纳米粒子（NPs）由于其独特的性质，如尺寸、形状、化学成分、物理化学稳定性、晶体结构以及较大的表面积，已在生物医学、农业和食品工业等多个领域得到广泛应用。NPs在食品工业中常被用于食品添加剂和食品包装涂层材料。这些与食品工业和人类健康息息相关的NPs称为食品相关纳米粒子（FNPs），FNPs可以分为外源性FNPs和内源性FNPs。外源性FNPs是指通过人工方法合成的NPs，例如Au、Ag、Cu、TiO2、ZnO等，其可以添加到食品中作为食品添加剂或用于食品包装、营养递送、食品安全检测等目的。内源性FNPs是指食品中的分子或原子在热加工过程中发生重组和碳化所形成的NPs。目前，已经在多种日常加工食品中发现内源性FNPs，如面包、烧烤、汉堡、焦糖等。
当上述这些FNPs进入生物环境时，会自发的吸附周围蛋白质形成蛋白冠（PC）。PC的形成受到多种因素的影响，如FNPs自身的性质、孵育条件以及分子间作用力等。PC的作用具有两面性。PC的形成可以赋予或者提高FNPs的检测、递送和抗菌性能，同时，提高蛋白质的乳化和消化性，增加淀粉基质的酶抗性。例如，PC的形成使得FNPs具有检测过敏原β-乳球蛋白的性能，并能显著提高检测的灵敏度和可靠性。此外，PC还能提高FNPs递送载体的效率。Renzi等对脂质纳米粒子（LNPs）进行修饰，获得了带PC的LNPs，实现了大尺寸DNA分子的有效递送。与此同时，相较于FNPs，形成PC后还具有独特的抗菌性能，有望成为新型抗菌剂。近年来有研究发现FNPs可与消化道中的某些消化酶形成消化酶冠，可以对多酚起到缓释效果，还可以提高难消化蛋白的消化性，增强淀粉NPs的酶抗性。这是FNPs形成PC后有利的方面。但是，PC的形成也带来了一些不利的影响。PC中吸附的蛋白质在细胞膜表面具有相应的受体，通过受体与特定蛋白的相互作用，增强细胞对FNPs的摄取能力。PC的形成会改变吸附蛋白质的结构，影响细胞内蛋白质的正常功能，进而引发细胞毒性。其次，PC作为FNPs与免疫系统之间的界面，在某些情况下能够增强免疫反应。同时，在一定条件下，PC的形成会在配体和靶细胞之间形成屏障，阻碍它们的相互识别，从而降低FNPs的靶向递送效率。所以在这种情况下，应抑制PC的形成，即FNPs的抗蛋白吸附。
了解PC的形成及其作用的两面性对于未来合理高效地利用FNPs和PC至关重要，同时也有助于探究功能蛋白质的吸附与抗蛋白质吸附之间的平衡，为FNPs的精准应用设计提供依据。目前，对于PC形成改变FNPs自身以及其吸附的蛋白质的结构与功能，进一步影响FNPs在体内的摄取、细胞毒性和免疫反应的相关研究较多。但PC在食品领域中的实际应用鲜见报道，同时，FNPs在消化道中形成的消化酶冠作用也需要进一步论述，其次，对于FNPs的抗蛋白吸附论述还不够充分。因此，西北农林科技大学海南研究院的孙秀湖、李巨秀*，中国热带农业科学院农产品加工研究所的盛占武*对PC的形成过程、机理及其影响因素进行论述，旨在深入且清晰地阐明PC的形成机制，为PC的应用与FNPs的抗蛋白吸附提供理论参考。同时，综述目前PC在食品领域中的应用以及FNPs的抗蛋白吸附策略，以期推动PC和FNPs在食品领域中的应用与发展。
1 PC的形成
1.1 PC的形成过程
根据Vroman效应，PC的形成是一个蛋白质吸附与解离的动态平衡过程，所以随着时间的推移PC中蛋白质的丰度不断变化。由于附着在FNPs上的蛋白质具有不同的结合亲和力，导致PC以多层结构动态生成。同时蛋白质的吸附和交换是一个热力学和动力学驱动过程。PC分为软蛋白冠（SC）和硬蛋白冠（HC）。如图1所示，PC的形成分为3 个阶段，即SC的形成、HC的形成和蛋白质吸附与解离的动态平衡阶段。第1阶段，初始蛋白质的吸附遵循“能量最小化”原理，以降低系统的总吉布斯自由能ΔGADS。此时，生物环境中高丰度但低亲和力的蛋白质迅速吸附到FNPs表面，形成SC。低亲和力的蛋白解离能垒较低，解离速率较快，且负的ΔGADS绝对值较小，所以SC形成之后，这一系统自由能较高且状态极不稳定。SC通常在几秒到几分钟形成，并且这一过程是可逆的，其组成的蛋白与FNPs关联较弱，使得这些蛋白处于动态交换状态； 第2阶段，随着时间的推移，丰度较低但亲和力更高的蛋白质在FNPs表面竞争吸附，逐渐取代初始吸附的蛋白质，形成HC。