原子力顯微鏡（afm）是20世紀(jì)80年代中期由Binning等人在掃描隧道顯微鏡（stm）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種具有原子級(jí)高分辨率的新型顯微工具，其利用細(xì)微的探針感知針尖端和樣品表面原子之間的相互作用力，通過(guò)原子力的變化反映樣品表面的起伏變化。原子力顯微鏡與普通顯微鏡相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：高分辨率，能夠觀察從微米到納米范圍的微觀結(jié)構(gòu)，觀察范圍覆蓋了從光學(xué)顯微鏡到電子顯微鏡所能觀察的領(lǐng)域，且有很高的垂直方向的分辨率；原子力顯微鏡觀察時(shí)幾乎不用對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，使樣品保持在天然或接近天然狀態(tài)，可分析導(dǎo)體、半導(dǎo)體及絕緣體；樣品可在空氣和水溶液環(huán)境中連續(xù)成像，無(wú)需在真空條件下操作；由于原子力顯微鏡的針尖可以是不參與電化學(xué)反應(yīng)的非導(dǎo)體，所以它對(duì)反應(yīng)過(guò)程無(wú)擾動(dòng)，可以得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和信息。原子力顯微鏡因其上述優(yōu)勢(shì)目前已被廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生物科學(xué)、化工、食品和醫(yī)藥研究等領(lǐng)域。

食品中的蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)是食品的典型營(yíng)養(yǎng)組分，具有獨(dú)特的化學(xué)與物理性質(zhì)以及營(yíng)養(yǎng)功能，在食品生產(chǎn)加工過(guò)程中，這些組分的變化，會(huì)影響到食品體系色澤、風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)、質(zhì)構(gòu)和安全等，隨著人們對(duì)食品品質(zhì)要求的提高，目前，從組分的微觀結(jié)構(gòu)上探索其對(duì)食品品質(zhì)的影響越來(lái)越引起研究者的重視。

蛋白是食品中的結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一，1993年，原子力顯微鏡作為一種先進(jìn)的工具首次應(yīng)用于食品中蛋白質(zhì)的檢測(cè)。原子力顯微鏡可用以分析蛋白質(zhì)單體，利用原子力顯微鏡研究了蛋白質(zhì)單體的分子量和蛋白質(zhì)體積之間的關(guān)系，蛋白質(zhì)分子量隨著蛋白質(zhì)體積的增加而增加，兩者之間具有很好的相關(guān)性（相關(guān)系數(shù)(0.994）；利用原子力顯微鏡所測(cè)蛋白質(zhì)體積可與所評(píng)估的蛋白質(zhì)體積進(jìn)行很好的比較，測(cè)量所達(dá)到的分辨率取決于蛋白質(zhì)與云母表面接觸的牢固程度。原子力顯微鏡可對(duì)蛋白質(zhì)單體進(jìn)行三維成像并測(cè)量其分子體積，這種方法可以檢測(cè)多體蛋白中蛋白單體的數(shù)目，并可在分子水平上研究蛋白單體。利用原子力顯微鏡首次在溶液狀態(tài)下研究了肌球蛋白和肌聯(lián)蛋白的結(jié)構(gòu)，使原子力顯微鏡在溶液狀態(tài)下測(cè)量分子之間的相互作用成為可能。利用原子力顯微鏡研究了類胡蘿卜素含量高低對(duì)玉米蛋白結(jié)構(gòu)的影響以及氯乙酸和油酸對(duì)玉米蛋白自組裝結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果顯示：低類胡蘿卜素含量玉米蛋白有球形（直徑約為20nm）、棒狀（約為170nm）和分支形狀（約為200nm）；高類胡蘿卜素含量玉米蛋白只有球形（直徑約為20-200nm）；低類胡蘿卜素含量玉米蛋白添加氯乙酸和油酸后形成兩種類型的表面。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)聚集形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)即形成凝膠，因此，蛋白質(zhì)聚集在凝膠過(guò)程中起著重要作用。原子力顯微鏡因分辨率高而成為研究蛋白質(zhì)聚集體的一種強(qiáng)有力的工具，可用于蛋白質(zhì)顆粒和聚集體的成像。利用原子力顯微鏡研究了大豆蛋白的聚集和凝膠過(guò)程，以更好地了解豆腐的質(zhì)地特性，原子力顯微鏡檢測(cè)了11S、7S和2S蛋白質(zhì)的聚合過(guò)程，結(jié)果顯示：聚集速率11S>7S>2S，2S蛋白雖然在大豆蛋白質(zhì)中含量最少，但是在聚集過(guò)程中起了關(guān)鍵作用。Tay等接著研究了大豆蛋白中2S片段結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，闡明了2S大豆蛋白和其他蛋白質(zhì)片段的功能和結(jié)構(gòu)特性。原子力顯微鏡不僅可直接對(duì)單個(gè)分子和聚集體成像，也可用于生物聚集體之間相互作用的研究。Roesch等利用原子力顯微鏡研究了角叉膠和乳球蛋白體系所形成的多糖B蛋白凝膠，原子力顯微鏡結(jié)果顯示：天然蛋白質(zhì)的高度在2-6nm之間，蛋白質(zhì)會(huì)影響角叉膠的聚集；在固體接觸條件下研究混合物凝膠則可觀察到相分離；樣品的表面形貌研究顯示角叉膠和乳球蛋白之間缺少相互作用。

