《Food Chemistry: X》：Interaction differences between selected sweet-fragrant aroma compounds and different salivary proteins: Effects of molecular structure
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甜味是人类最基本的口感之一，在食品品质调控中发挥关键作用（Ghosh等，2026）。糖是甜味感知最直接的来源，但近年来过量糖摄入引发诸多健康问题。在保持甜味强度的同时减少糖摄入已成为备受关注的课题。已有研究表明，某些香气化合物，尤其是具有甜香特征的香气化合物，
甜味是人类最基本的口感之一，在食品品质调控中发挥关键作用（Ghosh等，2026）。糖是甜味感知最直接的来源，但近年来过量糖摄入引发诸多健康问题。在保持甜味强度的同时减少糖摄入已成为备受关注的课题。已有研究表明，某些香气化合物，尤其是具有甜香特征的香气化合物，能够增强甜味感知，因此可能有助于减糖策略的实施（Barba等，2018；Guichard等，2020；Tan和Pang，2025）。甜味的感知源于甜味化合物与口腔中甜味受体的相互作用，继而产生动作电位、释放神经递质，将甜味信号传递至眶额皮质，最终在大脑中产生甜味感知（L. Yang等，2021）。过去通常认为只有甜味剂才能与甜味受体结合产生甜味感知，但近年研究发现，这些能增强甜味的甜香型香气化合物也能与甜味受体结合而产生甜味感知信号（Cao等，2026；Zhong等，2025），表明这些甜香型香气化合物同样是重要的甜味刺激物，为理解甜香型香气化合物的增甜机制提供了新见解，并极大推动了其在减糖中的应用。然而，在实际口腔环境中，甜香型香气化合物不可避免地溶解于唾液中，随后迁移至味觉受体并结合。唾液蛋白如何与甜香型香气化合物发生差异性相互作用并由此潜在调控其口腔可利用性，仍知之甚少。已有研究报道，味觉感知并不完全对应于食品本身特性，而是对应于食物-唾液混合物（Munoz-Gonzalez等，2018）。特别是唾液中某些蛋白质，如黏蛋白（mucin）、淀粉酶（amylase）、乳铁蛋白（lactoferrin）和白蛋白（albumin），能与风味物质相互作用而决定感知到的味道。作为唾液中含量丰富的蛋白质，黏蛋白是一种大型糖缀合物，其肽骨架富含脯氨酸、苏氨酸和丝氨酸重复序列，并含有亲水和糖基化区域。糖基化的高度亲水结构域与“裸露”的富含胱氨酸且更疏水的结构域相互间隔，后者折叠成由多个内部二硫键稳定的球状结构（Xi等，2024）。由于结构中存在多种官能团，黏蛋白能与亲水性或疏水性香气化合物建立多种相互作用。苯甲酸乙酯是白酒蜂蜜香的主要贡献者。在白酒饮用过程中，唾液中的黏蛋白通过氢键与苯甲酸乙酯结合，抑制其向口腔释放（Jia等，2022）。另一项研究发现，进食后许多香气化合物残留在口腔中，导致持续的香气感知；口腔唾液中黏蛋白对香气化合物的吸附与结合是香气持久性的重要基础（Munoz-Gonzalez等，2022）。α-淀粉酶是唾液中的另一类重要蛋白质，尽管其不似黏蛋白具有丰富的糖基化区域，但仍有大量可结合小分子的位点（Zhang, Chen, & Chen, 2022）。在葡萄酒中，多酚化合物与香气化合物自发相互作用形成稳定复合物，增强香气化合物在酒中的保留；但在口腔摄入过程中，唾液α-淀粉酶与多酚化合物的竞争性相互作用促进了香气化合物从酒中释放，使其得以被感知（Pittari等，2021）。在某些情况下，唾液α-淀粉酶的存在及其与香气化合物的结合也会抑制香气化合物在口腔中的释放。Ramsey等（2020）的研究发现，啤酒中的己酸乙酯和芳樟醇等香气化合物因与α-淀粉酶结合而表现出降低的释放速率，从而减弱了啤酒中果香的感知。已有研究表明，单一唾液蛋白（尤其是黏蛋白和α-淀粉酶）能与香气化合物相互作用并影响其在口腔中的保留或释放。