这一取代过程推动系统向自由能更低、更稳定的状态发展。同时，高亲和力蛋白质克服更大的活化能，与FNPs形成稳定复合物，导致解离速率较慢，且负的ΔGADS绝对值更大，表明结合作用更强。此过程较慢，有时长达几个小时，并且形成过程几乎不可逆；最后是蛋白质吸附与解离的平衡阶段。当PC的形成达到动态平衡时，HC通常在内层覆盖在FNPs表面，SC则在外层覆盖在HC表面，但部分低亲和力的蛋白质也能直接接触FNPs表面上的官能团，从而覆盖在FNPs表面。外层SC直接参与FNPs跨越生物屏障、生物识别、体内运输和代谢等重要过程。而HC层的蛋白质赋予FNPs新的生物学特性，决定FNPs的膜黏附、细胞信号通路、生物分布以及与周围细胞的相互作用。同时，HC层蛋白质的随机或直接相互作用会导致蛋白质二级结构发生显著变化（α-螺旋含量降低，β-折叠或β-转角含量增加），这种结构变化会影响蛋白质的功能。Song Yukun等从烤鲑鱼中提取食源性碳量子点与消化酶相互作用后，酶的构象发生了变化，同时活性也受到显著抑制。
1.2 PC形成的相互作用力
蛋白质吸附是FNPs表面、蛋白质和介质环境相互作用的结果。在这个过程中非共价相互作用具有十分重要的驱动作用。FNPs和蛋白质之间的非共价相互作用如图2所示，包括疏水相互作用、静电相互作用、范德华力、氢键和π-相互作用等，其可以显著影响PC的形成。其中静电相互作用和疏水相互作用已被广泛证实是PC形成过程中的主要驱动力。Gopinath等研究发现，柠檬酸盐稳定的金纳米颗粒（AuNPs）与β2-微球蛋白之间的相互作用主要受静电相互作用的支配。静电相互作用除了与表面电荷还与蛋白质的等电点、溶液pH值和离子强度有关。分子间疏水相互作用被认为是蛋白质折叠的主要驱动力，对维持蛋白质的构象、稳定性以及生物活性具有重要意义。有研究发现LNPs与大豆分离蛋白相互作用后，大豆蛋白的二级结构发生变化，导致游离巯基含量增加、疏水基团暴露，从而提升大豆分离蛋白的乳化性。Chen Canfeng等证明了牛血清白蛋白（BSA）通过疏水相互作用与FNPs形成PC，导致蛋白质的α-螺旋含量减少、β-折叠含量增加。此外，疏水相互作用在模拟胃液环境中能促进乳铁蛋白与纳米塑料的结合，这种相互作用能够干扰消化过程，存在危害人体健康的风险。蛋白质与FNPs之间的范德华力是一种重要的短程非共价相互作用力，在FNPs与蛋白质结合中起着重要的作用。有研究发现烤制虾中荧光碳点（CDs）能通过范德华力自发地与血红蛋白结合形成PC，从而导致CDs荧光强度发生变化。范德华相互作用的大小通常与FNPs的尺寸成正比，这导致尺寸较大的FNPs由于界面较大而与蛋白质的相互作用更强。氢键主要发生在FNPs的化学基团和蛋白质的极性氨基酸之间。Zeng Yaqi等研究表明，TiO2NPs与胰蛋白酶的相互作用主要依靠氢键和范德华力，并且这种相互作用能够提高胶原蛋白的消化率。在存在过量水分子的水性条件下，氢键相互作用相对明显。此外，有研究表明蛋白亲水性基团与水分子之间较强的氢键作用力作为驱动，促使PC在颗粒表面的环状结构由垂直转变为水平，从而推动PC从软到硬的变化。π-相互作用包括π-π堆积相互作用、阳离子/阴离子-π相互作用、极性-π相互作用等。这种相互作用主要涉及芳香族氨基酸残基（如苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸）的π电子云之间的相互作用，能够显著影响蛋白质与FNPs的结合模式和稳定性。Lou Kai等的研究表明，BSA结构域II 中有29 个氨基酸残基参与了BSA与羧基化多壁碳纳米管的结合，这些氨基酸残基中丙氨酸（Ala）、亮氨酸（Leu）、脯氨酸（Pro）、苯丙氨酸（Phe）和缬氨酸（Val）为疏水性氨基酸残基，酪氨酸（Tyr）和苯丙氨酸（Phe）为芳香族氨基酸残基，表明BSA与羧基化多壁碳纳米管的结合力应包括疏水相互作用和π-π堆积相互作用。最后，有研究报道可以利用热力学分析判断主要的相互作用力。通过范特霍夫方程可以推断出主要的结合力类型。当焓变（ΔH）＞0且熵变（ΔS）＞0时，相互作用的主要驱动力是疏水相互作用。若ΔH＜0、ΔS＜0，则主要作用力为范德华力和氢键。若ΔH＜0、ΔS＞0，主要作用力为静电相互作用。
