从结构重塑到细胞保护:pH 调控的核桃蛋白水解物纤维 - 绿原酸复合物组装及转录组学见解

《Food Bioscience》:From structural remodeling to cytoprotection: pH-regulated assembly of walnut protein hydrolysate fibril-chlorogenic acid complexes and transcriptomic insights

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月06日 来源:Food Bioscience 6.2

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   摘要植物蛋白纤维因其有序的组装结构而受到越来越多的关注。本研究在pH 2.0和7.0条件下,以不同绿原酸/核桃蛋白水解物纤维(WPHF)比例,研究了核桃蛋白水解物纤维与绿原酸(CA)的非共价复合。进一步评估了透析后WPHF-CA复合物的结构特征和抗氧化活性。pH 7.0条件下

  

摘要

植物蛋白纤维因其有序的组装结构而受到越来越多的关注。本研究在pH 2.0和7.0条件下,以不同绿原酸/核桃蛋白水解物纤维(WPHF)比例,研究了核桃蛋白水解物纤维与绿原酸(CA)的非共价复合。进一步评估了透析后WPHF-CA复合物的结构特征和抗氧化活性。pH 7.0条件下WPHF对CA的结合量显著高于pH 2.0条件,达到76.25 ± 2.69 mg/g蛋白,而pH 2.0条件下仅为30.21 ± 0.73 mg/g蛋白。复合过程主要由疏水相互作用和氢键驱动。傅里叶变换红外光谱分析表明,CA复合和pH调节伴随二级结构重排,pH 2.0和7.0条件下β-折叠含量分别降至51.6%和48.7%。X射线衍射分析证实,CA对WPHF纤维结构造成的破坏有限。透射电镜显示,pH中和和增加CA/WPHF比例使WPHF从多态长纤维转变为分支和聚集簇。pH 7.0-0.4复合物表现出最强的抗氧化活性,包括92.1%的ABTS清除率、还原力提高12.6倍,以及细胞内ROS水平降低22.6%。转录组分析和RT-qPCR验证进一步表明,WPHF-CA复合物的细胞保护效应可能与MAPK信号通路和铁死亡相关基因表达的变化有关,包括MAP2K3和JUND基因。这些发现表明,pH调控的CA复合是提升WPHF抗氧化潜力的有效途径,为核桃蛋白的增值利用提供了新策略。

