乳清蛋白与维生素D3热力学互作机制的多光谱解析及分子动力学模拟研究

本研究针对维生素D3在食品强化中的稳定性难题，通过UV-Vis光谱、荧光淬灭、圆二色谱(CD)和分子动力学模拟(MD)等技术，揭示了β-乳球蛋白(β-Lg)与维生素D3通过氢键和范德华力自发结合的热力学机制，发现该互作能提升蛋白质热稳定性(Tm)并改变二级结构（α-螺旋减少/β-折叠增加），为功能性乳制品开发提供理论依据。

　　

维生素D₃作为维持骨骼健康、免疫调节的关键营养素，其应用却受限于光氧敏感性。如何通过蛋白质载体提升其稳定性，成为食品科学与营养学交叉领域的重要课题。β-乳球蛋白(β-Lg)因其独特的疏水结合能力被视为理想载体，但既往研究多局限于低浓度下的荧光淬灭分析，缺乏对复合物热力学行为及结构演变的系统认知。

针对这一空白，伊朗沙赫尔库尔德大学（Shahrekord University）的研究团队在《International Dairy Journal》发表创新成果。研究整合紫外光谱（UV-Vis）、稳态荧光、圆二色谱（CD）和分子动力学模拟（MD）等多维技术，首次在生理条件下解析β-Lg-维生素D₃复合物的形成机制与结构特征。关键技术包括：通过双分子淬灭常数判定静态淬灭类型；采用CD光谱量化二级结构变化；结合分子对接预测结合位点；通过热变性实验（T_m）评估热稳定性提升效果。

【研究结果】

1. 紫外光谱分析
   UV吸收峰位移表明维生素D₃诱导β-Lg中色氨酸（Trp）微环境极性改变，提示疏水腔暴露。

2. 荧光淬灭机制
   淬灭常数K_sv随温度升高而降低，结合分子对接证实为静态淬灭，主要驱动力为氢键（ΔH=-42.15 kJ/mol）和范德华力（ΔS=+68.24 J/mol·K）。

3. 构象变化
   CD光谱显示α-螺旋含量从28.3%降至21.7%，β-折叠从19.8%增至25.4%，表明蛋白质发生部分解折叠与结构重排。

4. 热稳定性增强
   差示扫描量热（DSC）显示复合物熔点（T_m）提升4.2°C，证实维生素D₃可增强β-Lg抗热变性能力。

5. 分子动力学模拟
   100 ns轨迹分析揭示维生素D₃稳定结合于β-Lg的疏水口袋（Calle区），RMSD波动<0.2 nm验证复合物稳定性。

【结论与意义】
该研究首次阐明β-Lg-维生素D₃复合物通过自发熵驱动过程形成，其热力学优势（ΔG=-12.36 kJ/mol）与结构适应性为开发热稳定型营养强化乳制品奠定基础。尤其值得注意的是，维生素D₃诱导的β-Lg构象变化可能优化其在胃肠道中的释放特性，这为靶向递送系统设计提供了新思路。研究建立的"实验表征-计算模拟"协同策略，也为其他蛋白质-营养素互作研究提供了范式参考。