蛋白质和糖是食品的重要组分。 在食品加工、 贮运过程中, 蛋白质分子中的氨基与还原糖的羰基很容易以共价键的形式相结合发生糖基化反应。 美拉德式糖基化反应包括早期、 中期和末期三个阶段。 糖基化反应使得蛋白质分子主链或侧链发生修饰, 改变蛋白质结构、 静电荷和疏水性等, 影响蛋白质主链和侧链基团的化学活性, 进而改变蛋白质的理化功能性质, 如改善乳化性、 起泡性、 凝胶性等功能性质, 提高抗氧化性等营养特性, 降低致敏性, 增强抑菌性和贮藏特性等, 在食品加工、 贮运过程中非常普遍且有着重要意义。 糖基化反应过程中引起的蛋白质结构变化是其营养、 功能特性改变的重要原因。 近年来, 化学测定(自由氨基含量、 表面疏水性测定等)、 光谱(紫外、 荧光、 傅里叶变换红外光谱等)、 色谱(圆二、 分子排阻色谱等)、 质谱［基质辅助激光解吸附离子化-飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)、 液相色谱-电喷雾串联质谱(LC-MS2)等］等多种技术手段被探索用于分析蛋白质糖基化反应过程中的结构变化规律, 在糖基化反应机制研究及糖基化反应程度、 产物营养功能性质调控等方面起了重要作用。 尤其是轨道离子阱质谱(LC-Orbitrap-MS2)、 傅里叶变换离子回旋共振质谱(LC-FTICR-MS2)、 氢氘交换-傅里叶变换离子回旋共振质谱(HDX-FTICR-MS2)等技术的出现和成熟应用让糖基化位点研究更加深入, 可以对各位点的糖分子连接数和糖基化取代程度进行定量分析, 使得揭示蛋白质糖基化反应机制变为可能。 对基于蛋白质糖基化反应程度、 一级、 二级、 三级结构和官能团结构的表征和检测方法进行综述, 旨在为蛋白质糖基化反应的深入研究和在食品加工中的应用提供参考。

基于传统热处理方式的蛋白质糖基化反应存在反应时间长、 易产生有害糖基化反应末期产物等缺点。 以卵类粘蛋白（OVM）-还原糖（1∶0.03, W/W）体系为对象, 研究新型高温热处理技术-过热蒸汽对OVM糖基化反应及蛋白质结构的影响。 结果表明: 短时间（1～3 min）的过热蒸汽（110和120 ℃）处理即可促使OVM发生糖基化反应, 其中不同糖的糖基化反应活性顺序为核糖（五碳糖）＞葡萄糖（六碳糖）＞乳糖（二糖）, 糖基化反应后蛋白质的自由氨基含量由19.97 mg·mL-1分别最低降为2.93, 5.04和6.69 mg·mL-1。 不同条件处理下OVM糖基化产物的紫外光谱未见显著的波峰位移, 但最大吸收峰峰值发生一定的变化, 其中大部分为降低的, 说明OVM的球蛋白分子结构发生变化, 还原糖的修饰掩盖了OVM上的发色基团（苯丙氨酸和酪氨酸）, 其中核糖糖基化反应下效果最为显著。 糖基化反应后, 荧光光谱峰强度显著降低, 其中核糖糖基化反应降低率最大, 其次为葡萄糖和乳糖, 表明蛋白质内部暴露的荧光基团去折叠导致荧光猝灭。 此外, 还原糖作为猝灭剂渗透入蛋白质框架中, 与荧光基团反应, 抑制其荧光发射。 红外光谱分析发现经过热蒸汽处理后OVM糖基化产物3 300 cm-1处的峰变窄, 表明N-H的含量减少或者发生反应, 从而使N-H伸缩振动频率降低。 2 000～2 500和500 cm-1附近出现了较多杂峰, 表明蛋白质发生降解或者有糖基化反应中间产物生成。 MALDI TOF MS分析表明热蒸汽处理下, OVM-核糖体系、 OVM-葡萄糖体系各有约6个糖基化反应位点, OVM-乳糖体系有约2个糖基化反应位点。 糖基化反应后有OVM二聚体、 三聚体和多聚体形成, 其中核糖和葡萄糖与OVM反应产生的聚合物最为显著, 乳糖与OVM反应产生的聚合物较少。 该研究可为短时微糖糖基化反应及过热蒸汽在食品加工中的应用提供一定的技术和理论指导。

用干法制备糖基化产物。 人血清白蛋白(HSA)与葡萄糖质量比1∶1, 溶解混和均匀, 经48 h冷冻干燥, 根据不同反应时间得到20个样本。 旨在联合多光谱学技术(紫外、 荧光、 近红外、 红外和圆二色光谱(CD光谱))分析人血清白蛋白糖基化前后二级三级结构和官能团的变化信息, 以及分析不同反应时间对HSA糖基化产物结构特性的影响。 实验结果表明: HSA与葡萄糖在干热条件下极易发生糖基化反应; 随反应时间延长, 蛋白质紫外吸收强度减弱, 内源荧光吸收强度增强, 糖基化反应增强, 美拉德反应程度提高, 蛋白质二级三级结构相应发生变化。 反应到140 min左右时, 美拉德反应前期糖基化反应完全, 生成Amadori产物, 进一步加热反应到220 min左右, 反应进入中后期, 开始生成醛酮类物质, 反应到280 min左右, 蛋白质氨基酸与羰基化合物发生脱羧、 脱氨反应。