2 PC形成的影响因素
PC的动态形成过程除了取决于FNPs与蛋白质之间的相互作用力，还会受FNPs自身的性质和孵育条件的显著影响。如图2所示，FNPs自身的性质包括组成及结构特性（尺寸、形状、手性、表面粗糙度）和表面化学性质（表面电荷、表面亲/疏水性、表面修饰）。孵育条件包括高脂高糖环境、作用时间、温度、pH值、离子强度、缓冲液和蛋白质的浓度、种类、表面电荷、分子质量和糖基化修饰。这都是影响蛋白质与FNPs亲和力的决定因素。
2.1 FNPs自身的性质
2.1.1FNPs的组成
FNPs的组成多种多样，包括金属NPs、核壳纳米球、不同涂层包覆的NPs、脂质基NPs、羟基化NPs等。受材料固有属性与结构特征的共同作用，各类NPs所吸附的蛋白质具有显著差异。例如AuNPs（（10.02±0.91）nm）、AgNPs（（9.73±1.70）nm）和PtNPs（（2.40±0.30）nm）这3 种NPs因组成和尺寸差异，能够吸附具有独特功能的蛋白质（表1）。AuNPs吸附的基底膜聚糖核心蛋白具有结构功能、AgNPs吸附的抗菌肽具有抗菌特性和PtNPs吸附的免疫球蛋白重链可变区3～53具有免疫调节功能。
2.1.2 FNPs的结构特性
FNPs的结构特性（包括尺寸、形状、手性、表面粗糙度和表面化学性质）会对蛋白质的吸附产生显著影响。FNPs的粒径是决定蛋白质吸附的关键因素：一方面，粒径更大的FNPs具有更大的表面积和更强的结合力，从而更容易吸附蛋白质，形成更厚的PC；另一方面，某些蛋白质对FNPs具有明显的尺寸依赖性，如高密度脂蛋白对粒径较大的FNPs具有高亲和力。不同形状的FNPs具有不同的表面曲率，从而会对蛋白质的吸附有所影响。对于尺寸相近的棒状和球形FNPs来说，棒状粒子的表面曲率较小，表面积更大，其与蛋白质的接触机会增多，从而吸附的蛋白更多。此外，不同结构的NPs（核壳结构和花状结构）表面富集的蛋白质也有所不同（表1）。相较于核壳结构，花状结构FNPs能够特异性吸附高丰度与细胞摄取相关的载脂蛋白A-IV。
表面粗糙度与PC的形成密切相关。通过比较孵育前后粒子的尺寸，发现所有表面光滑的粒子尺寸增加，吸附的蛋白质较多，而表面有斑块的粒子尺寸则没有显著变化，表明粗糙表面具有抗蛋白吸附（防污）效果。此外，孵育介质中的蛋白质会对FNPs的手性有选择吸附性。L-AuNPs表面吸附的蛋白质中白蛋白、转铁蛋白、纤维蛋白原和纤维连接蛋白的含量相对较高，而大多数补体和脂蛋白家族蛋白质在D-AuNPs表面的吸附量较高。
2.1.3 FNPs的表面化学性质
FNPs的表面化学性质，包括表面电荷、表面亲疏水性、表面修饰等，也会影响PC的形成。表面电荷是决定其表面PC组成的重要因素。带电FNPs可与蛋白质快速进行非特异性结合，且随着FNPs表面电荷密度的增加，其对蛋白质的吸附能力也逐渐增强。当蛋白质吸附于FNPs表面后，FNPs表面电荷密度通常会降低。表面亲/疏水性对PC发挥着重要的作用。有研究报道疏水性FNPs表面更容易吸附蛋白质。但这也跟蛋白质的种类有关，较高的疏水性有利于低密度脂蛋白结合，而更大的亲水性有利于高密度脂蛋白结合。表面修饰可以改变FNPs的表面特性，从而影响其与蛋白质的相互作用。对于不同涂层包覆的FNPs研究发现，FNPs的表面涂层对吸附蛋白质的种类影响不大，但会改变蛋白质的丰度（表1）。
2.2 孵育条件
2.2.1 高脂高糖环境
在高脂环境中，胆固醇水平会改变PC的组成 ，FNPs与蛋白质所形成的PC中胆固醇代谢相关的载脂蛋白家族成员（如载脂蛋白A-V）吸附量显著增加 。同时，Tang Huan等 研究表明，增加人血清中的胆固醇浓度可以显著减少吸附的总蛋白质数量。而在高糖环境中，线粒体产生过氧化物的含量会增加，其会诱导FNPs的氧化，改变PC中蛋白质的吸附量。Fernández-Trujillo等 发现高糖环境改变了FNPs的稳定性，使其更容易发生聚集或沉淀，且在高糖环境中PC中蛋白质的吸附量略低于正常环境。
2.2.2 作用时间和温度
