冷等离子体调控大米内源阿魏酸抑制脂肪酶活性的结构动力学机制及储藏稳定性研究

《Food Chemistry: X》：Revealing the inhibitory mechanism of ferulic acid on rice lipase via structural and kinetic analyses under cold plasma treatment during storage

本研究针对大米储藏过程中脂肪水解导致的品质劣变问题，通过冷等离子体（CP）处理调控内源阿魏酸（FA）含量，结合酶动力学、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和分子对接技术，揭示FA通过混合型抑制机制（Vmax↓、Km↑）与脂肪酶活性中心结合，CP诱导的酶构象变化（α-螺旋↓2.1%，无规卷曲↑12.7%）进一步强化FA抑制作用，为谷物绿色储藏提供新策略。

　　

大米作为全球半数人口的主粮，其储藏期间的品质保持直接关系到粮食安全与资源利用。然而，大米中内源脂肪酶催化的脂质水解反应会导致游离脂肪酸（FFA）积累，引发哈败、风味劣变和营养价值下降，成为储粮行业的共性难题。传统储藏技术如低温、真空包装等存在能耗高、化学残留等局限，而冷等离子体（CP）作为一种非热加工技术，因其对生物大分子的调控潜力近年来备受关注。

南京财经大学食品科学与工程学院的研究团队在《Food Chemistry: X》发表论文，首次从阿魏酸（FA）介导的抑制效应与CP诱导的酶构象变化双视角，系统揭示CP处理提升大米脂质稳定性的分子机制。研究发现，CP处理60天后使大米FA含量提升15.8%，同时脂肪酶活性降低22.4%，FFA值下降约25%。通过FT-IR分析发现，CP处理使脂肪酶二级结构中α-螺旋和β-折叠分别减少2.1%和5.7%，无规卷曲比例增加12.7%，表明酶分子柔性增强。分子对接显示FA通过疏水作用和氢键嵌入脂肪酶活性中心的疏水口袋，阻碍底物接近。酶动力学实验进一步证实FA通过混合型抑制机制（V_max下降、K_m上升）可逆地抑制酶活性。

研究团队通过脂肪酸值滴定、酚酸提取与高效液相色谱（HPLC）分析、脂肪酶活性检测、蛋白纯化及氨基酸分析、FT-IR光谱、酶动力学拟合和分子对接等多技术联用，构建了从宏观指标到分子互作的证据链。其中CP处理采用BK-130装置（60 kV, 600 s），酶动力学实验通过Lineweaver-Burk双倒数作图判定抑制类型，分子对接以AutoDock 4.2.6模拟FA-脂肪酶结合模式。

3.1. CP对脂肪酶活性、FFA及酚酸的影响

储藏60天内，CP处理组脂肪酶活性和FFA积累量均显著低于对照组（P< 0.05），且总酚酸含量始终更高。FA作为主要酚酸，在CP处理组达到62.23 μg/g，较对照组（50.66 μg/g）显著增加，与脂肪酶活性呈负相关（r = -0.94）。

3.2. CP对脂肪酶二级结构的影响

FT-IR分析显示CP处理立即引起脂肪酶构象变化：α-螺旋和β-折叠减少，无规卷曲增加12.7%。储藏30天后部分结构恢复，60天后与对照组无显著差异，表明CP诱导的构象扰动为暂时性，但可能增强FA结合效率。

3.3. 氨基酸组成变化

CP处理组脂肪酶的总氨基酸含量增加12.7%，疏水残基（Val、Leu、Phe）和极性残基（Ser、Thr）暴露，与无规卷曲增加趋势一致，进一步验证蛋白结构松散化。

3.4. FA抑制动力学验证

体外实验显示FA在0.6 mg/mL时抑制率达75%，体内浸泡实验证实FA可有效抑制水分活化的脂肪酶。Lineweaver-Burk分析表明低浓度FA为竞争性抑制（K_i≈0.28 mg/mL），高浓度转为混合型抑制。

3.5. 分子对接揭示结合机制

FA通过氢键（与Met1，2.4 ?）和疏水作用（与Trp29、Phe33等）结合于脂肪酶活性口袋入口，空间位阻效应阻遏底物接近。

3.6. CP与FA的协同机制

CP通过活性氧/氮物种（RONS）应激信号上调酚酸代谢，增加FA积累；同时轻微氧化修饰脂肪酶，优化其与FA的拓扑匹配性，双路径协同增强抑制效果。

该研究阐明了CP通过调控内源FA与脂肪酶构象的协同抑酶机制，为非热技术应用于谷物储藏提供了理论依据。CP处理不仅提升FA含量，更通过微调酶结构增强抑制剂结合效率，这种“量-质双增”策略为绿色储粮技术开发开辟了新方向。