本文获2023年度哈尔滨商业大学“青年科研创新人才”（2023-KYYWF-1061）；哈尔滨商业大学博士科研启动支持计划项目（22BQ23）；黑龙江省“百千万”工程科技重大专项支撑行动计划（2021ZX12B04）；黑龙江省“双一流”学科协同创新成果建设项目（LJGXCG2022-084）。
哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江省谷物食品与谷物资源综合加工重点实验室的刘琳琳，李诗雨，黄雨洋，吕铭守，孙冰玉，朱颖，王辰，曲敏，朱秀清，石彦国等人重点介绍了双蛋白凝胶体系的背景、意义及物理改性的研究进展。双蛋白由动植物蛋白复合而成，具有营养互补优势，其凝胶形式因高保水性和低热量备受关注。物理改性技术（如超声、高压、热处理、微波和动态高压微射流）因其安全、高效和可持续的特性，被广泛应用于改善双蛋白凝胶的结构与性能，避免化学和酶改性方法的局限性。本章旨在总结物理改性对双蛋白凝胶形成机理和特性的影响，为相关产品开发提供参考。
摘要：蛋白质的凝胶性可以提供食品所需的质地和稳定性，因而蛋白凝胶开发备受关注。将动、植物蛋白相结合制备的双蛋白凝胶，可实现动、植物蛋白营养和功能上的优势互补，以获得营养价值更高的蛋白凝胶制品。近年来，研究人员在强化双蛋白营养价值的同时也更加注重其凝胶特性的改善。超声、超高压、热处理、微波及动态高压微射流等物理改性方法具有安全、高效的特点，在提升蛋白凝胶性上多有应用。将物理改性手段应用于双蛋白凝胶制品的生产加工中，以促进蛋白质聚集体的展开、使蛋白质内部暴露进而增强两种蛋白质间的相互作用，可进一步改善双蛋白凝胶的相关特性，提高双蛋白凝胶食品品质。本文将物理改性技术对双蛋白凝胶体系中蛋白结构及其凝胶特性影响的研究进展进行了分析和总结，并进一步综述了双蛋白凝胶体系的形成机理。通过物理改性产生的机械力或热作用使大分子蛋白聚集体破坏，蛋白质二、三级结构、表面疏水性等由于基团的暴露发生变化，改善凝胶的持水性、质构、流变及微观结构等凝胶特性并对凝胶体系中蛋白质的交联聚集及蛋白间作用力产生影响，从而影响双蛋白凝胶体系的形成。本文旨在为双蛋白凝胶制品的开发和品质提升提供参考。
1 双蛋白凝胶的制备及形成机理
重点介绍了双蛋白凝胶的三种主要制备方法（加热-冷却法、酶诱导交联法和离子诱导交联法）及其形成机理。加热-冷却法通过热处理使蛋白质展开并形成聚集体，冷却后形成连续网状结构；酶诱导法利用酶（如TG酶）特异性促进蛋白交联；离子诱导法则通过盐离子中和电荷减少静电斥力，促使蛋白聚集。此外，章节还分析了双蛋白凝胶的三种类型：填充型、相互嵌入型和杂合单一型，取决于蛋白质的成胶浓度及网络结构关系。
2 物理改性对双蛋白凝胶体系凝胶特性的影响
重点介绍了物理改性对双蛋白凝胶体系凝胶特性的影响，主要涉及持水性、质构特性、流变学特性和结构特性等关键指标。常见的物理改性方法包括超声改性、高压改性、热处理改性和微波改性等。超声改性通过空化效应降低静电斥力，提升凝胶强度和持水性；高压改性适用于含肉类蛋白的体系，能增强凝胶硬度和交联程度；热处理改性通过温度调控促进蛋白间协同效应和二硫键形成，改善质地与流变特性；微波改性高效且对营养破坏小，但需优化功率和时间以避免负面效果。动态高压微射流改性虽研究较少，但初步证明可提升凝胶性能。这些改性方法均有助于优化双蛋白凝胶品质并扩展其食品应用。
3 物理改性对双蛋白凝胶体系中蛋白结构及特性的影响
重点介绍了物理改性对双蛋白凝胶体系中蛋白结构及特性的影响。主要指标包括二、三级结构、微观结构、表面疏水性和粒径，这些指标反映了蛋白质构象变化及其与凝胶特性和形成机理的关联。物理改性方式包括超声、高压、热处理、微波和高压微射流（DHPM）处理，它们通过改变蛋白质结构、聚集状态和交联作用，进而影响凝胶性能。超声处理能破坏非共价作用，减小粒径，改变表面疏水性，并通过促进二硫键形成提高凝胶强度。高压改性保留营养品质，通过展开蛋白结构、增加疏水相互作用，使凝胶更致密有序。热处理诱导蛋白聚集和结构有序化，但需注意温度控制以避免过度变性。微波处理改变蛋白质空间构象，提升凝胶弹性和均匀性。高压微射流处理增强蛋白交联，形成均匀网络结构，但相关机理仍需深入研究。总体而言，物理改性通过调控蛋白结构优化了双蛋白凝胶的特性，但不同方法的机理和应用仍需进一步探索。
4 不同物理改性方法对双蛋白凝胶体系形成机理的影响
