理過程中β-乳球蛋白與乳糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，其消化產(chǎn)物糖肽對(duì)二肽基肽酶IV具有抑制作用，具有抗糖尿病潛力[89]。乳清濃縮蛋白、酪蛋白酸鈉與乳糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)格氏乳桿菌發(fā)酵后產(chǎn)生的小分子糖肽可以顯著提高抗血栓活性并起到抑制3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶作用，具有降低心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)[90]。L-Xucong等[91]從靈芝中分離得到的靈芝多糖肽對(duì)高脂和高膽固醇血癥大鼠的脂血紊亂和腸道菌群失調(diào)具有調(diào)節(jié)作用，可顯著緩解大鼠血脂異常，降低血清甘油三酯、膽固醇、游離脂肪酸和低密度脂蛋白膽固醇水平，并顯著抑制肝臟脂質(zhì)積累和脂肪變性，促進(jìn)膽汁酸的排泄，該研究揭示了靈芝多糖肽調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)和膽固醇代謝紊亂的機(jī)制。總體而言，蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)的共價(jià)復(fù)合物或美拉德反應(yīng)消化產(chǎn)物都具有潛在抗心血管疾病、抗糖尿病和降低血壓的功效，在一定程度上對(duì)改善糖尿病等慢性疾病有著積極作用，但相關(guān)調(diào)控機(jī)制有待進(jìn)一步明確。

4.5 抗骨質(zhì)疏松

骨質(zhì)疏松癥是一種多因素所致的慢性疾病，其癥狀主要體現(xiàn)在骨密度降低、骨組織微觀結(jié)構(gòu)破壞。蛋白質(zhì)和氨基酸是骨內(nèi)有機(jī)質(zhì)合成必不可少的原料，蛋白質(zhì)長(zhǎng)期缺乏可導(dǎo)致骨基質(zhì)合成的降低，最終引發(fā)骨質(zhì)疏松癥。食源性蛋白中酪蛋白水解物對(duì)骨健康有益作用顯著，其中酪蛋白磷酸肽因其可結(jié)合鈣離子，促進(jìn)體內(nèi)鈣離子吸收，已被多項(xiàng)研究證實(shí)其具有促骨健康的作用。Reynolds等[92]發(fā)現(xiàn)酪蛋白磷酸肽不僅可以促進(jìn)鈣的吸收還可以調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的分化。天然存在的糖肽如從鯽魚卵中分離的唾液糖蛋白，能夠顯著降低酒石酸酸性磷酸酶陽(yáng)性多核破骨細(xì)胞的形成、骨吸收陷窩和破骨基因的表達(dá)，表明可通過抑制破骨細(xì)胞NF-κB和MAPK通路活性來改善骨質(zhì)疏松癥[93]。目前，食源蛋白水解物與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在抗骨質(zhì)疏松方面的研究相對(duì)較少，相關(guān)的機(jī)制探討和理論研究還不很成熟，但隨著當(dāng)今社會(huì)老齡化的加劇，未來這些新食品原料的開發(fā)可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)的個(gè)性化調(diào)控滿足相關(guān)需求。

4.6 抗菌和抗病毒能力

不同的食源蛋白水解物與糖類物質(zhì)的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有不同的抗真菌、抗細(xì)菌和抗病毒的特性。例如，Han Jiarun等[94]對(duì)比研究了扇貝雌性性腺水解物與核糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)大腸桿菌（Escherichiacoli）的抑菌作用，結(jié)果顯示，沒有添加核糖的扇貝雌性性腺水解物對(duì)E.coli的抑制效果不好，而經(jīng)過與核糖發(fā)生美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物對(duì)E.coli具有很好的抑菌作用，經(jīng)后續(xù)細(xì)胞毒性試驗(yàn)驗(yàn)證表明了該共價(jià)復(fù)合物可用于抑菌的食品添加劑。Song Ru等[95]通過超高效液相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用鑒定發(fā)現(xiàn)黃鯽蛋白水解物中陽(yáng)離子多肽（WLPVVR）與葡萄糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)大腸桿菌具有顯著抑制作用。此外，研究發(fā)現(xiàn)蟹殼生物活性肽、雞肝蛋白水解物與果糖、木糖制備的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物都可有效抑制腐生菌和大腸桿菌的生長(zhǎng)，這些研究促進(jìn)了水產(chǎn)廢棄物、雞肝蛋白等低值肉類副產(chǎn)品的綜合利用[96-97]。

5 食品加工中的應(yīng)用

食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在食品工業(yè)中的應(yīng)用如圖6所示，主要包括：1）促進(jìn)食品色澤、風(fēng)味物質(zhì)的形成；2）保護(hù)生物活性物質(zhì)的遞送；3）制備可食性膜等。

