浙江大学 在职研究生(浙江大学在职研究生2022招生)

浙江大学 在职研究生，浙江大学在职研究生2022招生

谷物醇溶蛋白是人体必需的营养素，也是赋予相关产品独特功能和品质的关键食物成分，包括玉米醇溶蛋白、高粱醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白和大麦醇溶蛋白等。谷物醇溶蛋白具有独特的结构和功能特征，如固有的两亲性和可调的三维结构、带电荷的氨基残基比例低、高脯氨酸含量、低水溶性、高醇溶性、优异的氧气阻隔性和高耐热性、良好的生物相容性和生物降解性等，近年来已被广泛用作生产纳米纤维、纳米颗粒、乳液、可生物降解的薄膜等。

浙江大学宁波研究院、浙江大学生物系统工程与食品科学学院的陈晓玲、蔡路昀*和宁波大学食品与药学学院的张进杰*等总结了谷物醇溶蛋白和植物多酚复合物的形成机制及其影响因素和复合物的功能属性及其潜在应用，以期为谷物醇溶蛋白和植物多酚的高值化利用、产品开发及在食品和相关领域的应用提供理论依据。

1、谷物醇溶蛋白和植物多酚的互作机理

多酚与蛋白质的相互作用常分为共价作用和非共价作用，其中，非共价作用为可逆作用力，主要包括氢键、疏水相互作用、静电相互作用、二硫键、范德华力等，在很多情况下疏水相互作用和氢键是主要的非共价作用力；共价作用为不可逆作用力，可在酶或非酶条件下形成。自然界中存在的大多数蛋白质-植物多酚是通过非共价结合形式存在的。Joye等发现白藜芦醇-小麦醇溶蛋白的结合主要通过疏水相互作用介导，与玉米醇溶蛋白的结合主要通过氢键介导。因此，尽管非共价蛋白质-酚相互作用具有不稳定的特征，但其在食品工业中起着至关重要的作用。

图1为蛋白质和多酚非共价结合的机制。氢键是与一个电负性原子（例如N、O或S）共价结合的氢原子同另一个电负性原子之间的相互作用。酚基是极好的氢供体，它与蛋白质的羧基形成氢键。疏水相互作用是非极性基团与非极性基团产生的较强作用力。蛋白质-多酚的非共价复合物由蛋白质的疏水氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、酪氨酸、半胱氨酸和色氨酸）残基与多酚的非极性芳香环相互作用形成。

图2和图3分别为蛋白质和多酚酶促共价结合和自由基接枝共价结合的机制。植物多酚具有很强的反应活性，极易被氧化成相应的半醌和醌，蛋白质-植物多酚常用的共价结合方法主要包括自由基接枝法、碱处理法、酶催化法等。碱性反应是多酚类物质与蛋白质结合常用的非酶方法之一。多酚在碱性条件下氧气存在时容易氧化形成半醌自由基，随后重新排列成醌。这些活性中间产物容易与蛋白质侧链中的亲核残基（甲硫氨酸、赖氨酸、色氨酸和半胱氨酸）反应，因此，蛋白质和多酚之间形成共价交联从而生成稳定的蛋白质-多酚复合物。另外一种非酶法为自由基接枝法，抗坏血酸和过氧化氢常被用作氧化还原体系中的氧化剂，在氧化剂的作用下，多酚产生羟自由基，然后攻击蛋白质的某些基团如氨基、巯基的氢原子，产生中间产物，再与多酚小分子共价结合。这种方法已被证明能够简单、快速地结合蛋白质和多酚。对于酶催化法，通常有多酚氧化酶、漆酶、酪氨酸酶等酶催化蛋白质与多酚的共价结合，首先由单酚酶诱导单酚氧化成邻二酚。随后，在氧气作用下，通过邻苯二酚酶将邻苯二酚转化为邻醌。另一方面，醌类也可以由漆酶形成，醌能轻易地与蛋白质链中的亲核氨基酸残基相互作用，形成交联的蛋白质或聚合物。也有研究表明在复合物系统中可能存在非共价作用和共价作用的协同或者拮抗作用。