然而，结构不同的唾液蛋白是否对甜香型香气化合物表现出选择性相互作用模式，以及蛋白质与香气化合物的结构特征如何共同导致这些差异，仍不清楚。研究人员因此假设：甜香型香气化合物与唾液蛋白之间的相互作用是选择性的，且由香气化合物和蛋白质的结构特征共同控制，从而导致香气保留和构象响应方面存在蛋白依赖性差异。为填补上述研究空白并验证上述假设，本研究选取黏蛋白、α-淀粉酶和乳铁蛋白作为三种相对丰富且结构与理化性质差异显著的唾液蛋白：黏蛋白是高度糖基化的大分子，α-淀粉酶是球状酶，乳铁蛋白是带正电荷的铁结合糖蛋白。选取这三种蛋白是为了代表结构不同的唾液蛋白模型而非完整的唾液蛋白质组，因此未纳入其他唾液蛋白。此外，选取了10种结构多样且已有报道与甜味增强相关的代表性甜香型香气化合物（5-甲基糠醛、3-甲基-1,2-环戊二酮、麦芽酚、2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮（DDMP）、呋喃酮、3-甲基-2-环戊烯-1-酮、香兰素、乙酸异戊酯、γ-癸内酯和肉桂酸乙酯），探讨其与唾液蛋白的结构依赖性相互作用。本研究采用气相色谱-质谱联用（gas chromatography–mass spectrometry, GC–MS）测定唾液蛋白对甜香型香气化合物的结合能力，并利用紫外光谱和荧光光谱等光谱方法以及计算机模拟技术分析其结合模式。本研究结果不仅系统揭示了甜香型香气化合物与不同唾液蛋白之间结合相互作用的差异，还为甜香型香气化合物在口腔中产生甜味感知的生理过程提供了新见解，将有助于甜香型香气化合物在未来食品增甜减糖中的应用。
论文解读：甜香型香气化合物与唾液蛋白相互作用的结构依赖性差异
**一、研究背景与问题**
甜味是人类最基本的味觉感知之一，对食品品质调控至关重要。糖是甜味最直接的来源，但过量糖摄入引发的健康问题日益受到关注。在保持甜味强度的同时减少糖摄入已成为食品科学领域的重要课题。已有研究表明，某些具有甜香特征的香气化合物能够增强甜味感知，从而可能有助于减糖策略的实施。甜味感知源于甜味化合物与口腔中甜味受体的相互作用，进而通过一系列神经传导在大脑中产生甜味感知。过去普遍认为只有甜味剂才能与甜味受体结合产生甜味感知，但近期研究发现甜香型香气化合物也能与甜味受体结合而产生甜味感知信号，这表明此类化合物也是重要的甜味刺激物。
在实际口腔环境中，甜香型香气化合物不可避免地溶解于唾液中，随后迁移至味觉受体。已有研究表明，味觉感知对应于食物-唾液混合物而非食品本身特性，唾液中的蛋白质（如黏蛋白、α-淀粉酶、乳铁蛋白和白蛋白）能与风味物质相互作用而决定感知到的味道。黏蛋白是高度糖基化的大分子糖缀合物，可通过氢键与香气化合物结合而抑制其释放；α-淀粉酶与香气化合物的结合可降低香气化合物释放速率；乳铁蛋白是带正电荷的铁结合糖蛋白。然而，结构不同的唾液蛋白是否对甜香型香气化合物表现出选择性相互作用模式，以及蛋白质与香气化合物的结构特征如何共同导致这些差异，仍不清楚。因此，研究人员假设甜香型香气化合物与唾液蛋白之间的相互作用是选择性的，且由香气化合物和蛋白质的结构特征共同控制，导致香气保留和构象响应方面存在蛋白依赖性差异。
**二、研究目的与内容**
为验证上述假设，本研究选取黏蛋白、α-淀粉酶和乳铁蛋白作为三种结构差异显著的唾液蛋白模型，选取了10种结构多样的代表性甜香型香气化合物（5-甲基糠醛、3-甲基-1,2-环戊二酮、麦芽酚、2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮（DDMP）、呋喃酮、3-甲基-2-环戊烯-1-酮、香兰素、乙酸异戊酯、γ-癸内酯和肉桂酸乙酯），系统探讨甜香型香气化合物与不同唾液蛋白的结合相互作用差异及其分子机制。研究采用气相色谱-质谱联用（GC–MS）测定结合能力，结合紫外光谱、荧光光谱、同步荧光光谱、表面疏水性、Zeta电位与粒径分析、圆二色光谱以及分子对接和分子动力学模拟等技术手段。