圖6 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在食品工業(yè)中的應(yīng)用Fig.6 Application of Maillard reaction products from food-derived proteins/peptides and saccharides in food industry

5.1 食品色澤、風(fēng)味物質(zhì)的形成

美拉德反應(yīng)是食品加工顏色和風(fēng)味物質(zhì)形成的重要環(huán)節(jié)，食源蛋白水解物/多肽自身就是非常重要的風(fēng)味活性化合物，具有增強(qiáng)柔和性、連續(xù)口感、鮮味等作用，與糖類物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)后會(huì)生成更多風(fēng)味物質(zhì)，因此，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物也被認(rèn)為是食品加工中重要風(fēng)味物質(zhì)的增強(qiáng)因子和前體[98]。Liu Ping等[99]研究發(fā)現(xiàn)分子質(zhì)量在1000～5000 Da的大豆蛋白多肽與木糖在120 ℃下加熱2.0 h制備的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在色澤和風(fēng)味方面表現(xiàn)出明顯增強(qiáng)的效果，具有較好的焦糖色、醬油氣味、鮮味和口感，降低了苦味。Hu Longteng等[100]以芝麻蛋白水解物、半胱氨酸美拉德產(chǎn)物、蛋氨酸美拉德產(chǎn)物和硫胺素美拉德產(chǎn)物為原料，開發(fā)了低鈉調(diào)味鹽，這些蛋白多肽生成的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物作為調(diào)味鹽具有較好的風(fēng)味特性和理化性質(zhì)，可以替代部分NaCl促進(jìn)了在食品調(diào)味中的應(yīng)用。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物不僅可以改善色澤，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與蔗糖制備美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，所獲產(chǎn)物具有不同褐變程度的焦糖色和更強(qiáng)的甜味，并具有類似可可和奶粉的香氣。Lzzo等[102]也揭示了不同蛋白多肽的氨基酸序列和不同來源多肽（如乳、肉、蛋、魚、豆和谷物等）會(huì)影響美拉德反應(yīng)所產(chǎn)生的香氣特征，并且可形成獨(dú)特的肽特異性揮發(fā)物，這主要由于在美拉德反應(yīng)中Strecker降解會(huì)產(chǎn)生Strecker醛、吡咯和吡嗪等揮發(fā)性化合物，但由于多肽缺乏α-碳上的游離羧基不能全部遵循典型的Strecker降解過程，因此會(huì)形成一些特殊的風(fēng)味物質(zhì)。Liu Jianbin等[103]研究發(fā)現(xiàn)，高溫?zé)崽幚硎闺u肉蛋白多肽與木糖發(fā)生美拉德反應(yīng)產(chǎn)生肉味香氣增強(qiáng)，溫度較低且較長(zhǎng)時(shí)間加熱會(huì)產(chǎn)生肉湯的鮮味和厚味，這是由于多肽中胺基反應(yīng)活性較高，可參與形成重要的活性化合物。研究發(fā)現(xiàn)多肽產(chǎn)生的吡嗪對(duì)香味貢獻(xiàn)更高[104]，所以在食物風(fēng)味物質(zhì)形成中需要更多關(guān)注蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)形成美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的規(guī)律及性質(zhì)，為更好地指導(dǎo)食品加工過程中風(fēng)味物質(zhì)形成和食品品質(zhì)的調(diào)控提供理論支撐。

5.2 生物活性物質(zhì)遞送

生物活性物質(zhì)在食品加工、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸和胃腸道消化過程中極易分解，需要良好的運(yùn)載體系遞送和保護(hù)。食源蛋白水解物與糖類物質(zhì)共價(jià)修飾后分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成不同結(jié)構(gòu)的復(fù)合物，如雙重網(wǎng)絡(luò)、交聯(lián)結(jié)構(gòu)和鑲嵌結(jié)構(gòu)等，拓寬了在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用?；隗w系的應(yīng)用與功能，研究者開展了大量研究。1）乳液體系：Pan Yi等[105]研究了線性糊精糖基化乳清蛋白水解物穩(wěn)定姜黃素乳液，結(jié)果表明較高的糖基化程度使乳液的穩(wěn)定性顯著提升，防止了姜黃素降解、沉淀和擴(kuò)散到水相，同時(shí)提高了姜黃素的生物利用度，使乳液體系在制備功能性飲料方面具有應(yīng)用潛力。2）納米粒子：Han Yue等[106]構(gòu)建了玉米蛋白水解物-羧甲基殼聚糖美拉德反應(yīng)共價(jià)復(fù)合物負(fù)載蘆丁納米顆粒，結(jié)果顯示該復(fù)合物對(duì)蘆丁的包封效率為97.8%～98.8%，納米顆粒表面的毛狀糖類化合物產(chǎn)生較強(qiáng)的空間位阻效應(yīng)，阻礙了鹽橋形成和顆粒聚集，可作為食品工業(yè)中疏水性生物活性物質(zhì)的載體。3）微膠囊：Annamalai等[107]以鱸魚蛋白水解物與酪蛋白酸鈉、麥芽糖糊精和阿拉伯樹膠為壁材，采用噴霧干燥法制備微膠囊魚油，結(jié)果顯示復(fù)合物具有較高的包封效率、釋油特性和氧化穩(wěn)定性。Peled等[108]研究表明，將乳鐵蛋白水解物分別與低聚藻糖、低聚果糖和低聚木糖形成美拉德反應(yīng)共價(jià)復(fù)合物，以其作為靶向遞送益生菌（干酪乳桿菌）的載體，能夠顯著提高乳桿菌在腸道上皮細(xì)胞的生長(zhǎng)速度和腸道益生菌的耐力并具有選擇靶向作用，并能增強(qiáng)干酪乳桿菌對(duì)非有益/有害腸道細(xì)菌的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。以上研究表明，食源蛋白水解物與糖類物質(zhì)的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物可提高生物活性物質(zhì)的利用度和益生菌等穩(wěn)定性，此外在藥物治療和口服遞送體系中的應(yīng)用也是近幾年研究熱點(diǎn)。