PC的形成是一个蛋白质吸附与解离的动态平衡过程。PC形成的初始前2 h内，蛋白质会迅速吸附到FNPs表面，2 h后蛋白质吸附量能达到63%～83%。Morshed等研究了聚(乳酸-共-乙醇酸)在FBS中孵育6 h和12 h所形成的PC中蛋白质丰度的变化，发现蛋白质种类和丰度的变化并不显著，这是由于PC孵育6 h和12 h后，PC的形成已经趋于稳定，达到动态平衡的状态。
环境温度对PC的形成具有重要影响，包括影响蛋白质的扩散和亲和力、改变PC的形成过程和组成等方面。Jiang Bing等研究发现，随着温度的升高，与TiO2NPs结合的大豆蛋白含量减少，且热处理后大豆分离蛋白与TiO2NPs之间的结合力减弱。还有研究发现不同蛋白质在不同温度条件下吸附量有所不同。例如在4 ℃的孵育条件下，PC中脂蛋白的含量较低，而凝血蛋白的含量则有所增加。然而，当孵育温度升高至37 ℃时，脂蛋白、血清白蛋白以及玻连蛋白在PC中的含量变得更为显著。
2.2.3 pH值、离子强度和缓冲液
pH值可以通过改变FNPs的表面电荷从而影响其与蛋白质的结合强度。例如，Wang Wenhao等 研究发现，在pH 6.0条件下，BSA的包覆能够改变固体脂质纳米粒子（SLNs）的表面电荷，降低其静电排斥力，从而促进SLNs的聚集，减少蛋白质的吸附。有研究发现，某些蛋白质例如乳清蛋白在其等电点对FNPs的吸附能力最强，而在强酸或强碱条件下最低 。不同的缓冲溶液介质中蛋白质在FNPs表面的吸附行为具有差异。一方面，在离子强度不同的缓冲液中，蛋白质在FNPs的表面吸附具有不同的结合位点 ；另一方面，不同种类的缓冲溶液也可以改变蛋白质的吸附能力。Mura等 发现，在相同pH值和相同缓冲液浓度条件下BSA在FNPs上的负载量按以下顺序递减：三羟甲基氨基甲烷＞ N , N -二(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸＞乙二胺四乙酸二钠＞磷酸盐＞柠檬酸盐。
2.2.4 蛋白质的浓度、种类、表面电荷和分子质量
孵育介质中蛋白质的浓度会影响PC的形成。随着蛋白质与FNPs物质的量比增加，FNPs表面吸附的蛋白质逐渐增多 。蛋白质浓度的变化会影响其吸附速率，且浓度越高，被吸附的蛋白质百分比也越高 。但对于PC中高丰度的蛋白来说，随血清浓度的增加表现出内在的耐受性 。PC的组成因蛋白质来源而异 ，不同的介质会形成特异性的PC，其也会改变FNPs的功能 。相对于体外模拟，体内环境更为复杂。在体内动态流动条件下，蛋白质的种类和构象可能随着时间和空间的变化而变化 。因此，体内环境形成的HC具有更高的异质性 。对于同一种安必素LNPs在体内、体外不同的生物环境中所结合的蛋白质种类和丰度有较大差异 （表1）。在体外模拟实验中常用的介质有人血浆、人血清、FBS等。还有其他蛋白质如肌红蛋白、溶菌酶、淀粉酶、明胶等都可以与FNPs结合 。并且不同浓度的孵化介质会改变PC的组成，在低孵化介质浓度条件下，Lutensol-羧基化NPs主要吸附纤维蛋白，而其在高浓度条件下主要吸附玻连蛋白 （表1）。蛋白质的表面电荷分布决定了其与NPs的相互作用 。无论FNPs表面电荷如何，大多数FNPs吸附的蛋白质都带负电荷（等电点小于7） 。此外，蛋白质的分子质量也会影响PC的组成。一般来说，高分子质量蛋白质可能具有更大的流体动力学半径，这对应着更大的相互作用表面积，从而增加与FNPs的表面相互作用的概率 。但Li Xue等 利用尺寸排阻色谱分析发现，在52 kDa的中等分子质量处出现吸收峰，表明存在类蛋白质化合物，说明中等分子质量蛋白质（约50 kDa）在聚苯乙烯PC中占据主导地位。
2.2.5 蛋白质的糖基化修饰
蛋白质糖基化修饰对PC具有重要的影响。目前，大多数研究主要聚焦于天然蛋白与FNPs的相互作用，而忽略了蛋白翻译后修饰的影响。许多血浆蛋白会经历各种翻译后修饰，其中糖基化是其体内最常见的修饰方式之一。Li Xiaolei等通过分子动力学模拟研究了载脂蛋白D和糖基化载脂蛋白D与AuNPs的相互作用。与天然状态相比，糖基化载脂蛋白D与甲氧基聚乙二醇修饰的AuNPs之间的总结合能增加，即糖基化能够增强蛋白质的吸附。糖基化还可以通过改变蛋白质表面电荷分布或空间位阻效应，影响蛋白质与纳米材料的相互作用及构象响应。糖基化较非糖基化蛋白质具有更高的亲水性，可能会利用亲水性驱动蛋白质与FNPs的相互作用。