重点分析了不同物理改性方法对双蛋白凝胶体系形成机理的影响。超声改性通过空化效应促进蛋白质分子运动、结构展开和相互作用增强，形成均一有序的网络结构；高压改性利用机械力破坏非共价键，改变蛋白质构象和分子间作用，提升凝胶保水性和弹性；热处理通过热变性促使蛋白质展开、基团暴露，增强疏水相互作用和二硫键形成，使凝胶结构更致密；微波改性结合热与非热效应，促进蛋白质交联和三维网络结构形成；动态高压微射流改性通过机械作用解离蛋白质聚集体，增强疏水相互作用和氢键，形成致密网络结构。总体而言，物理改性主要通过改变蛋白质结构、相互作用和聚集状态，影响双蛋白凝胶体系的形成机理和特性。
Table 1 Application of different methods in the preparation of dual-protein gel systems
Fig.1 Mechanism (a) and types (b) of dual protein gel formation
Table 2 Effect of physical modification on the structural properties of dual-protein gel
图 2 超声改性对双蛋白凝胶体系的空化效应（a）及对体系内蛋白质的影响（b）
Fig.2 Cavitation effect of ultrasonic modification on dual protein gel system (a) and its effect on proteins within the system (b)
Fig.3 Mechanism of influence of the physically modified dual protein system
注：a：高压改性；b：热处理改性；c：微波改性；d：动态高压微射流。
本章节总结了物理改性对双蛋白凝胶体系的影响，包括改变蛋白质分子构象、键合数量及相互作用，从而改善凝胶的持水性、质构和流变特性。物理改性方法如超声、高压和热处理展现出独特优势，但协同改性机理仍需深入研究。微波和动态高压微射流等新兴方法研究尚浅，需进一步探索。展望部分指出，物理改性在开发新型复合蛋白凝胶食品、提升产品品质及应用于特医食品和营养补充品领域具有广阔前景，可为实际生产提供理论和技术支持。
引用本文：刘琳琳，李诗雨，黄雨洋，等. 物理改性双蛋白凝胶体系形成机理及特性的研究进展[J]. 食品工业科技，2025，46（22）：479−489. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024120267.
Citation：LIU Linlin, LI Shiyu, HUANG Yuyang, et al. Progress in the Formation Mechanism and Characterization of Physically Modified Dual-protein Gel Systems[J]. Science and Technology of Food Industry, 2025, 46(22): 479−489. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024120267.
石彦国，男，汉族，1960年7月出生于吉林省九台县，中国共产党党员。1984年07月毕业于哈尔滨工业大学应用化学系电化学专业，获工学学士学位；1987年03月毕业于黑龙江商学院食品工程系食品工程专业，获工学硕士学位。同年留校任教，先后任食品工程系膨化技术研究室副主任、食品开发研究室主任、、食品工程系副主任兼食品工程研究所所长、食品工程系主任，食品与药物工程学院院长，食品工程学院院长。教授、博士生导师，黑龙江省省级重点学科----食品科学与工程学科带头人，黑龙江省领军人才梯队带头人，国务院政府特殊津贴专家。中国食品科学技术学会第三、四、五届理事会常务理事会，中国农学会农产品贮藏加工分会理事会常务理事，中国农业工程学会农产品加工及贮藏工程分会第七、八、九届理事会常务理事，中国粮油学会食品专业分会第四、五、六、七届理事会常务理事，黑龙江省食品科学技术学会第一届理事会秘书长、第二、三届理事会副理事长、第四届理事会理事长。《中国食品学报》第二、三届编委会编委，《食品科学》第六、七届编委会编委，《食品工业科技》第二、三、四、五届编辑委员会编委，《大豆科技》第一、二、三届编辑委员会编委。黑龙江省委省政府科技经济专家顾问委员会第五、六、七届食品专家组成员，哈尔滨市委市政府专家咨询委员会第六、七、八届专家。
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