2、影响谷物醇溶蛋白和多酚相互作用的因素

蛋白质和多酚的类型

不同蛋白质与多酚结合的能力不同。Bourvellec等阐述了蛋白质和多酚的结构对蛋白-植物多酚结合能力的影响，提出多酚与蛋白的结合能力取决于它们的分子质量、构象迁移率、柔性和水溶性，而蛋白质结合多酚的能力与蛋白质分子质量大小、二级或三级结构和氨基酸组成有关。王晨等利用荧光光谱法和傅里叶变换红外光谱法研究了中性条件下黑豆皮中的花青素与小麦蛋白麦醇溶蛋白及麦谷蛋白的相互作用，结果表明，花青素与麦醇溶蛋白主要通过疏水相互作用结合，而花青素与麦谷蛋白主要通过范德华力和氢键作用结合。

蛋白质和多酚的浓度

Prigent等认为蛋白质和植物多酚发生哪种类型的相互作用主要取决于两者的浓度比。蛋白质-多酚相互作用过程中，蛋白质上的结合位点数（脯氨酸残基）与多酚中的结合位点数（酚羟基）是一定的，只有当两者的浓度比适合，即两种结合位点的总数大体相等时，形成的络合数量才是最多的。共价和非共价两种相互作用方式均可通过多位点相互作用（一个蛋白质分子与多个酚类化合物结合）或多齿相互作用（多个蛋白质位点或蛋白质分子与一个酚类化合物结合）导致复合物的形成。

反应温度

温度可能会引起蛋白质结构、配体溶解度和某些非共价键强度的变化，从而影响蛋白和多酚的相互作用。加热会引起蛋白质的构象变化，使蛋白质分子内的疏水基团充分暴露，从而促进其与疏水化合物的结合。在多酚类化合物存在的条件下，蛋白质暴露出的疏水基团可与多酚类化合物上的非极性基团发生疏水相互作用。

pH值

在不同的pH值下，蛋白质和多酚类化合物的结构特征都可能受到显著影响。如由于玉米醇溶蛋白中谷氨酰胺脱酰胺为谷氨酸，通过傅里叶变换红外光谱法测定发现在酸性和碱性条件下玉米醇溶蛋白样品中α-螺旋、β-折叠和β-转角含量比在近中性条件下降低。蛋白质-植物多酚相互作用产生的复合物沉淀对pH值敏感。在碱性环境中，蛋白质分子发生变性和解离作用，与多酚结合的疏水性残基暴露，蛋白质与多酚的相互作用增强。蛋白质-植物多酚在较低的pH值下结合能力更强，这是因为蛋白质在较低的pH值下解离后暴露出更多的结合位点。

离子强度

蛋白质溶液中的离子-偶极和离子-离子相互作用可根据离子强度而改变；较低的离子强度可能会保护静电相互作用，而较高的离子强度可能会屏蔽聚合物电荷。Wang Qiming等研究表明盐浓度对蛋白质-多酚相互作用有显著影响，添加NaCl可以通过静电相互作用直接结合并屏蔽蛋白质中的疏水位点，诱导蛋白质构象变化。添加NaCl会破坏链间二硫键，减弱蛋白质的稳定性。

3、谷物醇溶蛋白-植物多酚复合物的功能属性

乳化性

谷物醇溶蛋白由于本身的乳化特性常被作为食品工业的界面稳定剂，其蛋白质颗粒在水相和油相界面上的吸附可以形成一层牢固的膜，使表面张力降低，从而提高乳液的稳定性。与生物聚合物和小分子表面活性剂相比，纳米颗粒通过降低界面张力或形成黏性界面膜，使之具有更强的抗聚结稳定性和对油-水界面的不可逆吸附性，这有助于提高复合乳液的物理稳定性。因此，在分散相和连续相中具有适当润湿性的纳米颗粒可以通过在液滴界面提供物理屏障来充当Pickering稳定剂。