**三、关键技术方法**
研究人员选用商业购买的猪胃黏蛋白、α-淀粉酶和乳铁蛋白作为唾液蛋白模型，配制0.01 M磷酸盐缓冲液（pH 7.0）溶解蛋白至2 mg/mL，以甲醇配制10 mM香气化合物储备液。利用顶空GC–MS比较含蛋白与不含蛋白样品中香气化合物的峰面积差计算结合保留率。光谱分析采用紫外-可见分光光度计（200–400 nm）、荧光分光光度计（激发波长280 nm，发射波长300–500 nm）及同步荧光（Δλ=15和60 nm）。表面疏水性采用8-苯胺基-1-萘磺酸（ANS）探针法测定。Zeta电位与粒径使用Zetasizer Ultra Red Label测定。圆二色光谱在190–260 nm范围内记录并计算二级结构组成。分子对接使用AutoDock 1.5.7软件，以PDB ID 8OER（黏蛋白）、1SMD（α-淀粉酶）和1N76（乳铁蛋白）为结构模板；分子动力学模拟使用GROMACS 2022，总时长100 ns。统计采用单因素和双因素方差分析，p<0.05为显著差异。
**四、研究结果**
**1. 唾液蛋白与甜香型香气化合物的结合行为**
GC–MS结果表明，三种唾液蛋白对10种香气化合物均表现出一定结合能力。黏蛋白的表观保留率（8.0%–23.7%）略高于α-淀粉酶（7.1%–17.6%）和乳铁蛋白（4.4%–16.2%）。肉桂酸乙酯和香兰素在三种蛋白中均表现出较高保留率，而3-甲基-2-环戊烯-1-酮、乙酸异戊酯和γ-癸内酯的保留率较低。含苯环的香气化合物可能通过π–π堆积和疏水作用与蛋白结合，含羰基和羟基的杂环化合物则可能通过形成氢键而增强结合。
**2. 紫外光谱分析**
唾液蛋白在250–300 nm处有特征吸收带：黏蛋白最大吸收约260 nm，α-淀粉酶和乳铁蛋白约280 nm。随着香气化合物浓度增加，7种化合物显著增强蛋白的紫外吸收峰强度，其中肉桂酸乙酯诱导的光谱变化最为显著。5-甲基糠醛、麦芽酚、呋喃酮、香兰素和肉桂酸乙酯诱导黏蛋白紫外光谱红移，而仅5-甲基糠醛和呋喃酮引起α-淀粉酶和乳铁蛋白的红移。
**3. 荧光光谱分析**
三种蛋白的固有荧光强度存在差异：乳铁蛋白（1040）略高于α-淀粉酶（1000），远高于黏蛋白（40）。除3-甲基-2-环戊烯-1-酮、乙酸异戊酯和γ-癸内酯外，其余化合物均诱导蛋白荧光强度浓度依赖性降低，其中肉桂酸乙酯的猝灭作用最显著。香兰素导致黏蛋白荧光强度急剧增加，并引起三种蛋白固有荧光光谱显著蓝移。同步荧光结果表明，香兰素选择性调节α-淀粉酶中酪氨酸残基而非色氨酸残基的微环境。
**4. 表面疏水性分析**
乳铁蛋白的表面疏水性显著高于α-淀粉酶和黏蛋白，黏蛋白最低。添加香气化合物后，蛋白表面疏水性总体下降。呋喃酮引起三种蛋白表面疏水性显著降低；香兰素显著降低α-淀粉酶和乳铁蛋白的表面疏水性，但对黏蛋白影响甚微；肉桂酸乙酯对黏蛋白和α-淀粉酶的表面疏水性影响较小。
**5. Zeta电位与粒径分析**
三种蛋白的初始Zeta电位差异显著：黏蛋白最高（负电性最强），α-淀粉酶次之，乳铁蛋白仅呈微弱负电位。香气化合物的添加对黏蛋白的Zeta电位无明显影响，但显著改变α-淀粉酶和乳铁蛋白的Zeta电位。初始粒径顺序为：黏蛋白（约2500 nm）>α-淀粉酶（约160 nm）>乳铁蛋白（<60 nm）。γ-癸内酯和肉桂酸乙酯显著减小黏蛋白粒径，而三种酯类化合物（乙酸异戊酯、γ-癸内酯和肉桂酸乙酯）均显著增大α-淀粉酶和乳铁蛋白的粒径，尤其是乳铁蛋白。
**6. 二级结构分析**
三种蛋白的二级结构以β-折叠和无规卷曲为主。α-淀粉酶具有最低的α-螺旋含量（10.06%）和最高的β-折叠含量（29.32%），乳铁蛋白具有最高的α-螺旋含量（17.77%）和最低的β-折叠含量（24.09%）。添加甜香型香气化合物后，黏蛋白和α-淀粉酶的α-螺旋比例下降、β-折叠比例增加，而乳铁蛋白表现为α-螺旋比例增加、β-折叠比例下降。肉桂酸乙酯诱导三种蛋白二级结构发生显著变化。香兰素对黏蛋白的作用方向与其他化合物相反：使黏蛋白α-螺旋比例增加、β-折叠比例降低。
