我校食品与生物工程学院谢湖均教授课题组于2023年2月在国际期刊FoodHydrocolloids（Q1，IF: 11.504）发表题为“Interaction mechanism between zein and β-lactoglobulin: Insights from multi-spectroscopy and molecular dynamics simulation methods ”的研究性论文。
β-乳球蛋白(β-LG)是乳清蛋白的主要成分，具有良好的生物相容性和溶解性，常被作为一种模型球蛋白应用于研究不同分子间的相互作用。β-LG与其他蛋白质通过相互作用形成具有独特乳化、凝胶、配体结合等功能特性的蛋白质复合物，使其在食品精细结构设计、生物活性物质装载等研究领域具有独特的优势。以往对β-LG与其他蛋白相互作用的研究主要集中在β-LG与动物蛋白的相互作用上，其与植物蛋白的相互作用研究并不多见且不深入（分子角度）。
本研究结合多光谱学和分子动力学模拟（MD）探究了β-LG与玉米醇溶蛋白（zein）的互作机制。结果表明，当β-LG/zein的质量比从9:1变为2:8时，β-LG- zein复合物纳米粒子的粒径由69.5 nm增大到153.5 nm。复合纳米颗粒在30 d后表现出较好的稳定性。FTIR和复合纳米粒子的解离实验发现疏水、氢键和静电相互作用有助于β-LG-Zein复合纳米粒子的制备。分子动力学模拟(MD)结果表明，β-LG与zein的结合自由能为−39.81 kcal/mol。此外，玉米醇溶蛋白中残基V64、P65、P68、I69、G74、G75、G77和G88，以及β-LG中残基P54、L103和A104，对zein与β-LG的结合起着至关重要的作用。本研究为β-LG -Zein复合纳米粒子在食品工业中的应用提供了理论依据。
一、研究亮点
从分子层面探究了β-乳球蛋白与玉米醇溶蛋白的相互作用机制，发现静电、氢键和疏水相互作用是两者互作的主要驱动力，指出了β-乳球蛋白和玉米醇溶蛋白中对两者互作能量贡献较大的关键残基。
图1Zein与β-LG结合前后的RMSD分析. (a) Apo-zein表示未与β-LG结合的zein, holo-zein表示与β-LG结合后的zein; (b) Apo-β-LG表示未与zein结合的β-LG, holo-β-LG表示与zein结合后的β-LG.
图2 Zein与β-LG结合前后的RMSF分析. (a) Apo-zein表示未与β-LG结合的zein, holo-zein表示与β-LG结合后的zein; (b) Apo-β-LG表示未与zein结合的β-LG, holo-β-LG表示与zein结合后的β-LG.
图3 β-LG-Zein复合物的残基结合自由能分析。(a)玉米醇溶蛋白, (b)β-乳球蛋白. 橙色表示残基的能量贡献小于-2 kcal/mol; 红色表示残基能量贡献小于-4 kcal /mol, 紫色表示残基能量贡献小于-5 kcal /mol.
二、研究结论
在所研究的质量比内(9:1~2:8)，通过增加β-LG的含量可以使β-LG-Zein复合纳米粒子的粒径减小；复合纳米粒子在储藏30 d后仍表现出较好的稳定性；红外光谱实验和纳米粒子解离实验发现Zein与β-LG之间存在疏水、氢键、静电相互作用；玉米醇溶蛋白中残基V64、P65、P68、I69、G74、G75、G77和G88，以及β-LG中残基P54、L103和A104，对zein与β-LG的结合起着至关重要的作用。
图4 不同质量比的β-LG-Zein复合纳米粒子的粒径和PDI(a)、Zeta电位(b)和浊度(c).
图5 zein、β-LG和β-LG- zein复合物纳米颗粒的TEM图像.
最新一期的ESI显示，谢湖均教授课题组于2021年11月发表在Food Hydrocolloids（Q1，IF: 11.504）题为Explore the interaction mechanism between zein and EGCG using multi-spectroscopy and molecular dynamics simulation methods入选ESI高被引论文，这是继上一篇ESI高被引论文Fabrication of ovalbumin/kappa-carrageenan complex nanoparticles as a novel carrier for curcumin delivery（Food Hydrocolloids, 2019, 89, 111-121）之后的又一篇高水平论文。
作者简介
刘承智（第一作者），浙江工商大学食品与生物工程学院研究生。主要从事食品组分之间的互作机制研究。目前已以第一作者发表Food Hydrocolloids 3篇、Food Chemistry 1篇、Journal of Molecular Liquid 1篇。
黄敏（通讯作者），博士，副研究员。本硕毕业于江南大学，博士毕业于新加坡国立大学，2021年7月起任职于浙江工商大学食品与生物工程学院。主要从事食品胶体与营养、食品生物技术等方向的研究，目前已在Food Hydrocolloids、Journal of Agricultural and Food Chemistry、 Food Chemistry、Food Research International、LWT- Food Science and Technology等国内外学术期刊发表论文20余篇，高被引论文1篇。
谢湖均（通讯作者），博士，教授，浙江省高校领军人才计划高层次拔尖人才，校西湖学者计划拔尖人才。本科毕业于浙江大学化学系，博士毕业于厦门大学化学化工学院，在浙江大学、香港科技大学、复旦大学从事博士后或访问学者工作。主要从事食品胶体与营养、蛋白质聚集和凝聚、营养物质包埋与递送、智能保鲜等领域研究，主持国家自然科学基金，浙江省自然科学基金，浙江省基础公益研究计划农村农业项目，企业项目等20余项。在Journal of the American Chemical Society，Angewandte Chemie International Edition，Chemical Engineering Journal，ACS Catalysis，Food Hydrocolloids，Science China Chemistry，Food Chemistry，Food Research International，International Journal of Biological Macromolecule，LWT - Food Science and Technology，Journal of Molecular Liquids等杂志发表第一或通讯作者（含共同）SCI论文110余篇，H-index=26，其中高被引论文3篇，由Elsevier出版的国际学术合作著作1部，申请和授权国家发明专利6件。
食品胶体与营养（FCN）课题组：
https://www.x-mol.com/groups/hujun_xie
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.108226
（供稿：食品与生物工程学院）