《Current Research in Food Science》：Characterization of the interaction between tartrazine and
β-lactoglobulin under different pH conditions: multispectral analysis and computer simulation
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本研究聚焦乳品工业广泛使用的偶氮染料柠檬黄（Tz）与主要乳清蛋白β-乳球蛋白（β-LG）的相互作用机制不明、且缺乏系统pH维度数据的空白。作者通过多光谱联合分子模拟，首次解析不同pH条件下Tz结合位点、能量与构象变化规律，证实酸性环境增强静电吸引而提高结合常数，为乳品加工中Tz安全剂量与释放行为提供理论依据。
想象一下，超市冷藏柜里色彩缤纷的酸奶、冰淇淋和调味乳总能瞬间抓住消费者的眼球，但很少有人知道，那份“亮黄”很可能来自一种叫柠檬黄（Tartrazine, Tz）的偶氮染料。Tz因其水溶性好、价格低廉，被大量添加至高蛋白乳品中。然而，Tz在人体内是否会与乳蛋白“纠缠”？在不同酸碱环境下，这种“纠缠”是松是紧？是否会影响蛋白结构乃至过敏原性？这些问题长期缺乏系统答案。更重要的是，β-乳球蛋白（β-Lactoglobulin, β-LG）作为乳清蛋白的“顶梁柱”，占乳清蛋白50–60%，其特有的β-桶疏水腔能装载多种小分子，但Tz究竟如何与β-LG“握手”，pH又扮演何种“开关”角色，一直未被揭示。为填补这一空白，成都大学食品与生物工程学院刘雅婷等人在《Current Research in Food Science》发表了最新研究，用计算机模拟联合多光谱技术，把Tz与β-LG的“酸碱三部曲”搬上了分子舞台。
研究首先设定三种典型pH场景：pH 2.0模拟胃酸及强酸食品环境，pH 5.2对应β-LG等电点，pH 7.4代表生理及小肠环境。作者通过分子对接发现，无论酸碱如何变化，Tz始终偏爱钻进β-LG的β-桶疏水核心，但“入住”强度随pH升高而递减：结合能量从8.77 kcal/mol（pH 2.0）降至8.43 kcal/mol（pH 7.4）。100 ns分子动力学模拟进一步显示，酸性条件下Tz让蛋白骨架RMSD和回转半径Rg显著增大，结构变得松散，提示低pH下Tz诱导更显著的构象扰动。
为验证模拟结果，团队利用稳态荧光、时间分辨荧光、同步荧光、圆二色谱（CD）及ANS探针等多光谱手段，系统捕捉Tz对β-LG的“静态猝灭”过程。荧光数据显示，Tz浓度升高，β-LG内源荧光强度线性下降，而荧光寿命几乎不变，符合静态猝灭特征；结合常数K从pH 2.0的6.669×10 L/mol逐级下滑至pH 7.4的0.956×10 L/mol，说明酸性环境让两者“抱得更紧”。热力学参数ΔG<0、ΔS>0、ΔH>0，揭示疏水作用是主导力，辅以氢键与范德华力。同步荧光显示Tz主要靠近Trp残基，导致其发射峰红移，微环境极性增加；CD谱216 nm处β- Sheet负峰强度随Tz浓度增加而削弱，再次印证二级结构被扰乱。ANS实验则发现蛋白表面疏水性随Tz剂量增加而降低，提示疏水区被掩埋，可能与复合物聚集有关。
综合结果，作者提出“pH开关”模型：强酸条件下β-LG带正电，与带负电的Tz产生额外静电吸引，结合最牢，结构扰动最大；靠近等电点时蛋白净电荷为零，氢键减少，结合减弱；生理pH下蛋白带负电，静电排斥叠加结构开放，Tz主要靠疏水力“挂靠”，结合最弱。该模型不仅解释了Tz在不同消化道区间的潜在释放行为，也为乳品配方设计提供了量化依据——若期望Tz在胃中缓释、在小肠中速释，可通过调节产品pH实现精准控制。
技术路线方面，研究采用分子对接（AutoDock Vina）+ 100 ns分子动力学模拟（YASARA, AMBER14力场）预测结合模式与稳定性；多温度稳态荧光测定结合时间分辨荧光确认静态猝灭；同步荧光（Δλ=15 nm、60 nm）与远紫外CD解析Trp/Tyr微环境与二级结构变化；ANS荧光探针定量表面疏水性；所有实验均设三次重复，数据经Student’s t-test与双因素方差分析验证。
具体研究结果如下：
3.1 计算机模拟
3.1.1 分子对接：Tz优先占据β-桶疏水腔，pH 2.0时Lys69、Asn88等提供氢键，结合能最高。
3.1.2 分子动力学：pH 2.0复合物RMSD与Rg增幅最大，总能量最高，SASA增加，提示结构松散化最明显。
3.2 荧光猝灭分析
稳态荧光显示Tz浓度依赖性猝灭，pH 2.0效应最强；时间分辨荧光证实寿命不变，判定为静态猝灭。
3.3 结合性质与热力学
修正Stern-Volmer方程给出结合位点数n≈1.30（pH 2.0），K随pH升高递减；ΔG负值且ΔS、ΔH正值，支持疏水驱动自发结合。
3.4 紫外-可见吸收
278 nm峰蓝移至258 nm，并在428 nm出现Tz特征峰，提示芳环微环境极性增加。
3.5 构象分析
同步荧光显示Trp区红移；CD谱216 nm β- Sheet信号减弱；ANS法表面疏水性下降，均在pH 2.0最显著，印证结构扰动最大。
结论与讨论部分指出，该研究首次从分子层面阐明pH如何“旋钮式”调控Tz与β-LG的互作强度与构象影响，为评估Tz在乳制品加工、贮藏及胃肠消化过程中的稳定性、释放行为和潜在过敏原性提供了关键参数。特别是在酸性乳制品及胃环境中，Tz与β-LG的强结合可能延缓染料释放，降低代谢清除率；而在中性小肠环境中，弱结合有利于Tz解离与吸收。这一发现不仅填补了偶氮染料-乳蛋白相互作用在pH维度上的数据空白，也为今后制定乳品色素使用标准、优化配方及开展安全性评价提供了可直接套用的理论框架。