PC的形成是一个多因素动态调控的复杂过程。当FNPs进入生物环境中，FNPs的物理化学性质和孵育环境的参数均会协同调控PC的组成、结构和功能。这些因素是相互依存和相互补充的关系。然而，目前实验技术对复杂生物环境的模拟及对PC形成的实时检测和分析尚不成熟，所以只能探究1 个或几个因素对PC形成的影响。Chen Chanfeng等探究了聚氧乙烯硬脂酸酯修饰的不同粒径和不同脂质基质的固体LNPs与BSA形成PC的过程。研究发现修饰过后，由于聚氧乙烯硬脂酸酯链的静电中性，固体LNPs表面的负电荷被掩埋，从而增加FNPs的稳定性。在不同基质的FNPs中，长链甘油二酯基质FNPs吸附的蛋白量最少，并且由于其具有较高的脂质亲水性，对BSA的亲和力显著低于其他基质的FNPs。同时，随着FNPs粒径的增大，长链甘油二酯基质NPs与BSA的结合常数也相应增加。此外，还有研究报道PC从血液系统到细胞内的动态演化过程（血液-溶酶体-细胞质），揭示了在这个过程中FNPs表面吸附蛋白质的变化。未来，随着实验条件的发展，可进一步探究各因素在PC形成中的协同作用。
3 PC在食品领域中的应用
3.1 食品检测
PC的形成能够改变FNPs和吸附蛋白质的某种特性，如粒径、表面电荷、ζ-电位、蛋白质的二级结构等，通过某种信号的变化，可以构建高灵敏度检测方法。表面增强拉曼散射（SERS）光谱基于电磁场增强和化学增强两种机制，实现高灵敏度、分子指纹特异性及快速检测，已成为食品安全监测领域极具吸引力的强大分析工具。FNPs作为增强基底是实现SERS光谱检测的关键。在低浓度条件下，蛋白质可通过诱导NPs聚集并作为中介桥接分子，促进目标物与AuNPs的相互作用，从而增强弱信号分析物的SERS光谱信号。Mi Shuna等利用HSA与NPs形成的PC作为桥梁，促进弱信号分析物（奥利司他和苯巴比妥）在AuNPs表面的富集定位。基于此，学者构建了奥利司他和苯巴比妥检测的高效SERS光谱法，并且检测结果与高效液相色谱法高度接近。此外，有研究表明AuNPs-乳清蛋白PC的形成能显著减少三聚氰胺在AuNPs上的吸附量，改变SERS光谱信号。这项研究可以用于检测牛奶中三聚氰胺的含量，并提高SERS光谱技术在食品安全检测中的灵敏度和可靠性。PC还可以检测乳制品中的主要过敏原（β-乳球蛋白）。Liu Chunda等基于Ge/Zn双金属氧化物纳米酶与β-乳球蛋白形成的PC，制备了一种β-乳球蛋白浓度检测试剂盒，试剂盒中颜色强度比与β-乳球蛋白浓度呈良好的线性关系（R2＝0.995 0），实现了β-乳球蛋白的快速检测，为食品安全分析开辟了新途径。另外，PC还可以应用于信号传感器的构建，从而提高检测灵敏度。Huang Sijun等利用SiO2纳米材料与蛋白质形成的PC设计传感器，用于测定蛋白质含量。该方法检测限低至0.28 ng/mL，灵敏度比传统比色法提高了100～1 000 倍。Poon等研究开发了一种基于聚左旋半胱氨酸和铜纳米簇的电化学发光传感器，利用聚左旋半胱氨酸薄膜的多孔结构和共反应促进特性，结合PC诱导聚集效应，实现了水环境中微塑料的定量测定。
3.2 营养递送系统
在营养递送系统中，常涉及多种活性物质，比如多酚类化合物、类胡萝卜素和蛋白质等。这些活性物质容易受到胃肠道消化和代谢的影响，从而降低其生物可及性和生物利用度。FNPs本身可以作为递送载体，而与蛋白质相互作用形成PC后就形成一个新的实体，PC作为营养物质载体具有独特的优势，如提高营养物质的稳定性、靶向性和生物利用度。Wu Jinjun等使用AuNPs和磁性NPs作为支架构建结合介导的PC。这种新型PC能够实现功能蛋白质的有效和可控递送，证明新型PC递送效率、稳定性高且细胞毒性低、活性可控。PC能提高FNPs的稳定性，并在一定程度上阻碍递送物质从FNPs中的扩散。此外，某些特定的蛋白质在一定情况下对特定器官具有靶向作用，可以用这些蛋白质预涂形成PC，增强FNPs的靶向性，例如，补体C3蛋白能够促进LNPs在脾脏中的初始滞留，脂蛋白可以促进纳米材料向组织的靶向递送。