**7. 分子对接分析**
分子对接预测黏蛋白与香气化合物间形成33个氢键和21个疏水相互作用，α-淀粉酶形成18个氢键和20个疏水相互作用，乳铁蛋白形成35个氢键和20个疏水相互作用。精氨酸在三种蛋白的预测相互作用残基中反复出现。肉桂酸乙酯和香兰素在三种蛋白中均呈现最有利的对接能量，而3-甲基-2-环戊烯-1-酮和乙酸异戊酯的对接能量较不利，与GC–MS结果定性一致。三种酯类化合物与乳铁蛋白形成盐桥相互作用，这可能与其显著增大乳铁蛋白粒径的观察结果一致。香兰素是唯一与三种蛋白均未形成疏水相互作用的化合物，且其与黏蛋白主要通过丝氨酸和苏氨酸残基结合，与α-淀粉酶主要通过精氨酸残基结合。
**8. 分子动力学模拟分析**
100 ns分子动力学模拟中，α-淀粉酶体系RMSD波动较小（0.1–0.2 nm）。黏蛋白与肉桂酸乙酯、呋喃酮、麦芽酚和5-甲基糠醛的复合物RMSD较低，表明结合更稳定；乙酸异戊酯和γ-癸内酯诱导的波动较大，与GC–MS结果一致。黏蛋白组的RMSF值相对较高而α-淀粉酶组较低，表明黏蛋白结构区域刚性较低而α-淀粉酶刚性较高。黏蛋白与乙酸异戊酯复合物的回旋半径显著大于其他复合物，表明结构更疏松。黏蛋白-香气复合物的溶剂可及表面积在20–100 ns期间先增后降，而α-淀粉酶和乳铁蛋白的SASA相对稳定。
**五、总结讨论与研究结论**
本研究的实验和计算结果一致表明，甜香型香气化合物与唾液蛋白的相互作用既取决于化合物类型也取决于蛋白类型。黏蛋白总体上比α-淀粉酶和乳铁蛋白表现出更强的表观保留能力，肉桂酸乙酯和香兰素在三种蛋白中均表现为相对较强的相互作用。光谱和结构分析进一步表明，这些相互作用伴随芳香族残基微环境、表面疏水性、静电性质、粒径和二级结构的蛋白依赖性变化。结合分子对接和动力学结果，疏水相互作用和氢键是蛋白-香气相互作用的主要贡献力，但其相对重要性因不同蛋白-化合物对而异。
本研究存在的局限性包括：纯化的单一唾液蛋白在静态体外条件下不能完全再现口腔环境的复杂性，唾液流速、pH和离子变化、其他唾液成分及口腔黏膜表面均可能进一步调节蛋白-香气相互作用；计算分析提供的是支持性的分子解释而非生理条件下的直接确认。
本研究通过结合气相色谱-质谱联用、多光谱技术和计算机模拟技术，系统探讨了三种主要唾液蛋白（黏蛋白、α-淀粉酶和乳铁蛋白）与十种甜香型香气化合物之间的相互作用机制。唾液蛋白对大多数甜香型香气化合物表现出一定的吸附能力，含苯环的化合物（如肉桂酸乙酯和香兰素）或含羰基/羟基的杂环化合物（如麦芽酚和呋喃酮）倾向于与三种唾液蛋白表现出更强的结合相互作用。紫外和荧光光谱分析揭示了唾液蛋白与甜香型香气化合物的相互作用诱导了蛋白芳香族氨基酸残基周围微环境的变化；肉桂酸乙酯在所有化合物中引发最显著的光谱变化，表明其与唾液蛋白的相互作用相对较强。值得注意的是，香兰素引起黏蛋白荧光的显著增强，这可能与氢键介导的构象限制和荧光行为改变有关。呋喃酮显著降低了三种唾液蛋白的表面疏水性。酯类化合物（乙酸异戊酯、γ-癸内酯和肉桂酸乙酯）显著增大了乳铁蛋白的粒径，这可能与蛋白-化合物结合及分子间相互作用促进颗粒聚集有关。与大多数甜香型香气化合物结合后，黏蛋白和α-淀粉酶的α-螺旋含量降低而β-折叠含量增加，表明疏水相互作用可能对这些相互作用有重要贡献；乳铁蛋白的二级结构呈相反趋势，表明氢键和构象柔性可能有助于其与甜香型香气化合物的相互作用。香兰素是唯一使黏蛋白α-螺旋含量增加的化合物，表明氢键主导了香兰素与黏蛋白之间的结合模式。分子对接结果为可能的结合模式提供了分子层面的见解。
总之，本研究从分子层面阐明了甜香型香气化合物和唾液蛋白的结构特征如何共同调控其相互作用行为。所揭示的结构-相互作用关系可为减糖食品开发中选择具有有利口腔相互作用特性的香气化合物提供理论基础。然而，这些香气化合物对甜味增强的潜在贡献仍需通过感官评价、口腔加工模型和味觉受体相关研究进一步验证。未来研究应使用多组分唾液蛋白体系、人工唾液模型和动态口腔加工条件，以更好地模拟口腔环境的复杂性。