近年來(lái)，研究者還利用原子力顯微鏡對(duì)蛋白膜的表面形貌及特性進(jìn)行研究。利用原子力顯微鏡研究了玉米蛋白膜的表面形貌，結(jié)果顯示：玉米蛋白膜澆注乙酸后要比澆注乙醇溶液后表面更加光滑。利用原子力顯微鏡研究了玉米蛋白吸附于親水和疏水表面后玉米蛋白層的形貌，提出玉米蛋白膜的表面特性取決于其所吸附的表面，在親水性表面，其粗糙度值要高且具有明顯環(huán)形結(jié)構(gòu)，在疏水性表面，玉米蛋白膜表面沒(méi)有明顯特征。原子力顯微鏡除應(yīng)用于研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及蛋白凝膠等外，還可應(yīng)用于對(duì)蛋白質(zhì)和表面活性劑以及不同蛋白質(zhì)之間在界面處相互作用的研究。利用原子力顯微鏡研究了表面活性劑的類型對(duì)空氣I水界面表面活性劑B蛋白質(zhì)交互作用的影響，破壞蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的表面壓力的大小取決于表面活性劑的性質(zhì)，離子型表面活性劑所需的表面壓力要大于非離子型表面活性劑，離子型表面活性劑和蛋白質(zhì)之間的相互作用改變了蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性。利用原子力顯微鏡研究了空氣I水和油I水界面分子之間的交互作用。原子力顯微鏡也可用于蛋白質(zhì)吸附于表面后對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的測(cè)定，利用原子力顯微鏡觀察了在不同pH條件下B-乳球蛋白吸附于云母表面后結(jié)構(gòu)和形貌的改變，結(jié)果表明：在不同pH條件下，原子力顯微鏡探針可以拉伸和展開(kāi)吸附的B-球蛋白分子，在中性和酸性條件下，B-乳球蛋白分子維持了其固有的構(gòu)造，在堿性條件下，原子力顯微鏡探針和吸附蛋白層之間巨大的靜電排斥力與B-乳球蛋白分子的變形狀態(tài)相一致。

原子力顯微鏡在探測(cè)單個(gè)分子在不同條件下結(jié)構(gòu)的改變上是一種強(qiáng)有力的工具。蛋白質(zhì)廣泛應(yīng)用于各種食品中，它不僅具有提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的功能，而且具有改善各種食品品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)的功效。原子力顯微鏡已應(yīng)用于對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析，將其應(yīng)用于對(duì)蛋白質(zhì)物理和化學(xué)性質(zhì)的分析是今后的一個(gè)研究方向。