5.3 可食性膜

近年來，可食用膜作為一種綠色包裝材料，因其生物相容性和生物可降解性好而廣受關(guān)注。目前，可食性膜的配方正在不斷創(chuàng)新，蛋白水解物和生物活性肽已被廣泛應(yīng)用于可食用膜制備。Zareie等[109]利用2.5%殼聚糖與大豆蛋白水解物發(fā)生美拉德反應(yīng)制備可食用膜，所得膜具有較高的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，表面光滑、致密、均勻，同時(shí)表現(xiàn)出較好的抗氧化和抗菌活性。Jiang Wei等[110]采用明膠和水溶性殼聚糖組成新型生物膜，并在膜液中注入0.5 mg/mL魷魚美拉德反應(yīng)多肽，用作藍(lán)鰭金槍魚的保鮮劑，結(jié)果表明在（4f 1）℃條件下保存10 d，相比于未包裹、聚乙烯包裝和不含魷魚美拉德多肽的明膠-水溶殼聚糖膜包裝的金槍魚片，含有美拉德多肽的新型生物膜包裝樣品中組胺、酪胺和尸胺濃度增加緩慢，紅度、肌紅蛋白含量和感官評(píng)價(jià)最好，并能夠有效抑制微生物生長(zhǎng)和脂質(zhì)氧化。而在制備可食性膜的過程中抗氧化等功能成分的添加也有助提高膜的相關(guān)性質(zhì)，抑制關(guān)鍵組分變化和揮發(fā)的可能性。Liu Xinye等[111]通過酪蛋白水解多肽與羧甲基殼聚糖進(jìn)行美拉德反應(yīng)制備共軛物，并添加穩(wěn)定茶花精油的納米乳液制備薄膜，結(jié)果表明可食性薄膜表現(xiàn)出較好的水蒸氣阻隔性、阻氧性、抗拉強(qiáng)度和彈性，并對(duì)藍(lán)莓的硬度、品質(zhì)保持具有重要作用。目前，這些研究更多采用簡(jiǎn)單的混合模式制備可食性膜，而要精確共價(jià)復(fù)合物在更加復(fù)雜的食品體系中發(fā)揮的作用，仍需更多基礎(chǔ)研究支撐。

6 結(jié)語(yǔ)

食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)的共價(jià)結(jié)合物具有多種功能特性和有益健康的生物活性，在未來食品、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。相比提取天然存在于食品中的糖肽，通過美拉德反應(yīng)制備的多肽-糖類共價(jià)復(fù)合物獲取更加便捷，復(fù)合物的營(yíng)養(yǎng)功能、活性物質(zhì)遞送、功能靶向性等方面優(yōu)勢(shì)更顯著。然而，針對(duì)食源蛋白水解物/多肽與糖類物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)機(jī)制還需深入研究，目前仍缺乏對(duì)共價(jià)復(fù)合物形成量、反應(yīng)次序、分子結(jié)構(gòu)與功能特性的研究，未來應(yīng)從有效控制晚期糖基化終產(chǎn)物的生成著手，實(shí)現(xiàn)較為合理的美拉德產(chǎn)物設(shè)計(jì)。此外，共價(jià)復(fù)合物的功能特性提升和作為口服遞送劑的毒性、安全性分析都需要體內(nèi)、體外消化實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等的驗(yàn)證，這些均是未來重要的研究方向，有助于深入挖掘其應(yīng)用潛力，促進(jìn)健康功能食品研發(fā)。