《Trends in Food Science & Technology》：Odorant-binding proteins: from olfactory roles to intelligent biomaterials for food flavor regulation
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OBPs在食品工業中的應用及挑戰研究綜述了OBPs的功能、體外制備方法、生物傳感器開發及智能風味載體設計，指出規�；a、結構-功能關系明確性及傳感器適配性是主要挑戰，未來需結合AI設計、結構生物學和材料科學突破瓶頸。
王偉哲|孫寶國|艾娜西
老年營養與健康重點實驗室（北京科技商學院），教育部，北京100048，中國
摘要
背景
氣味結合蛋白（OBPs）是一類穩定的、具有廣泛氣味結合能力的蛋白質，存在于從昆蟲到脊椎動物的數千種物種中，包括人類。除了在嗅覺系統中捕獲、溶解和運輸疏水性氣味分子的基本功能外，它們廣泛的結合親和力和結構穩定性使其成為食品工業中具有前景的智能生物材料，特別是在風味調節和安全監測方面。然而，目前對OBPs應用的探索仍然有限。
范圍和方法
本綜述全面總結了目前關于OBPs的知識，包括它們在嗅覺過程中的作用、體外制備（異源表達、純化、表征）以及研究OBPs-氣味分子結合的技術。它重點關注OBPs在食品揮發性有機化合物（VOCs）生物傳感中的新興應用，并探討了它們作為智能風味載體的潛力。同時，也討論了OBPs應用面臨的關鍵挑戰和未來前景。
主要發現和結論
OBPs已成功在體外制備，并被廣泛用于篩選氣味分子的結合特性。OBPs有助于開發高度敏感的生物傳感器，用于監測食品中的VOCs，并促進新型風味穩定和控制釋放策略的發展。然而，由于對結構-功能關系的理解不完全、可擴展生產的限制以及傳感器與復雜食品基質的兼容性不足，OBPs的工業化受到了阻礙。未來的進展需要依賴結構生物學、人工智能驅動的設計和材料科學領域的突破，以充分發揮OBPs在食品風味控制和質量監測中的潛力。
引言
食品感官質量的持續提升和精確調控是食品科學進步的核心驅動力之一。這一進展從根本上依賴于我們對風味感知機制的理解。嗅覺系統在檢測和傳遞不同氣味分子方面起著關鍵作用（Gon?alves等人，2021年）。氣味結合蛋白（OBPs）是一類小型、水溶性的分泌蛋白，具有保守的疏水性結合腔，能夠在水生生物屏障中將疏水性氣味分子傳遞到嗅覺受體（ORs）。自四十年前被發現以來，OBPs已在從昆蟲到脊椎動物的數千種物種中被識別出來，包括人類。
除了其在嗅覺中的天然功能外，OBPs還表現出廣泛的氣味結合能力和顯著的結構穩定性（例如耐高溫變性），這使它們成為生物技術應用的有希望的候選者（Pelosi & Knoll，2022年）�；谶@些優勢，研究人員已成功利用體外表達系統制備了多種OBPs，這些蛋白成為篩選和表征氣味分子結合的重要分子探針。此外，OBPs還被整合到電化學、質量敏感性和光學傳感器中，用于檢測揮發性有機化合物（VOCs）（Ramadan等人，2025年）。此外，OBPs還具有調節氣味的潛力，因為它們可以作為食品基質中的“智能風味載體”。圖1A展示了OBPs的研究和應用進展。盡管取得了這些進展，但歷史上的研究主要集中在農業用途的昆蟲OBPs上（Pelosi & Knoll，2022年）。針對食品工業應用的OBPs的具體探索仍不充分，這限制了它們的商業潛力。
本綜述全面總結了OBPs研究的現狀，涵蓋了它們在嗅覺系統中的作用、體外制備方法和氣味結合表征技術。它重點關注OBPs在食品VOCs檢測（包括電化學、質量敏感性和光學傳感器）和風味改善方面的最新應用。此外，還討論了現有挑戰和未來前景，強調了先進技術（人工智能驅動的設計、結構生物學、先進材料）在克服OBPs應用限制中的作用。本綜述旨在突出OBPs在食品質量控制、風味調節和安全監測方面的潛力，為未來的食品風味改進提供新的視角。
