胡椒碱与肌原纤维蛋白相互作用机制的多光谱及分子模拟研究：对四川风味肉制品品质调控的理论基础

本研究针对传统肉制品加工中天然香料作用机制不明的问题，通过多光谱分析、分子对接和分子动力学模拟技术，系统揭示了胡椒碱(PIP)与肌原纤维蛋白(MPs)的相互作用机制。发现PIP通过甲基二氧苯基选择性破坏MHC二硫键，同时其哌啶环酰胺键系统通过π-π堆积和氢键网络诱导MPs结构重排，为精准调控肉制品质地提供了分子理论基础。

　　

在传统肉制品加工领域，如何通过天然香料精准调控产品质构一直是行业难题。四川风味肉制品作为中国特色肉制品的代表，其加工过程中常用荜茇等香料，但其中关键活性成分胡椒碱(Piperine, PIP)与肌原纤维蛋白(Myofibrillar Proteins, MPs)的相互作用机制尚未阐明。MPs作为肌肉中占比55%-60%的结构蛋白，其构象变化直接影响肉制品品质。现有研究多聚焦酚类、醛类物质，对生物碱类成分与MPs的相互作用研究不足，且技术手段单一。西华大学食品与生物工程学院的研究人员在《Current Research in Food Science》发表论文，综合运用紫外-可见光谱(UV-vis)、荧光光谱、圆二色谱(CD)、原子力显微镜(AFM)等实验技术，结合分子对接和分子动力学模拟，首次系统揭示了PIP与MPs的分子互作机制。

关键技术方法包括：从5月龄雌性香猪背最长肌提取MPs；通过荧光猝灭实验和Stern-Volmer方程分析结合特性；采用Zeta电位仪测定颗粒尺寸和表面电荷；利用CDNN软件计算蛋白质二级结构含量；基于AutoDock Vina和AMBER 22软件进行分子对接与100ns分子动力学模拟。

3.1. UV-vis吸收光谱显示，随着PIP浓度增加(0-80 μM)，MPs溶液在330nm处的吸光度从0.9增至1.9 AU并红移至336nm，表明PIP的甲基二氧苯基与MPs芳香族侧链发生π-π堆积。

3.2. 荧光分析证实静态猝灭机制，298K时结合常数Ka达2.7733 L/mol，ΔH与ΔS均为负值，表明氢键和范德华力是主要作用力。同步荧光光谱(Δλ=15/60nm)显示Tyr和Trp残基微环境疏水性增强。

3.3. 巯基含量测定发现，20μM PIP使游离巯基增至17.5μM，80μM时降至8.5μM，证实PIP具有"二硫键还原剂"功能。

3.5. 粒径和Zeta电位分析显示，40μM时复合物粒径达峰值1025.60nm，而20μM时Zeta电位绝对值最小(-2.66mV)，反映聚集-解聚动态平衡。

3.6. CD检测表明PIP使MPs的α-螺旋含量从7.28%增至7.61%，β-转角从17.83%升至17.93%，增强结构稳定性。

3.8. SDS-PAGE显示PIP浓度依赖性减弱MHC顶部条带，证实其破坏二硫键交联的能力。

3.9-3.10. 分子模拟揭示ARG202和PHE622是关键结合残基，MM/GBSA计算结合自由能为-29.80±3.27 kcal/mol，以疏水作用和范德华力为主导。

该研究创新性提出PIP通过"靶向破坏二硫键"和"调控蛋白构象"双重功能动态调节MPs结构：其甲基二氧苯基选择性断裂MHC二硫键，哌啶环酰胺键系统通过π-π堆积和氢键网络诱导结构重排。这一发现为天然香料在肉制品加工中的精准应用提供了理论依据，推动产业向"天然-功能化-精准化"转型。特别值得注意的是，非共价相互作用的主导性使这种调控具有可逆性，优于化学修饰剂，符合食品加工安全需求。研究建立的PIP-MPs互作模型，不仅为四川风味肉制品品质调控提供新思路，也为其他天然活性成分-蛋白质相互作用研究提供了方法学参考。