《Food Bioscience》：Multispectroscopic and molecular dynamics insights into whey protein isolate–tannic acid interactions under different pH conditions: Conformational changes and functional properties
编辑推荐：
摘要蛋白质与多酚的相互作用对食品分散体系的功能至关重要，但由于对其作用机制的理解尚不完整，利用pH值等常见环境因素来精确控制结构与功能仍然具有挑战性。本研究通过结合多光谱分析、物理化学表征以及分子动力学模拟，系统研究了pH值（4.0–7.5）如何影响乳清蛋白分离物与单宁酸之间的相
摘要
蛋白质与多酚的相互作用对食品分散体系的功能至关重要，但由于对其作用机制的理解尚不完整，利用pH值等常见环境因素来精确控制结构与功能仍然具有挑战性。本研究通过结合多光谱分析、物理化学表征以及分子动力学模拟，系统研究了pH值（4.0–7.5）如何影响乳清蛋白分离物与单宁酸之间的相互作用。随着pH值的升高，结合常数显著增加，同时其结合模式也发生了热力学变化，从以氢键和静电作用为主转变为以熵驱动的结合方式，并伴有更强的疏水作用。这种热力学转变在pH 7.0时最为明显，此时乳清蛋白的构象发生了显著变化，α-螺旋含量相对下降了8.70%。相应地，在pH 7.0条件下形成的复合物具有最小的粒径（117.20 ± 0.17纳米）、最高的初始乳化活性以及最强的自由基清除能力。在原子层面，分子动力学模拟显示，在pH 7.0时，单宁酸的结合位点会延伸到β-乳球蛋白的典型疏水结构之外，从而与更多的表面区域发生作用。此外，β-乳球蛋白的EF环（第80–90位残基）以及α-乳白蛋白的C端区域也表现出更高的构象灵活性，这为实验观察到的结构变化提供了解释。不过，由于这些结果是基于可控模型系统得出的，因此还需要在复杂的食品体系中进一步研究，以确认其普遍适用性。
综上所述，这些研究结果为通过pH值调控乳清蛋白分离物与单宁酸复合物的结合、构象及胶体组装，进而改善其功能提供了理论依据。
引言
基于蛋白质的乳化剂作为合成表面活性剂的替代品具有很大潜力，因为它们具有良好的界面活性、生物相容性以及符合“清洁标签”理念的优势（Chen等人，2023；Lou等人，2025；Jin & Xu，2025a；Jin & Xu，2025b）。乳清蛋白分离物是从奶酪乳清中提取的高纯度蛋白质产品，主要由β-乳球蛋白（约占65%）和α-乳白蛋白（约占25%）组成（Amjad等人，2025）。作为一种源自乳清的成分，乳清蛋白分离物还有助于实现副产品的价值转化，提升食品产业中的资源利用率（Jin & Xu，2025c；Jin & Xu，2025d）。由于其良好的溶解性和两亲性，乳清蛋白分离物能够轻易吸附在油水界面，形成粘弹性界面膜。然而，由乳清蛋白分离物稳定的乳液仍易受到脂质氧化及相关质量问题的影响，这限制了它们的更广泛应用（Yiu, Wang & Selomulya，2025）。因此，开发出可用于食品领域且可调控的策略，以提升乳清蛋白分离物基体系的界面稳定性及抗氧化性能，仍然具有重要意义。
蛋白质与多酚的结合是一种有效的非共价作用方式，可通过氢键、疏水作用以及静电作用来调节蛋白质的结构与功能（Zhu，2024）。在天然多酚中，单宁酸因其多邻苯酚结构而具有很强的蛋白质结合能力与交联潜力，同时还具备较高的自由基清除活性，因而备受关注（Tang等人，2025；Jin & Xu，2025e；Jin & Xu，2025f）。在涉及乳清蛋白的分散体系中，单宁酸的结合会导致蛋白质构象、界面行为以及抗氧化能力的改变，这些变化有助于进一步提升乳液的稳定性与功能（Cao等人，2018；Li & Girard，2023）。不过，这些效应在很大程度上取决于所处的环境条件。这就凸显出需要找到一种简单且有效的因素，能够以可预测的方式调控乳清蛋白分离物与单宁酸之间的结合过程。