章節片段
OBPs概述
OBPs的發現源于對生物嗅覺系統中氣味感知機制的深入理解。1981年，Vogt和Riddiford首次在蛾類觸角中發現了一種具有信息素結合能力的蛋白質。大約在同一時間，Pelosi等人（1982年）也在牛鼻黏液中鑒定出一種能夠結合2-異丁基-3-甲氧基吡嗪的蛋白質（最初是為了識別嗅覺受體）。隨后，大量類似的蛋白質被陸續發現
OBPs在嗅覺系統中的作用
嗅覺系統對于生物體識別氣味分子至關重要，使它們不僅能夠找到營養豐富的食物并避免有毒化合物，還能幫助識別適宜的生態棲息地和配偶（Rihani等人，2021年）。目前普遍認為，OBPs通過攜帶、失活和/或選擇氣味分子參與嗅覺受體的周圍事件（Briand等人，2002年）。當環境空氣中的VOCs和信息素溶解在水相中時
OBPs的體外制備
盡管OBPs在生物體的嗅覺組織中廣泛存在，但在自然組織中的表達水平有限。人類鼻腔區域的OBPs含量極低（Briand等人，2002年）。在研究的哺乳動物物種中，從單個動物體內分離出的OBPs量不超過100毫克，而昆蟲細胞分泌的OBPs僅為1–2毫克/升（Pelosi & Knoll，2022年；He等人，2023年）。這限制了大規模分離
體外配體結合測定
測量結合親和力和特異性對于理解OBPs的生理功能非常重要。通過成功構建重組OBPs，研究人員可以在體外進行氣味結合研究。確定結合親和常數的方法主要包括評估平衡狀態下總配體濃度與游離配體濃度之間的差異（D'Onofrio等人，2020年）。為此，主要有兩類方法：基于分離的方法
用于VOCs檢測的生物傳感器
食品質量是一個重要的問題，直接影響消費者的生活質量。消費者無法忍受由內部變質或外來物質污染引起的異味（Calabrese等人，2023年）。VOCs作為評估食品新鮮度、真實性和安全性的關鍵指標。近年來，由于OBPs對VOCs具有天然的親和力和出色的穩定性，研究人員開發了基于OBPs的傳感器
挑戰與未來前景
盡管OBPs在食品安全檢測和風味管理方面顯示出潛力，但要從實驗室研究過渡到工業應用，仍需解決若干挑戰（見圖6）。
結論
OBPs憑借其獨特的氣味結合、運輸和穩定能力，以及在食品VOCs檢測方面的潛力，在食品工業中具有巨大前景。然而，目前仍存在一些挑戰，如嗅覺機制不明確、制備效率低下和傳感器適用性有限等問題。通過跨學科的合作，結合食品科學、生物技術和材料科學，可以推進OBPs變體的具體設計和工程化
未引用的參考文獻
Chang等人，2023年；Li等人，2025年；Lu等人，2017年；Pelosi等人，2014年；Pelosi等人，2018a；Pelosi等人，2018b；Stepanenko等人，2025年；Tan等人，2020年；Wang等人，2024年；Yang等人，2025年。CRediT作者貢獻聲明
王偉哲：概念構思、研究、撰寫-原始草稿。孫寶國：方法學、軟件、概念構思。艾娜西：撰寫-審稿和編輯、資金獲取、項目管理、監督。
數據可用性
研究中提出的原始貢獻包含在論文/補充材料中，如需進一步咨詢，請聯系相應的作者。
關于寫作過程中使用生成式AI和AI輔助技術的聲明
在準備本工作時，作者使用了生成式AI工具，包括Google Gemini和DeepSeek，主要用于語言潤色、句子重構和提升初稿的整體可讀性。重要的是，所有關鍵的科學概念、數據分析、解釋、結論以及論證的邏輯流程都是由作者原創和發展的。使用這些工具后，作者對文本進行了嚴格審查和實質性修改
致謝
本工作得到了國家重點研發計劃（編號：2023YFF1104503）和國家自然科學基金（編號：32272460）的支持。
