基于蛋白质结构依赖性荧光探针的β-乳球蛋白实时检测技术研究

为解决牛奶饮品中β-乳球蛋白（β-lactoglobulin）实时检测的技术瓶颈，研究人员设计了一种新型蛋白质结构依赖性荧光探针DNP。该探针通过非共价结合β-乳球蛋白中央疏水腔，实现高选择性、高灵敏度的荧光"开启"响应，无需酶促反应即可完成活细胞内外源性蛋白可视化及饮料样本的实时定量检测，为乳制品质量控制和过敏原监测提供了即时分析工具。

　　

牛奶作为日常饮食的重要组成，其蛋白质质量直接影响消费者健康。然而，市场上乳制品掺假、蛋白含量虚标等问题频发，尤其是调味乳饮料和乳清蛋白粉等高消费产品。β-乳球蛋白作为牛奶中的核心生物活性蛋白，既是重要营养素又是常见过敏原，其快速检测对保障食品安全至关重要。传统检测方法如凯氏定氮法、高效液相色谱（HPLC）等存在设备依赖性强、耗时长等缺陷，难以满足现场即时检测需求。尽管酶联免疫吸附试验（ELISA）应用广泛，但其多步骤操作无法捕捉食品加工过程中的蛋白动态变化。荧光探针技术虽在实时检测领域展现出优势，但受牛奶蛋白结构复杂性和基质干扰影响，针对β-乳球蛋白的高性能探针仍属空白。

江苏省某研究团队在《Food Chemistry》发表的研究中，创新性地开发了基于萘骨架的荧光探针DNP。该研究通过分子对接模拟锁定β-乳球蛋白中央疏水腔为靶点，利用N,N-二甲基-2-萘胺基团与吡啶鎓盐的协同作用，实现了对β-乳球蛋白的特异性识别。关键技术包括：1）基于蛋白质结构的理性探针设计；2）荧光光谱和分子对接验证结合机制；3）实际饮料样本的基质效应校正定量；4）活细胞内蛋白可视化成像。

【Chemicals and apparatus】
研究采用商业来源的β-乳球蛋白及其他对照蛋白，使用荧光分光光度计和共聚焦显微镜等设备完成检测。

【Design of DNP】
通过分析β-乳球蛋白与配体的结合特征，设计将疏水性的萘骨架与带正电的吡啶鎓盐结合，形成可嵌入蛋白疏水腔的"分子钥匙"。理论计算显示该结构能有效匹配中央疏水腔的尺寸和静电分布。

【Conclusions】
DNP展现出对β-乳球蛋白的纳摩尔级检测限（LOD=15.7 nM），选择性高于其他牛奶蛋白（α-乳白蛋白等）10倍以上。在模拟饮料体系中回收率达96.2%-104.8%，且成功实现活细胞内外源性β-乳球蛋白追踪。分子动力学模拟证实探针主要结合在β-乳球蛋白的中央疏水腔，结合常数为1.38×10⁵ M^-1。

该研究突破性地解决了β-乳球蛋白实时检测的技术难题：1）首创结构依赖性探针设计策略，避免酶促反应限制；2）实现从分子识别到实际应用的完整技术链条；3）为食品加工过程监控提供动态检测手段。值得注意的是，DNP在酸性环境（pH 3.0-5.0）仍保持稳定响应，这对发酵乳制品检测尤为重要。作者团队Xian-Ting Yan等指出，该技术可扩展至其他乳蛋白检测体系，为构建乳品质量快速评估平台奠定基础。