近年来，越来越多的研究人员开始关注胃肠道中PC的形成机制。负载活性物质的FNPs进入人体环境后会与消化道中的某些消化酶形成消化酶冠。消化酶的结合可能会保护纳米载体在胃肠道中不被分解，从而影响生物活性物质的释放。特别地，淀粉纳米粒子（SNPs）不会被某些消化酶（蛋白酶、胃蛋白酶和脂肪酶）水解，但会被肠道中的α-淀粉酶水解。因此，SNPs作为递送载体在到达肠道之前效果较好。有研究发现，负载表没食子儿茶素没食子酸酯的香蕉抗性SNPs能够在模拟胃肠道流体中形成PC，活性物质的释放率分别降低37.02%和34.40%，这有助于活性物质的缓释并提高其生物利用度。Wu Yuru等研究发现，在模拟肠道消化过程中，胰蛋白酶和胰淀粉酶与负载槲皮素（Que）的食用大黄蛋白（EDP）NPs形成PC。Que的释放速率呈现出慢-快-慢的趋势。这是由于胰淀粉酶首先吸附在Que-EDP NPs表面形成PC。随后，胰蛋白酶与胰淀粉酶发生交换并吸附，胰蛋白酶降解EDP加速Que的释放。随着消化时间的延长，胰淀粉酶不断吸附在NPs表面形成更厚的PC，从而延缓了Que的释放。
3.3 抗菌性能
目前由于抗生素的大量使用，抗生素耐药细菌的出现已经成为一个公共的问题，需要找到新型的替代抗菌剂。目前有研究利用金属FNPs作为抗菌剂，例如Au、Ag、ZnO、CuO等，但它们可能在生物环境中释放金属离子，导致大多数粒子生物相容性差、抗菌效率低，且会引起人们对潜在毒性的担忧，从而阻碍了它们的进一步应用。而FNPs可以与蛋白质结合形成PC，其不仅影响蛋白质本身的结构和功能，而且会改变FNPs的生物活性。FNPs可以通过产生过量的活性氧（ROS）发挥其抗菌活性，PC的形成可以减少FNPs的团聚和絮凝效应，增加细胞摄取，从而增强FNPs的抗菌活性。Guglielmelli等发现金属FNPs（如Pt、Ag和Au）能与HSA结合形成PC，其对大肠杆菌菌株具有抗菌活性。此外，PC形成后，蛋白质能保护核心AuNPs的核心结构，相较于普通AuNPs，生物AuNPs对金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度降低80%～90%，并且具有更高的抗生物膜活性。此外，不同的蛋白吸附对FNPs抗菌性的作用效果不同。Dhanalakshmi等研究发现，鸡卵清蛋白和BSA与ZnO NPs相互作用后，均表现出较强的抗菌性。但BSA由于晶粒尺寸较小，使得ZnO NPs更容易穿透细菌细胞壁或细胞膜，表现出更优的抗菌性能。
3.4 其他
FNPs与蛋白质相互作用形成PC后，能够改善蛋白质的性质和功能。前文介绍了FNPs作为递送载体与消化道中的消化酶形成消化酶冠后，对活性物质缓释的功能。此外，消化酶冠的形成还会改变消化酶的功能和活性。Chen Yulun等研究发现，TiO2NPs与消化酶形成消化酶冠后，消化酶的构象发生改变，促进了胶原蛋白的体外消化率，同时，其消化产物2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)阳离子自由基清除能力提高了近50%。这对于难以消化的蛋白质提供了一种新策略，在特定的FNPs存在下，能够促进蛋白的消化。但消化酶冠对淀粉NPs的作用有所不同。Hu Han等利用酶解回生法制备重结晶淀粉NPs，发现抗性淀粉含量从胃蛋白酶处理后的54.5%和胰蛋白酶处理后的61.4%分别提升至78.7%和80.7%，表明消化酶冠作为物理屏障，阻碍了消化酶淀粉分子的直接接触，从而减缓了淀粉的水解速率。这对低升糖指数功能性食品的研发奠定了理论基础。LNPs作为一种典型的有机NPs，在改善蛋白质的乳化性能方面具有显著优势，有望成为新型乳化剂。Wang Qian等研究发现，LNPs通过氢键和疏水相互作用与卵清蛋白结合，这种相互作用改变了蛋白的二级结构，使其更易于在油-水界面吸附，显著提升卵清蛋白的乳化能力。
4 PC形成的抑制策略
