綜述：乳蛋白與香氣化合物之間的相互作用：機制、加工影響及分析方法的全面綜述
《Food Hydrocolloids》：Interactions between dairy proteins and aroma compounds: A comprehensive review of mechanisms, processing effects, and analytical methods
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時間：2026年03月01日
來源：Food Hydrocolloids 12.4
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乳制品中乳蛋白（DP）與香味化合物（DAC）的相互作用機制及其在加工過程中的動態調控，通過分子特性、物理化學性質、界面行為及加工參數（熱處理、pH、離子強度、發酵等）影響香味保留與釋放。結合光譜分析、色譜質譜聯用、分子動力學模擬和機器學習，揭示了非共價（疏水作用、氫鍵、靜電作用、范德華力）和共價（美拉德反應、氧化）相互作用機制，為乳制品風味穩定和精準控制提供理論支持。
袁海斌|唐燦|陳晨|于海燕|田懷香
上海工業大學香料、香精與化妝品學院，中國上海 201418
摘要
乳制品香氣的感知在很大程度上受到乳蛋白（DP）與乳香化合物（DAC）之間相互作用的影響，這兩種成分共同決定了揮發性分子在復雜乳制品基質中的結合、保留和釋放行為。本文綜述了近年來在理解DP-DAC相互作用方面的最新進展，涵蓋了從分子特性到加工誘導的調控作用以及分析評估的各個方面。現有證據表明，疏水性力、氫鍵、靜電作用和范德華力是主導非共價結合的主要因素，而熱處理、氧化和美拉德反應則可能導致共價修飾，從而顯著改變香氣的穩定性。加工參數（如熱處理、pH值、離子強度、發酵、均質化和干燥）會動態改變蛋白質構象和基質微觀結構，進而調節香氣的保留和釋放動力學。光譜分析、色譜-質譜定量、量熱和動力學測量、分子模擬以及機器學習的進步加深了人們對這些相互作用途徑和能量學的認識。盡管取得了顯著進展，但在量化共價相互作用、將模型系統觀察結果與實際乳制品基質聯系起來以及預測工業條件下的多尺度香氣行為方面仍存在挑戰。結合多模態分析、分子動力學和動力學建模的新興綜合方法有望為基于蛋白質的策略提供支持，以實現風味穩定、可控香氣釋放和乳制品感官優化。
引言
風味是決定乳制品感官質量和消費者接受度的關鍵因素，而乳香化合物（DAC）是風味感知的重要貢獻者。從鮮奶到發酵奶和奶酪等各種乳制品都具有獨特的香氣特征，這些特征由其特定基質成分的組成和相互作用決定。這些DAC的釋放動態、穩定性和感官表現受到乳制品基質內部相互作用的強烈影響，其中乳蛋白（DP）起著尤為關鍵的作用。
乳蛋白主要由酪蛋白和乳清蛋白組成，不僅因其營養價值和功能特性而受到重視，還通過與揮發性分子的多種物理化學相互作用（包括疏水性相互作用、氫鍵和靜電作用）來調節香氣行為（Lesme等人，2020年）。這些相互作用決定了DAC的結合、保留和釋放，從而影響其在加工、儲存和消費過程中的揮發性、持久性和整體風味感知。
