姜黄素热降解产物的鉴定及其与肌动蛋白、胶原蛋白和肌球蛋白的相互作用：基于HPLC-Q-TOF-MS和分子对接的研究

本研究针对肉制品加工中姜黄素热不稳定性及其降解产物与蛋白质相互作用机制不清的问题，通过HPLC-Q-TOF-MS/MS鉴定出12种姜黄素热降解产物，并采用分子对接技术系统分析其与actin、collagen和myosin的结合模式。发现bicyclopentadione等降解产物具有优于天然姜黄素的结合能力（-8.4至-9.1 kcal/mol），通过氢键和疏水作用形成稳定复合物，揭示了姜黄素衍生物通过物理屏蔽氧化敏感位点改善肉品质量的分子机制，为开发基于姜黄素的肉制品抗氧化策略提供理论依据。

　　

在食品工业领域，肉制品作为重要的营养来源，其加工过程中的氧化劣变问题一直困扰着生产者和消费者。蛋白质氧化不仅会导致肉质变差、营养损失，还会影响风味物质的保持。近年来，天然多酚类物质因其出色的抗氧化性能而备受关注，其中姜黄素——作为香料姜黄的主要活性成分，具有显著的抗氧化和抑制有害物质形成的功能。然而，姜黄素在热处理过程中极不稳定，容易降解生成多种衍生物。这些降解产物是否仍具有生物活性？它们如何与肉中的主要蛋白质相互作用？这些问题至今尚未得到系统解答，制约了姜黄素在肉制品加工中的有效应用。

为了深入探究这些问题，来自鲁东大学食品工程学院“One Health”食品与药物研究所的李新雨、吉洪芳和沈亮研究团队在《LWT》期刊上发表了最新研究成果。研究人员采用高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(HPLC-Q-TOF-MS/MS)对姜黄素的热降解产物进行了全面鉴定，并运用分子对接技术详细分析了这些化合物与三种关键肉蛋白（肌动蛋白、胶原蛋白和肌球蛋白）的相互作用机制。

研究团队主要通过以下关键技术方法开展研究：首先利用HPLC-Q-TOF-MS/MS在正负离子模式下分析100°C加热100分钟后的姜黄素降解产物，通过高精度质谱测量和碎片谱图比对进行化合物鉴定；随后从蛋白质数据库(PDB)获取actin(1ATN)、collagen(1M3D)和myosin(6FSA)的晶体结构，使用PyMOL和GROMACS进行结构预处理和能量优化；最后采用AutoDock Vina进行分子对接模拟，使用盲对接策略全面探索结合位点，并对结合亲和力和相互作用模式进行定量分析。

3.1. 姜黄素降解产物的表征

通过HPLC-Q-TOF-MS分析，研究人员成功鉴定出12种姜黄素热降解产物，包括香兰素(vanillin)、去甲基阿魏酰丙酮(demethylferuloylacetone)、反式-6-(4′-羟基-3′-甲氧基苯基)-2,4-二氧代-5-己烯醛等化合物。未衍生的姜黄素在32.084分钟洗脱，显示出特征碎片离子，为后续分子对接研究提供了可靠的化合物结构信息。

3.2. 与肉蛋白的分子相互作用

3.2.1. 与肌动蛋白的分子相互作用

研究发现双环戊二酮(bicyclopentadione)对肌动蛋白表现出最强的结合亲和力(-8.4 kcal/mol)，通过与Gln137形成氢键(2.39 ?)以及π-阳离子相互作用实现稳定结合。姜黄素本身以-7.4 kcal/mol的结合能排名第二，通过与Ser76、Lys113和Glu82形成氢键网络来稳定复合物。保留完整β-二酮结构的化合物普遍表现出较强的结合能力。

3.2.2. 与胶原蛋白的分子相互作用

双环戊二酮与胶原蛋白的结合最为突出(-9.1 kcal/mol)，形成了七個氢键的广泛网络，包括与Gly155、Gly44和Arg41的相互作用。去甲基姜黄素(-8.4 kcal/mol)和双去甲氧基姜黄素(-7.6 kcal/mol)也显示出强劲的结合能力。研究人员注意到Arg41作为胶原蛋白中的关键结合热点，参与了多个化合物的结合过程。

3.2.3. 与肌球蛋白的分子相互作用

作为最主要的肌原纤维蛋白，肌球蛋白与姜黄素衍生物的相互作用呈现出类似趋势。双环戊二酮再次表现出最高的结合亲和力(-8.3 kcal/mol)，通过氢键和π-相互作用与Tyr134和Asn187等残基结合。双去甲氧基姜黄素(-8.2 kcal/mol)和去酮烯姜黄素(-7.7 kcal/mol)也显示出显著结合能力。特别值得注意的是，去甲基姜黄素形成了五个氢键，展示了复杂的相互作用网络。

研究结论表明，姜黄素及其热降解产物能够通过多种相互作用模式与肉蛋白形成稳定复合物。双环戊二酮作为自动氧化衍生物，在所有三种蛋白质中都表现出卓越的结合能力，这表明它在热加工过程中可能积极参与蛋白质修饰反应。保留完整β-二酮结构的化合物通常表现出更强的结合能力，这归因于它们同时进行氢键和π-相互作用的能力。

研究人员发现了三个保守的结合热点：肌动蛋白中的Gln137、胶原蛋白中的Arg41和肌球蛋白中的Tyr134。这些热点残基可能代表姜黄素及其降解产物在肉蛋白中的优先结合位点，位于蛋白质表面或内部空腔内，可能有助于抗氧化活性的发挥。

这项研究的重要意义在于揭示了姜黄素降解产物在肉制品加工中的潜在价值。尽管经过热加工，这些降解产物仍保持显著的蛋白质结合能力，支持它们作为加工肉系统中持久抗氧化剂的潜在作用。这些相互作用不仅可能通过物理屏蔽氧化敏感残基来提供抗氧化效果，还可能通过蛋白质-多酚复合物的形成改变蛋白质表面特性，从而影响风味化合物的相互作用。

研究结果表明，姜黄素衍生物代表了一类有前景的多功能剂，可用于肉制品加工应用，同时增强氧化稳定性和感官品质。这些分子水平的见解为开发基于姜黄素的策略来提高加工肉制品质量提供了重要线索，为食品工业开发更健康、更优质的肉制品提供了新的思路和方法。