抗氧化活性

多酚类化合物具有很强的抗氧化活性，表现为能够保护生物分子不被氧化、清除自由基和阻止活性氧生成。因此，抗氧化活性是多酚与蛋白质结合后需要评估的最重要的特性之一。通常，多酚与蛋白质结合后会保护甚至增强多酚类物质的抗氧化活性。如白藜芦醇经高粱醇溶蛋白-酪蛋白包封后的颗粒抗氧化活性高于未包封的白藜芦醇，这是由于包封后白藜芦醇的分散性提高以及高粱醇溶蛋白-酪蛋白纳米颗粒提供的表面积增加促进了多酚对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基的还原。

热稳定性

有研究表明，蛋白与多酚类化合物的相互作用可改善蛋白质在多种系统中的热稳定性。这是因为通过引入分子间和分子内作用力，与酚类物质的非共价或共价结合提高了蛋白质三级结构的稳定性。Chuacharoen等研究不同加工温度对姜黄素-玉米醇溶蛋白纳米颗粒物理和化学稳定性的影响，发现负载姜黄素的玉米醇溶蛋白纳米颗粒在热处理过程中表现出很强的稳定性。

4、蛋白-多酚复合物在食品相关领域中的应用

乳液

乳液系统可以分为常规乳液、多重乳液、纳米乳液、Pickering乳液。小分子质量表面活性剂或水-油两亲聚合物通过降低界面张力或形成黏弹性界面膜来稳定乳液液滴，在工业上已被长期使用。醇溶蛋白能够通过反溶剂法形成球形颗粒，并且形成的颗粒具有不同的表面电荷和表面疏水性；然而用醇溶蛋白颗粒制备的乳液在接近其等电点的酸碱度下会发生乳析和聚结，最终导致乳液不稳定。酚类物质被广泛用于抑制乳液的脂质氧化。谷物醇溶蛋白和植物多酚的天然络合作用可以调节醇溶蛋白颗粒的自组装行为，提高醇溶蛋白纳米颗粒的稳定性，进而提高乳液的抗氧化性能。

薄膜

醇溶蛋白基可食用薄膜一直受到研究者的关注。有研究报道玉米醇溶蛋白膜具有优异的成膜性和阻气性。当玉米醇溶蛋白在酸性条件下干燥时会形成带孔的薄膜，该膜由网状结构组成，疏水相互作用使玉米醇溶蛋白薄膜保持完整性，但这些相互作用也导致玉米醇溶蛋白薄膜具有脆性且缺乏柔韧性。由于多酚类化合物的亲水基团能减弱玉米醇溶蛋白分子之间的疏水相互作用，这有助于提高其迁移率，因此可以通过添加多酚类化合物使玉米醇溶蛋白基薄膜具有更大的柔韧性，从而解决薄膜的脆性和缺乏柔韧性问题。

递送系统

谷物醇溶蛋白因其良好的生物相容性和生物降解性以及对生物活性物质（如白藜芦醇和姜黄素）的强亲和力而被广泛用于构建递送系统。目前已有各种疏水性生物活性物质被封装成醇溶蛋白颗粒的研究。由于强烈的疏水相互作用和氢键，生物活性物质可迅速迁移到醇溶蛋白颗粒中。与单个醇溶蛋白相比，基于醇溶蛋白的二元/三元复合物在物理化学性质上更稳定，对白藜芦醇、姜黄素、槲皮素等植物多酚化合物具有保护作用。在递送过程中，基于醇溶蛋白的复合物不仅可增加疏水性物质的溶解性，还可提高植物多酚的稳定性。将化合物封装在合适的递送系统中，可以在食品加工过程中更好地保护生物活性成分以避免其发生酶解及化学或物理分解。

