FH|东北农业大学:β- 伴大豆球蛋白与芦丁的非共价相互作用:结构表征、结合机制及乳化稳定性

随着消费者对清洁标签、可持续、低致敏食品的需求持续增长，植物基蛋白的应用潜力被不断挖掘，其中大豆蛋白凭借氨基酸组成全面、成本低廉、功能特性丰富等优势，已成为食品工业中应用最广泛的植物蛋白资源。β- 伴大豆球蛋白（7S）作为大豆蛋白的核心组分之一，直接决定了大豆蛋白的乳化、凝胶等诸多关键功能特性，但其功能特性易受热、pH、离子强度等加工环境因素的影响，在复杂食品体系中的应用受到显著限制，因此通过有效手段对 7S 进行改性以提升其功能特性，已成为食品科学领域的研究热点。蛋白与多酚的相互作用是改性蛋白功能特性的有效途径，在食品加工体系中，二者主要通过疏水相互作用、氢键等非共价键形成稳定复合物，该过程可在不引入化学试剂的前提下，调控蛋白的构象与功能特性。其中芦丁作为典型的黄酮醇糖苷，分子中含有 10 个羟基与邻二羟基芳香结构，不仅具备强抗氧化活性，还拥有优异的水溶性、光稳定性与热稳定性，相较于其他多酚更适配水性食品体系，是蛋白改性的理想配体。尽管前期研究已证实芦丁可提升 7S 稳定的高内相乳液的流变学特性与 3D 打印性能，但二者在分子层面的结合机制、芦丁结合对 7S 在体相溶液与油水界面吸附态的构象演变差异，始终未得到系统解析，这一知识缺口严重制约了 7S - 芦丁复合物在乳化食品体系中的规模化应用。基于此，本研究系统探究了不同浓度芦丁与 7S 的非共价相互作用机制，通过光谱学、分子对接与分子动力学模拟，阐明了二者的结合模式与对蛋白构象的调控规律，同时分析了复合物的乳化性能、乳液稳定性与界面蛋白结构特征，最终揭示了芦丁调控 7S 乳化稳定性的核心机制，为蛋白 - 多酚复合物在食品乳化体系中的实际应用提供了关键的理论支撑。

阐明了 7S 与芦丁非共价结合的分子机制与体相构象调控效应

7S 与芦丁主要通过疏水相互作用和氢键形成稳定的非共价复合物，分子对接结果显示二者最优结合构象的结合能低至 - 9.847 kcal/mol，芦丁可与 7S 的 ASN74、THR99 等氨基酸残基形成多个氢键，同时与 HIS76、ILE224 等残基发生疏水相互作用，辅以范德华力与静电作用形成稳定的结合网络。100 ns 全原子分子动力学模拟进一步证实，芦丁的结合可显著提升 7S 的结构稳定性，复合物体系的结合自由能达 - 33.90 kcal/mol，在整个模拟过程中芦丁始终稳定锚定在 7S 的结合口袋内，未发生解离。芦丁对 7S 体相构象的调控呈现显著的浓度依赖性，在 0.02%-0.08% 浓度范围内，随芦丁添加量升高，7S 的 zeta 电位绝对值、蛋白柔性与游离巯基含量均呈先升后降的趋势，在 0.08% 浓度处达到峰值；同时蛋白二级结构中 α- 螺旋与 β- 折叠含量降低，β- 转角和无规卷曲含量升高，蛋白发生可控的部分解折叠，结构灵活性与界面活性显著提升。而当芦丁浓度超过 0.08% 后，过量的芦丁会引发 7S 分子间的交联聚集，导致蛋白结构刚性增强，柔性与界面活性显著下降。

揭示了芦丁对 7S 基乳液宏观稳定性与流变特性的浓度依赖性调控规律

芦丁的添加对 7S 基乳液的乳化性能与储存稳定性呈现低浓度促进、高浓度抑制的调控效应。在 0.02%-0.08% 浓度范围内，随芦丁浓度升高，7S 的乳化活性指数（EAI）与乳化稳定性指数（ESI）显著提升，乳液的平均液滴粒径逐渐减小，粒径分布更均一，表观黏度显著上升，所有乳液均呈现典型的非牛顿流体剪切稀化行为，其中 0.08% 芦丁处理组的乳液黏度最高。微观流变学结果显示，该浓度范围内芦丁的加入可显著限制乳液液滴的布朗运动，增强体系的弹性行为，使乳液形成更致密的黏弹性网络结构；多重光散射结果进一步证实，适量芦丁可显著降低乳液的背散射光强度变化幅度与浊度稳定性指数（TSI），有效抑制液滴的絮凝、聚并与上浮，其中 0.08% 芦丁处理组的乳液 TSI 值最低，储存稳定性最优。而当芦丁浓度超过 0.08% 后，乳液液滴粒径显著增大，分布宽度增加，体系的表观黏度、弹性模量均大幅下降，TSI 值甚至超过未改性的纯 7S 乳液，乳液的宏观稳定性发生显著劣化。

解析了 7S - 芦丁复合物在油水界面的 “界面诱导重排” 构象转变机制

本研究首次明确了 7S - 芦丁复合物在体相与界面吸附态的差异化构象演变规律，揭示了 “界面诱导重排” 的核心机制。体相中，芦丁的结合使 7S 结构更无序、柔性提升；而当复合物吸附到油水界面后，会发生显著的构象重排，界面吸附蛋白的 α- 螺旋含量显著升高，β- 折叠含量下降，蛋白的界面柔性进一步提升。XRD 结果显示，界面吸附蛋白中 α- 螺旋对应的特征衍射峰强度显著增强，证实了界面处蛋白有序结构的增加。SEM 可视化结果表明，7S - 芦丁复合物可在油水界面均匀、致密地吸附，形成连续完整的界面蛋白膜，其中 0.08% 芦丁处理组的界面膜最光滑均一，颗粒分布最均匀。通过分散剂破乳实验进一步证实，该乳液体系的形成与稳定主要由疏水相互作用驱动，氢键、二硫键与静电斥力作为辅助作用力，共同维持界面膜的结构完整性与乳液的长期稳定性。

厘清了芦丁调控 7S 乳化稳定性的双重作用机制与剂量效应边界

芦丁主要通过体相构象调控与界面膜强化的双重作用，实现对 7S 乳化稳定性的精准调控，且存在明确的剂量效应边界。在 0.08% 的最优浓度下，一方面，芦丁通过非共价结合使 7S 发生可控的部分解折叠，提升蛋白的结构柔性与表面负电荷，显著增强蛋白向油水界面的扩散速率、渗透速率与重排能力，为形成稳定的界面膜奠定了分子基础；另一方面，吸附到界面的复合物发生构象重排，形成更有序的界面结构，构建出高黏弹性、抗聚并的致密界面膜，同时通过增强液滴间的静电斥力与空间位阻，有效抑制液滴的絮凝、聚并与上浮，最终实现乳液稳定性的显著提升。而当芦丁浓度超过 0.08% 的临界值后，过量的芦丁会引发 7S 分子间的非特异性交联与聚集，降低蛋白的界面吸附效率，破坏界面膜的连续性与致密性，同时对蛋白表面电荷产生屏蔽效应，削弱液滴间的静电斥力，最终导致乳液的乳化性能与储存稳定性显著下降。

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