PC的作用具有两面性，根据已有的研究，PC的形成在一定情况下会造成不良的影响。在一定条件下，PC的形成会影响FNPs与生物系统的相互作用，包括细胞对FNPs的摄取、细胞毒性和免疫反应。FNPs的细胞摄取主要涉及颗粒在细胞膜上的黏附和内化，PC的形成会增加FNPs内化的数量。PC的形成还会增加FNPs的细胞毒性，包括降低细胞存活率、增加FNPs与细胞直接接触的面积、增加FNPs对细胞膜的破坏。PC的形成会增强细胞的免疫应答。Pavlin等研究了不同类型的TiO2和SiO2NPs所形成的PC，观察到细胞炎症反应，表现为ROS、白细胞介素-8和白细胞介素-1β细胞因子分泌增加。因此，为了减轻PC带来的负面影响，保证FNPs在生物环境中的特性和功能得以稳定发挥，例如靶向递送功能，通过对FNPs进行修饰以减少蛋白质的吸附，以达到“隐形”效果。本文论述了两种抗蛋白吸附方法抑制PC的形成，包括FNPs的表面修饰和结构参数调整。
4.1 FNPs的表面修饰
传统的FNPs“隐形”策略旨在通过减少非特异性结合从而避免免疫系统的识别。人们常常使用抗蛋白吸附涂层对FNPs表面进行修饰达到“隐身”的目的。其中亲水性聚合物（特别是聚乙二醇（PEG））较为常用。随着PEG密度的增加会降低FNPs表面总血清蛋白的吸附量。具有不同端基（羧基、甲氧基或氨基）的PEG分子对FNPs抗蛋白吸附效果也有所不同，氨基和羧基会在FNPs表面形成一对两性离子结构，从而最大程度地减少了蛋白质的吸附。但是，PEG受到很多限制，包括覆盖粒子表面PEG链的长度、结构和嫁接密度以及分子质量等。为了克服PEG的局限性，可以用其他涂层材料代替，例如糖苷、肽、蛋白质、二氧化硅、环氧乙烷、磷酸胆碱、糖基聚合物、两性离子聚合物等。其中两性离子聚合物受到越来越多的关注。例如，Kong Huimin等利用两性离子磷酸胆碱基团用于膜融合脂质体抗蛋白吸附。结果表明，含该基团的抗污脂质体（DiR-AFMFlipYOYO-1）表面平均总蛋白含量远低于其余两种脂质体。还有学者利用两性离子聚合物修饰1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油酯脂质递送siRNA，实现了siRNA的抗蛋白和靶向递送。但是由于许多两性离子配体的有机合成较为复杂，可能会阻碍其应用。目前，也有学者利用两性离子衍生物作为抗蛋白吸附材料。 Guido等利用生物相容两性离子衍生物——谷胱甘肽单乙酯制备AuNPs，在生物介质中表现出高度的抗聚集和抗蛋白质吸附能力。此外，也可以预先用生物环境中吸附量最大的蛋白质包被NPs，从而降低细胞摄取与蛋白质的吸附，增强FNPs的隐蔽功能。有研究表明，在一定条件下，相较于用带正电荷的聚乙烯亚胺进行涂覆，用蛋白质（如BSA）涂覆的FNPs，其形成的HC和完整PC中所吸附的蛋白质数量更少。并且涂层的抗蛋白能力与其浓度相关，有研究表明细胞穿透肽浓度越高，结合峰强度降低越明显，表明肽清除PC层效果越明显。同时，这种蛋白质、碳水化合物和肽等生物涂层修饰，具有可生物降解性、低毒性和低免疫活性等特点。Simon等利用葡聚糖和葡萄糖修饰羟乙基淀粉NPs制备完全可生物降解的递送系统，并且该系统具有更低的蛋白吸附能力和细胞内化率。
不同化学修饰的蛋白质在相同涂层FNPs表面上的吸附有较大差异。非糖基化状态的蛋白质在两性离子聚合物涂层的FNPs表面表现出强烈的吸附抗性，但在糖基化状态下会减弱。表面修饰除了抗蛋白吸附涂层之外，在FNPs表面引入功能基团也能达到“隐身”效果。PC中特定蛋白质（包括免疫球蛋白G（IgG）和免疫球蛋白M（IgM））的富集会诱导FNPs与免疫细胞之间的相互作用，激活免疫系统，从而导致纳米载体的清除。Miao Yunqiu等研究发现，具有适当比例的氨基/羟基的FNPs能够减少蛋白质的吸附，并且随着氨基修饰程度的增加，聚合物修饰的脂质纳米囊泡上IgG和IgM的吸附量有所减少，从而防止免疫激活和加速血液清除效应。
4.2 FNPs的结构参数调整