结 语

本文综述了谷物醇溶蛋白质与植物多酚相互作用的机理和影响因素，以及谷物醇溶蛋白质-植物多酚复合物的功能属性，特别是乳化性、热稳定性和抗氧化性能。还讨论和评价了谷物醇溶蛋白质-植物多酚复合物在乳液、薄膜和递送系统中的潜在应用。蛋白质和多酚的相互作用主要由自非共价作用或共价作用介导。此外，蛋白质-多酚的相互作用很大程度上取决于蛋白质和多酚的结构和类型以及外部环境条件（蛋白质和多酚的浓度、反应温度、pH值和离子强度等）。总地来说，谷物醇溶蛋白质-植物多酚复合物具有更好的乳化性能、更高的抗氧化活性和热稳定性，可用作新型食品添加剂以改善食品的功能性和品质。

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通信作者简介

蔡路昀，男，教授。 浙江大学研究生导师，浙江大学宁波科创中心食品分院副院长，浙大宁波理工学院科研处副处长，宁波特色功能性生物资源综合开发研究中心主任，团队负责人（PI），主要致力于天然产物与新型健康食品研发，水产品贮藏加工及质量安全控制等方面研究。

本科、硕士、博士毕业于浙江大学生物技术专业、生态学专业、食品科学专业，西南大学食品科学专业博士后，美国康奈尔大学访问学者，国家科技部流动专员，宁波市鄞州区政协委员。国家科技进步二等奖主要完成人，入选浙江省万人计划专家，宁波市3315计划人才，宁波市百名创新人才，宁波市领军拔尖第一层次，宁波市农产品加工科技特派员团队首席专家。兼任全国生物资源提取行业专家委员会委员、国家食药同源产业科技创新联盟理事、中国生物发酵产业协会生物资源提取分会理事、美国化学学会会员、美国食品科技学会会员、中国食品科学技术学会高级会员、浙江省食品学会青年工作委员会委员、浙江省青年高层次人才协会会员、浙江省市场监督管理局首批技术调查官；国家自然科学基金、省部级科技项目、科技奖等通讯评审专家。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划课题等项目20多项；获国家科技进步二等奖、中国商业科技进步奖特等奖、中国产学研合作创新成果奖一等奖，辽宁省自然科学学术成果奖一等奖，宁波市自然科学优秀论文奖B等。以第一或通讯作者发表国内外论文100多篇，其中SCI论文60多篇（影响因子5以上论文30篇，2篇入选封面论文，3篇入选高被引论文），授权国家发明专利10多项，出版《食品分析》、《现代海洋食品产业科技创新战略研究》等著作6本。现为《Foods》期刊客座编辑、《eFood》期刊、《食品工业科技》、《食品安全质量检测学报》期刊青年编委，《食品科学》期刊优秀审稿专家，40多本SCI收录国际刊物及10多本国内刊物特邀审稿人。

张进杰，男，副教授。宁波大学食品与药学学院硕士生导师。2012年毕业于浙江大学食品科学专业，获工学博士学位。2014年8月至2015年8月，澳大利亚CurtinUniversity食品营养系访问学者。现主要从事水产品风味化学、藻类功能性营养成分的基础研究工作。先后主持或参与国家级、省部级及市厅级科研项目20多项，发表学术论文80余篇，其中被SCI和EI收录20余篇，获发明专利10项。

02

第一作者简介

陈晓玲，女，宁波大学食品与药学学院食品科学与工程专业在读硕士研究生。主要研究方向为是食品营养与健康。

本文《谷物醇溶蛋白与植物多酚的互作机理及应用研究进展》来源于《食品科学》2022年43卷17期353-361页，作者：陈晓玲，管维良，施佩影，郑平安，侯东园，孙志栋，张进杰，蔡路昀。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210506-037。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网。

为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社在宁波和西宁成功召开前两届“动物源食品科学与人类健康国际研讨会”的基础上，将与郑州轻工业大学、河南农业大学、河南工业大学、河南科技学院、许昌学院于 2022年12月3-5日 在线上共同举办“2022年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。欢迎相关专家、学者、企业家参加此次国际研讨会。

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