過去十年中，越來越多的研究致力于闡明DP-DAC相互作用機制（圖1）。這些研究為理解蛋白質結構和環境因素如何調節香氣保留和釋放提供了寶貴見解，為優化乳制品系統的風味性能提供了理論指導。然而，大多數研究僅限于簡化的模型系統或特定的蛋白質-香氣對（陳等人，2025年；Di & Jia，2023年）。雖然基礎性綜述已經建立了稀溶液中DP-DAC結合的熱力學原理，但在動態乳膠體基質中香氣化合物的行為仍知之甚少（Kühn等人，2006年）。實際的乳制品系統并非簡單的配體-受體對，而是復雜的軟物質集合體，其中香氣的保留受到膠束完整性、界面流變學和凝膠網絡結構的影響。與以往側重于靜態平衡常數的研究不同，本文構建了一個綜合框架，將蛋白質結構、加工動態和功能性能聯系起來。本文旨在提出對加工乳膠體中風味調節的預測性理解，通過結合分子動力學（MD）和機器學習（ML）的最新進展來彌合分子識別與宏觀加工之間的差距。
因此，本文系統總結了近年來對DP與DAC相互作用機制的理解進展，超越了描述性分析，深入到了機制層面的理解。重點關注以下方面：（i）蛋白質的膠體特性和香氣化合物的物理化學性質；（ii）分子和超分子水平上的主要相互作用機制；（iii）動態加工參數對相互作用行為的影響；（iv）用于表征這些相互作用的新興分析和計算方法。與以往主要關注靜態平衡常數的研究不同，本文提出了一個多尺度的概念框架：乳制品系統中的香氣行為受到內在分子親和力和加工誘導的基質重組的動態耦合的影響。我們認為，預測實際乳制品中的風味釋放需要將微觀分子識別與動態的超分子轉變（如膠束解離、界面流變學變化和凝膠網絡致密化）結合起來。通過彌合分子結合、宏觀加工動態和現代計算預測之間的差距，本文旨在將該領域從描述性現象學提升到預測性基質工程。
DP和DAC的物理化學特性
DP與DAC之間的相互作用受多種因素的影響，包括它們的結構特征、物理化學性質和界面行為。系統地理解這些特性是闡明DP-DAC相互作用背后的分子識別和結合機制的基礎。這些見解為精確控制乳制品中的風味形成、保留和釋放提供了理論基礎。如圖2所示
DP與DAC之間的相互作用機制
DP通過與揮發性DAC的非共價力相互作用形成可逆復合物，從而調節香氣的保留和釋放，而不可逆的共價相互作用主要發生在加工過程中（Dai等人，2026年；Zhang等人，2021年）。與共價結合不同，非共價相互作用在水性乳制品環境中混合時自發發生。這些相互作用受熱力學驅動，主要由疏水性和特定功能基團決定
加工因素對DP-DAC相互作用的影響
第3節詳細介紹了支配DP-DAC相互作用的基本分子力，這些力提供了必要的基礎。然而，在實際的乳制品制造過程中，這些靜態親和力往往會被破壞。宏觀加工干預（如熱應力、顯著的pH變化和強烈的剪切力）會破壞這些微觀平衡。因此，理解乳制品風味需要超越孤立的分子結合，考慮超分子基質的影響
研究DP-DAC相互作用的方法
要全面理解DP與DAC之間的相互作用，需要整合實驗、光譜和計算方法。為了準確捕捉這些多尺度相互作用，整合先進的分析方法和計算模擬至關重要。這種整合有助于彌合原子層面機制與宏觀風味釋放之間的差距，為優化加工參數提供必要的理論工具
結論
乳蛋白不僅是乳制品的營養和結構成分，還是DAC結合、保留和釋放的關鍵調節因素。這些相互作用涉及疏水性力、氫鍵、靜電作用、范德華力、空間排斥效應，在某些條件下還包括共價反應。它們共同決定了乳制品基質中的結合親和力、釋放動力學和感官感知。光譜學、色譜學等方面的進展
CRediT作者貢獻聲明
袁海斌：撰寫——初稿，監督，方法論，概念化。唐燦：撰寫——初稿，研究，數據整理。陳晨：資源獲取，正式分析，概念化。于海燕：軟件使用，正式分析。田懷香：監督，資源獲取，正式分析。
致謝
本研究得到了國家自然科學基金（編號：32502397）、上海市科學技術委員會（編號：25ZR1402477）、上海市農業委員會項目（編號：T2025302）以及上海市科學技術委員會工程技術研究中心（編號：20DZ2255600）的支持。
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