实验研究微波对蛋清蛋白粉与葡萄糖干样混合体系的影响, 构建微波条件下蛋清蛋白-葡萄糖圆柱体反应模型。 通过改变微波的功率, 时间和位置, 采用红外热像仪、 荧光、 紫外, 高效液相色谱等方法研究微波场中蛋清蛋白糖基化产物不均匀性。 将蛋清蛋白粉末与葡萄糖等质量混合, 手工震荡和研钵充分研磨后在平皿表面铺一薄层粉末, 放置于微波炉中心反应。 将反应后的样品按左、中、右分成三个规则区域均匀采样。 热像图表明微波功率越高, 样品表面温度越高。 凝胶电泳图表明240 W微波加热30 min样品边缘已经发生了反应, 而且样品中间部分几乎还未反应; 自由氨基含量测定表明高功率长时间微波作用才会观测到明显糖基化反应而低功率短时间条件下反应不明显, 且边缘部分的样品反应总是比中间部分的样品剧烈; 通过荧光光谱可知, 蛋清蛋白和葡萄糖发生了反应, 而样品边缘部分荧光强度降低得比样品中间部分多说明样品边缘反应更加剧烈; 紫外光谱测定表明越剧烈的微波条件样品紫外吸收越多, 边缘部分紫外吸收最高。 液相结果也证实了这一点, 糖基化样品边缘部分5-羟甲基糠醛(HMF)含量明显高于样品中间部分, 且随时间和功率逐渐增加。

以卵清蛋白与葡萄糖混合体系为研究对象, 构建微波场中二者糖基化反应模型, 采用红外、 荧光、 紫外等方法研究微波场中卵清蛋白糖基化产物不均匀性。 将卵清蛋白与葡萄糖按照1∶1的比例混合成5%的溶液, 经过48 h冷冻干燥形成5 mm厚的糖基化干样模型, 在微波炉中反应, 按五个反应区将样品一分为五进行实验分析, 1号区域为微波炉中心位置, 2号区域靠近磁控管, 3, 4和5号区域在远离磁控管一端。 结果表明, 蛋白与糖混合物在560 W微波下9 min时发生不均匀的糖基化反应; SDS-PAGE电泳图和自由氨基含量表明微波作用下的糖基化确实存在较大不均匀性; 通过荧光和三维荧光光谱可知糖基化反应产生了新的荧光性物质, 其中3, 4和5号位置的样品产生了新的较大的荧光峰, 而荧光性物质是进行到糖基化高级阶段的反应产物, 说明这些样品产生了高级糖基化产物; 红外光谱分析表明有新的N—H键生成; 紫外分析表明在糖基化反应模型平面中, 3号位置的反应程度最高。

利用傅里叶红外光谱法和计算机辅助分析法研究壁材乳清蛋白和阿拉伯胶在油脂微胶囊形成过程中的相互作用。 结果表明, 经高压均质和喷雾干燥后, 乳清蛋白的酰胺A带向高波数方向移动, 这可能是由于乳清蛋白和阿拉伯胶发生了共价交联, 而酰胺Ⅰ带向高波数移动了6.1 cm-1则是由于蛋白质分子内的氢键作用力减弱所致。 对酰胺Ⅰ带图谱进行高斯拟合后发现, 乳清蛋白质二级结构中α-螺旋的含量由19.55%下降至17.50%, β-折叠的含量由30.59%下降至25.63%, 共减少了7个百分点。 这表明蛋白质分子内的氢键作用力减弱, 致使蛋白质分子的刚性结构减弱, 韧性结构增强, 使蛋白质分子表现出一定的柔性。 SDS-PAGE电泳研究结果表明, 乳清蛋白-阿拉伯胶复合物中产生分子量较大的共价产物。 喷雾干燥过程中乳清蛋白与阿拉伯胶发生了共价交联, 使得复合物的乳化活性得到提高。 用环境扫描电镜观测不同壁材制备的油脂微胶囊的表面结构, 发现乳清蛋白-阿拉伯胶复合物为壁材制备的油脂微胶囊具有良好的韧性, 微孔少, 结构致密。

以玉米直链淀粉为研究对象, 采用扫描电子显微镜(SEM)、 原子力显微镜(AFM)、 X射线衍射及红外光谱研究了动态高压微射流(DHPM)不同压力处理(80～200 MPa)对直链淀粉结构的影响。 结果表明, 扫描电镜显示玉米直链淀粉经DHPM处理后, 其表面形貌发生改变, 颗粒结构被破坏, 有团聚现象; 原子力图像显示处理后的淀粉分子相互交联缔合, 排列成紧密的网状结构; X射线衍射和红外光谱分析得出处理后的直链淀粉晶型未改变, 结晶度随压力增大而减小, 这为DHPM对淀粉改性提供了理论基础。

采用傅里叶红外光谱、 X射线衍射、 紫外可见光谱、 激光纳米粒度仪和扫描电镜分析了自制的辛烯基琥珀酸酶解淀粉酯(EOSS)的性质和结构。 轻度酶解淀粉经辛烯基琥珀酸接枝改性后, 反应只引入辛烯基琥珀酸基团; 酯化作用主要发生在无定形区, 而对淀粉颗粒的晶型无影响; EOSS具有较高的透明度, 且透明度随着取代度的增加而增大; EOSS制成的油脂乳状液粒度小, 粒径大小分布均匀, 具有较好的乳化性和乳化稳定性; 以EOSS为壁材, 采用喷雾干燥法制得的油脂微胶囊颗粒包埋效果良好。 实验结果表明, 制备的EOSS具有良好的性质和结构, 可作乳化剂和微胶囊壁材。