引言

核桃蛋白已成为一种具有卓越营养价值的高质量蛋白质的理想选择。作为必需氨基酸的可靠来源,除甲硫氨酸外,其必需氨基酸含量符合世界卫生组织推荐的成人膳食标准(Liu, Zhang, et al., 2024)。此外,其丰富的谷氨酸和精氨酸有助于降低血氨水平并支持肝脏解毒(Zhang, Cai, Wang, Zhao, & Zhao, 2024)。与其他大多数植物蛋白类似,核桃蛋白在水中的分散性较低,功能性较差。为克服这些局限,一种有效的方法是将蛋白质转化为纤维结构。具体来说,蛋白质可在酸性条件下经热处理转化为蛋白纤维。蛋白纤维因具有高长径比、独特的刚柔性和缠结分支聚集结构而备受关注,这些特征共同赋予其优异的凝胶化、乳化和发泡性能(Miao et al., 2025)。随着更多功能基团的暴露,蛋白纤维可更有效地结合各种小分子(Yin, Yang, & Li, 2025)。在我们先前的研究中,胰蛋白酶水解预处理核桃蛋白提高了其纤维化能力,获得了具有良好结构特征的纤维(Li, Chen, Yuan, Jin, & Wang, 2025)。因此,可以筛选具有生物活性的小分子来改善核桃蛋白水解物纤维(WPHF)的生物学特性。
绿原酸(CA)属于羟基肉桂酸家族的酚类化合物,由一个咖啡酸单元酯化一个奎宁酸单元组成(Santana-Gálvez, Cisneros-Zevallos, & Jacobo-Velázquez, 2017)。作为一种普遍存在的植物化学物质,CA占膳食酚类摄入量中的重要比例。其被认可具有多种药理学功能,包括强效自由基清除、抗炎、抗癌和抗高血压作用(Murai & Matsuda, 2023)。此外,作为食品添加剂,它具有抗菌特性并可作为益生元发挥作用(Rojas-González et al., 2022)。因此,其作为营养补充剂和食品添加剂的双重功能突显了其在开发营养保健品和健康导向型食品基质方面的巨大潜力。已有研究表明,CA可通过非共价相互作用(包括疏水效应和氢键)以及与共价相互作用与蛋白质结合(Qie et al., 2024; Xu et al., 2019)。与涉及自由基介导过程、碱性pH或氧化酶活性的共价相互作用不同,非共价复合在较温和的条件下发生,无需使用额外的交联分子。非共价相互作用安全且方法简便,在动态调节和复杂体系中往往具有更大优势(Can Karaca, Tan, Assadpour, & Jafari, 2025)。
先前的研究探讨了蛋白-多酚相互作用对蛋白质结构和功能的影响。例如,原花青素通过疏水相互作用和氢键自发结合到大豆分离蛋白(SPI)纤维上,重塑其结构并增强乳化活性和发泡能力(Yin et al., 2025)。阿魏酸可与SPI相互作用诱导其结构解聚和展开,从而增加蛋白质的结构柔性并增强界面功能和氧化稳定性(Chen, Zhang, Lan, & Wang, 2024)。此外,蛋白质与多酚配体之间的复合表现出强烈的pH依赖性,这包括结合强度、亲和力水平和分子间作用力性质的变化,最终影响组装体的结构特性(Ebrahimi, Lante, & Grossmann, 2025)。例如,与pH 3.0相比,pH 7.0下藜麦蛋白水解物与表没食子儿茶素没食子酸酯的结合亲和力更高,从而显著改善了抗氧化和乳化性能(Xu et al., 2024)。Yang等(2020)记录,与pH 3.0和5.0相比,大豆11S和7S在pH 7.0下与表没食子儿茶素没食子酸酯表现出最强的结合亲和力,这归因于结合位点的暴露。尽管已有对蛋白质与多酚在不同pH环境下相互作用的研究,但复合物结合的多酚与残余游离多酚之间的区分并非总能得到明确界定。这一区分对于解释蛋白-多酚复合物的功能特性至关重要,因为残余游离多酚也可能对抗氧化活性有所贡献。因此,对WPHF-CA复合物进行透析以减少未结合CA的干扰,从而更恰当地评估复合物的抗氧化活性。
本研究旨在在pH 2.0和7.0条件下以不同浓度比例形成WPHF-CA复合物,阐明CA对WPHF结构和抗氧化活性的影响及其相互作用机制。具体而言,选择pH 2.0是因为它是WPHF制备的关键条件,而选择pH 7.0是为了评估复合物在常见食品加工条件下的相互作用和性能。采用多光谱和理化方法对复合物的形成机制进行表征。此外,采用抗氧化活性和HepG2细胞模型的体外分析研究了透析后WPHF-CA复合物的抗氧化活性,证实CA具有有益效果。为验证抗氧化机制,进一步通过RT-qPCR检测mRNA表达。本研究将为扩展WPHF在功能植物蛋白产品中的应用提供基础见解。

章节摘要

材料

核桃(Juglans regia L.)购自中国新疆。绿原酸(CA,CAS 327-97-9)和2,2'-偶氮二(2-甲基丙酰胺)二盐酸盐(AAPH)购自源叶生物科技股份有限公司(中国上海)。MTT、DCFH-DA和磷酸盐缓冲液(PBS)购自浙江百迪生物技术有限公司(中国)。HepG2细胞和高糖DMEM完全培养基购自武汉普赛生物科技有限公司(中国)。0.25%胰蛋白酶-EDTA

多酚结合量

与WPHF结合的多酚数量是衡量其结合亲和力的直接指标。如图1A所示,在pH 2.0和7.0条件下,多酚结合量随CA/WPHF浓度比的升高显著增加(P < 0.05),表明CA与WPHF之间存在浓度依赖性结合机制。这是由于酚羟基与蛋白氨基酸残基通过非共价

结论

本研究证明,pH调控的CA复合有效改善了WPHF的结构和抗氧化特性。与酸性条件相比,pH 7.0促进了更高的CA结合能力,并伴随二级结构重排和纤维形态的部分重塑,同时纤维主体结构基本得以保留。这些结构和结合差异与增强的抗氧化性能相关,特别是在该复合物

作者贡献声明(CRediT)

龙俊阳:数据管理。崔保凯:软件、调查研究。金锋:验证、形式分析。王峰军:写作—审阅与编辑、验证、监督、资金获取。李长柱:调查研究。陈景珍:软件。原江娟:软件、形式分析。李畅:写作—初稿、方法学、调查研究、形式分析、数据管理、概念构思

数据可用性

当前研究的数据可向通讯作者合理请求获取。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究由中央高校基础研究基金(项目编号:QNTD202509)和国家林业局木本油料资源高效利用重点实验室开放基金(项目编号:SKLHNLKY202502)资助。
李畅|原江娟|龙俊阳|金锋|崔保凯|陈景珍|李长柱|王峰军
国家林业局森林资源高效生产重点实验室、北京林业加工与安全重点实验室、北京林业大学生物科学与技术学院,北京,100083,中国
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