在各类相关因素中，pH值尤为重要，因为它同时会影响蛋白质的净电荷、表面静电特性、构象稳定性、疏水暴露程度以及多酚的离子化状态，进而改变蛋白质与多酚之间相互作用的驱动力（Wang等人，2022；Liu等人，2022；Yan等人，2024b）。这一特性在实际应用中也十分重要，因为含有乳清蛋白分离物的食品所处环境的pH值范围很广（Amjad等人，2025）。然而，在乳清蛋白分离物与单宁酸的体系中，pH值如何影响结合力、蛋白质构象变化、胶体组装以及体系的功能特性，目前仍缺乏足够清晰的解释。
本研究系统地探讨了pH值在4.0–7.5范围内乳清蛋白分离物与单宁酸之间的相互作用，旨在明确该体系中的pH值、结构与功能之间的关系。通过结合多光谱分析、物理化学表征、功能评估、分子对接以及分子动力学模拟等方法，本研究分析了pH值如何调控二者之间的结合亲和力及热力学驱动力，这些变化又如何影响乳清蛋白分离物中β-乳球蛋白和α-乳白蛋白的构象，以及由此形成的复合物如何影响与食品相关的功能特性。
章节节选
材料
乳清蛋白分离物（蛋白质含量≥90%）购自中国上海的金宗林食品有限公司。单宁酸（纯度≥98%）购自中国上海的阿拉丁试剂公司。2,2-二苯基-1-苦基肼（DPPH）和2,2'-偶氮双（3-乙基苯并噻唑-6-磺酸）（ABTS）则购自中国北京的国药集团化学试剂有限公司。向日葵油则从当地的商业超市购买。其他所有材料均
荧光光谱分析
由于色氨酸的固有荧光对其局部微环境极为敏感（Kuang等人，2025），因此采用荧光光谱分析法来监测不同pH条件下乳清蛋白分离物对单宁酸的构象响应。如图1以及图S1–S2所示，在所有测试的pH值下，乳清蛋白分离物的发射最大波长始终保持在330纳米，这说明色氨酸残基主要处于相对疏水的环境中（Li等人，2025；Lu等人，2022）。不过，
结论
本研究阐明了pH值如何调控乳清蛋白分离物与单宁酸之间的相互作用，以及这类相互作用如何影响所得复合物的功能特性。通过结合光谱结合分析、热力学表征（pH 4.0–7.5）、分子对接分析（pH 4.0、5.0、7.0和7.5），以及在两个代表性pH值下进行的分子动力学模拟，我们发现单宁酸是通过一种静态机制来淬灭乳清蛋白分离物的固有荧光的。
CRediT作者贡献说明
Yu Zhong：指导工作、资金获取。 Hao Yin：方法设计、定量分析。 Yun Deng：文章撰写与修改、指导工作、资金获取。 Jiangxiong Zhu：结果验证、软件使用、方法设计。 Bifen Zhu：初稿撰写、数据整理。
未引用参考文献
Dufour等人，1994年；Maia等人，2025年；Vasava等人，2022年；Yan等人，2024年；Yiu等人，2025年。
关于生成式AI使用的声明
作者声明，在撰写本论文的过程中未使用任何生成式AI工具。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关联关系。
致谢
作者感谢中国国家自然科学基金（项目编号：U23A20258）、云南省基础研究计划（项目编号：202301AS070014）以及中国国家自然科学基金（项目编号：32072270）提供的资金支持。同时也要感谢上海某公司的Yongbo Sun在原材料供应方面给予的帮助。
Bifen Zhu|Jiangxiong Zhu|Hao Yin|Yu Zhong|Yun Deng
上海交通大学食品科学与技术系，中国上海200240