FNPs的结构参数调整与PC形成的影响因素中FNPs自身性质密切相关。例如，通过改变FNPs的粒径、形状、链长、组成和电荷比等调控PC的形成。首先，粒径越小、表面曲率越大的FNPs对蛋白质的吸附量越低。球形FNPs比棒状吸附的蛋白质更少，这也与表面曲率相关。其次，研究发现增加亲水聚(环氧乙烷)稳定壳层的长度，BSA和溶菌酶的吸附显著减少，这是由于吸附现象发生在NPs的外表面，由于空间位阻的限制，BSA和溶菌酶都无法在亲水层内扩散，且其结合程度强烈依赖于亲水聚合物的长度。此外，调控FNPs的配比也是调控蛋白质吸附的有效手段。具体来说，对于脂质体复合物而言，可以提高脂质体的浓度达到抗蛋白吸附的目的。高浓度的脂质体会嵌入脂质双层，增加膜的刚性，从而限制蛋白质插入脂质双层，形成物理屏障，从而减少蛋白吸附；另一方面，对于带电荷的FNPs，可以通过降低FNPs表面电荷密度，如通过减少带电FNPs比例或使用中性FNPs，从而减少蛋白质吸附。这可能是通过减少静电相互作用驱动力，从而减少PC的形成。另外，对于石墨烯材料可以通过控制氧化程度（氧化石墨烯、少层氧化石墨烯）制造出具有不同润湿性和粗糙度的表面，可对蛋白质吸附进行预测和调控，而对于其他材料是否具有与石墨烯相似的性质还需要实验进行验证。综上，PC作用的两面性及抗蛋白吸附示意图如图3所示。
5 结 语
FNPs形成PC是一个复杂的过程，在这个过程中低亲和力和高亲和力的蛋白质不断吸附与解离，形成SC和HC，并逐渐趋于平衡，表明PC的形成是一个动态过程。在PC形成过程中，非共价相互作用具有重要的驱动作用，并且FNPs自身的性质和孵育条件都是影响PC形成的关键因素。PC作为一个新的实体，其具有有利的一面，也有不利的一面。PC的形成能改变FNPs某些性质的变化，进而引起信号的变化，从而可以构建高灵敏度检测方法；相比FNPs，PC作为递送载体可以提高营养物质的稳定性、靶向性和生物利用度；同时其还能提高FNPs的抗菌性能。此外，消化酶冠的形成对于FNPs和蛋白质具有重要意义。消化酶冠可以增强FNPs作为递送系统的缓释作用，还能提高难消化蛋白的消化性，同时增强淀粉NPs的酶抗性。对于PC所带来的不利影响，可以运用表面修饰涂层和调整FNPs结构参数的方式进行抗蛋白吸附。特别地，PC的形成对于FNPs递送系统来说，既可以预先吸附某些特定的蛋白质形成预PC，以提高递送的稳定性与靶向性，同时也可以作为表面修饰涂层减少蛋白质的非特异性吸附。因此，FNPs的应用设计，必须平衡功能性蛋白质以及其表面非特异性的蛋白吸附，使其具有有效性，从而拓宽PC和FNPs在食品领域中的应用范围。
目前，人们对于FNPs的研究还处于初步阶段，很多食品中的FNPs还未发现，并且已经发现的FNPs在食品领域中的应用存在局限。同时，由于PC的形成是复杂的动态过程，很多检测技术由于灵敏性和特异性不足，难以对样品进行实时监测，未来可以加强PC的实时分析技术研究。食品基质是一个复杂的整体，基质中其他成分例如脂质、多糖、酚类等非蛋白成分是否会影响PC的形成未来仍需探究。此外，对于消化酶冠的研究大多采用模拟胃肠道环境，未来可以考虑探究体内和体外环境消化酶冠作用的相关性。与此同时，还需要考虑PC和FNPs在人体中潜在的健康风险，探索PC在食品中的安全性和功能性，以推动PC和FNPs在食品领域中的可持续发展。
引文格式：
孙秀湖, 李巨秀, 盛占武. 食品相关纳米粒子与蛋白质相互作用: 蛋白冠的形成、性质及作用研究进展[J]. 食品科学, 2026, 47(10): 420-432. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251126-204.
SUN Xiuhu, LI Juxiu, SHENG Zhanwu. Interaction of food-related nanoparticles with proteins: advances in the formation, properties and functions of protein corona[J]. Food Science, 2026, 47(10): 420-432. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251126-204.
实习编辑：安宏琳；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
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