肌原纤维蛋白与6-姜酚的共价偶联：结合位点、蛋白质结构的变化以及凝胶特性

《Journal of Food Engineering》：Covalent coupling of myofibrillar protein–6-gingerol: binding sites, alterations in protein structure and gel properties

　　

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  芬顿反应会引发肌原纤维蛋白的氧化。
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  6-姜辣素能够改变肌原纤维蛋白的结构与理化性质。
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  通过光谱法和质谱法来分析二者之间的相互作用。
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  共价结合能显著提升蛋白质凝胶的性能。

引言

肉类产品是人类饮食中的重要组成部分，能为人体提供优质蛋白质及必需营养素。作为肌肉组织中主要的结构蛋白，肌原纤维蛋白在决定肉类产品的功能特性方面起着关键作用。然而在常规加工和储存条件下，肌原纤维蛋白极易发生氧化，从而导致蛋白质降解并产生有害副产物（J. Wang等人，2025）。这类氧化修饰会严重影响肉类的关键功能特性，如持水能力和凝胶性能，进而降低最终产品的质地与营养价值，还有可能促使有害化合物的形成（Estévez等人，2020）。为解决这些问题，将肌原纤维蛋白与天然抗氧化多酚结合，已被证明能有效抑制氧化，维持产品的加工适性与营养价值，这也符合可持续发展的环保理念（Hui Wang等人，2022）。与非共价相互作用相比，共价键具有更强的结合亲和力、更稳定的结合结构、更高的热稳定性以及更出色的自由基清除能力（Xu等人，2025）。尽管已有大量研究探讨了多酚结合对肌原纤维蛋白空间构象与功能的影响，但精准识别结合位点并全面理解复合物形成机制，对于肉类产品研究而言仍十分重要（Y. Yang等人，2020）。在此背景下，基于质谱的蛋白质组学方法已成为表征反应产物、明确多酚与蛋白质相互作用位点的关键工具。例如Sun等人（Sun等人，2022）运用LC–MS/MS技术，识别出了多酚与卵清白蛋白之间的特定交联位点。在另一项研究中，Li等人（D. Li等人，2023）通过蛋白质组学技术证明，芦丁、槲皮素和没食子酸能与荞麦蛋白形成共价加合物，同时还确定了4段与酚类化合物发生共价结合的肽段。

作为天然抗氧化剂，植物多酚已得到广泛研究并在食品工业中得到应用。在肉类加工过程中，这些化合物不仅具备较强的抗氧化性能，还能显著改善蛋白质的凝胶特性，从而提升产品品质与保质期。比如Yin等人（Yin等人，2025）发现，苹果多酚可通过非共价键与4种蛋白质（SPI、WPI、CP、TBP）形成复合物，其在体外表现出更强的抗氧化活性，还能提高HepG2细胞对氧化应激的抵抗能力。茶多酚则能延缓肌原纤维蛋白的氧化，减少氧化副产物的生成。此外，茶多酚处理还能提升肌原纤维蛋白的凝胶性能，包括其强度、持水能力以及流变学特性（Ni等人，2025）。同样，将没食子酸、槲皮素和芦丁加入鹅肌原纤维蛋白凝胶中，可使其微观结构更加致密，同时提升持水能力和质地特性（Jiang等人，2025）。上述研究均探讨了多酚与蛋白质之间的非共价相互作用对抗氧化活性与凝胶特性的影响。不过，关于酚类化合物对蛋白质进行共价修饰后相关影响的科研数据仍然极为有限。

6-姜辣素是生姜中最丰富且最主要的生物活性酚类化合物。作为一种在全球范围内广泛使用且长期被证实安全的香料，生姜为将6-姜辣素作为天然功能性成分应用于食品领域提供了坚实基础。该化合物可通过多种途径发挥抗氧化、抗炎和抗肿瘤作用，包括清除自由基、抑制环氧化酶活性以及调节细胞周期进程（Fuzer等人，2017）。此外它的安全性也较好，口服后会迅速代谢并被排出体外，不会在体内积累（Q. Wang等人，2018）。鉴于目前对于6-姜辣素如何影响肉类蛋白的结构与凝胶化特性的了解还比较有限，而且其与肌原纤维蛋白的共价结合位点也不明确，研究这种相互作用及其对凝胶特性的影响具有重要的现实意义。

本研究在自由基诱导条件下，探讨了肌原纤维蛋白与6-姜辣素的共价结合反应，旨在提升其凝胶性能，拓展其在食品工业中的应用潜力。实验中用不同浓度的6-姜辣素对肌原纤维蛋白进行改性，随后通过检测总酚含量、游离氨基含量和总巯基含量来表征所得到的结合物。结构变化则通过SDS-PAGE、荧光光谱法、圆二色光谱法、FTIR、粒径测定以及微观结构观察等方法进行分析。此外还通过LC–MS/MS技术确定了具体的共价结合位点。这些研究结果有助于更深入地了解肌原纤维蛋白与6-姜辣素结合后所发生的结构变化及其功能提升机制，为开发新型、性能更优的食品原料奠定基础。

章节摘要

材料

新鲜羊腿肉购自中国新疆石河子的新疆西部畜牧有限公司，6-姜辣素（分子量294.39 g/mol，纯度≥98%）购自中国成都的成都普莱克斯科技发展有限公司。2,2′-二硝基-5,5′-二硫代苯甲酸则购自中国杭州的志江云瑞华科有限公司。其他所用化学试剂均为分析级产品。

肌原纤维蛋白的提取

从新鲜羊腿肉中提取肌原纤维蛋白。具体操作为先将组织预冷冻，再切碎以去除可见脂肪。

总巯基含量与游离氨基含量的测定

由于氨基酸侧链具有与氧自由基反应的特性，肌原纤维蛋白容易发生氧化。可以通过监测特定指标的变化来评估蛋白质的氧化程度，比如游离巯基含量的变化。如图1A所示，与对照组（Z_con）相比，Z₀组中的巯基含量从1.49 μmol/mg蛋白质下降到1.43 μmol/mg蛋白质，这一现象证明了芬顿体系中确实发生了氧化反应。随着

结论

在本研究中，自由基方法促成了多酚与蛋白质之间的共价相互作用。随着6-姜辣素浓度的增加，多酚的结合量显著上升，肌原纤维蛋白中的总巯基含量和游离氨基含量下降，同时肌原纤维蛋白与6-姜辣素形成的共价加合物的粒径也会缩小。蛋白质组学分析表明，肌原纤维蛋白与6-姜辣素形成的共价加合物是通过“氨基-醌”加成反应生成的，共价修饰发生在苏氨酸位点上。

CRediT作者贡献说明

Jiaqi Sun：可视化分析、方法设计。 Fei Li：可视化分析、实验研究。 Jiamei Li：初稿撰写、结果验证、方法设计、正式分析、数据整理。 Geyi Ren：初稿撰写、可视化分析、实验研究、概念构思。 Shiling Lu：文章审阅与编辑。 Juan Dong：文章审阅与编辑、资金筹集工作。 Hongzhao Zhang：方法设计、实验研究。 Ping Han：项目监督、概念构思。

未引用参考文献

Wang等人，2024；Wang等人，2022。

利益冲突声明

?作者声明自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金[项目编号32360606]、新疆维吾尔自治区重大科技项目[项目编号2022A02004]以及新疆生产建设兵团引导性科技计划（2022ZD061）的支持。同时也得到了新疆生产建设兵团人才项目的资助。

Jiamei Li|Geyi Ren|Jiaqi Sun|Fei Li|Hongzhao Zhang|Ping Han|Shiling Lu|Juan Dong