《Food Chemistry》：Binding characteristics and mechanisms underlying the enhanced stability of anthocyanins by proteins screened with molecular docking
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花青素与四种蛋白的相互作用机制及稳定性研究，通过分子对接筛选出BSA、Zein、PPI和WP，结合多光谱分析发现BSA和Zein在pH4.0-6.0时显著提升花青素热稳定性，且Zein复合物具有更明显的结构响应。
作者：田启林、田金龙、李志英、罗德里戈·昆塔纳、杨宝茹、王亮、何颖、李斌
沈阳农业大学食品科学学院，中国辽宁省沈阳市110866
摘要
花青素是一种有价值的天然色素，但由于其在复杂食品基质中的易降解性，其实际应用受到限制。为了提高加工稳定性，本研究结合了基于对接引导的蛋白质筛选和实验验证方法。根据低结合能筛选出四种传统蛋白质。与这些蛋白质（尤其是BSA和Zein）的复合作用增强了花青素的热稳定性，从而显著提高了其保留率。多光谱分析显示，不同蛋白质之间的结合机制和构象响应存在显著差异。在pH 4.0–6.0范围内，BSA和Zein对花青素的稳定作用优于PPI和WP，且结合过程会导致蛋白质二级结构的局部重排，其中Zein-花青素复合物的光谱变化更为明显。这些发现有助于将蛋白质的结构特征与花青素的稳定性联系起来，并为在微酸性食品系统中选择合适的蛋白质载体提供了依据。
引言
花青素是一种具有抗氧化、降血糖和抗肥胖活性的酚类次级代谢产物（Li等人，2024；Tian等人，2019）。长期摄入富含花青素的浆果已被证明对人体有益，尤其是对肠道健康（Li等人，2019；Zhang, Yu等人，2024）。然而，花青素在加热、光照、氧气和金属离子作用下的不稳定性限制了其在保健品、化妆品和药品中的应用（Enaru等人，2021）。在pH 4.0–6.0范围内，花青素存在四种形式：黄酮离子、无水醌碱、无色醇碱和淡黄色查尔酮（Casta?eda-Ovando等人，2009）。在食品加工过程中保持适当的pH值对于保持富含花青素产品的颜色至关重要。
作为两亲性大分子，蛋白质因其良好的技术功能特性和生物相容性而被广泛用作生物活性化合物的载体（Cui等人，2023）。花青素可以通过非共价相互作用与多种蛋白质结合，从而在光照或高温等恶劣环境中增强其稳定性，并保持其生物活性及营养和功能特性（Tang等人，2024；Zhang, Zhang等人，2024）。据报道，乳清蛋白分离剂可以增强花青素在加工过程中的稳定性和抗氧化活性（Zang等人，2021）。
分子对接技术广泛应用于药物开发、化合物优化和生物合成中。该技术可以在分子水平上预测小分子配体与大分子受体的结合位点和亲和力（Saikia & Bordoloi，2019）。鉴于其在研究受体蛋白与配体相互作用方面的潜力，Xin等人（2024）利用分子对接技术研究了蛋白质-花青素系统的结合位点和相互作用机制。然而，对接结果仅提供了简化的静态结合倾向估计，仍需通过实验验证来评估花青素在复杂系统中的实际稳定性。
由于花青素结构类型复杂，其在不同加工条件下的降解程度差异显著，且各种蛋白质对花青素的保护效果也不尽相同。在特定应用场景中，难以确定哪种蛋白质作为载体最为合适。在中性条件下，牛血清白蛋白（BSA）和Haskap浆果花青素的混合物在高温下容易发生絮凝沉淀，从而影响花青素的光学颜色稳定性（Wang, Li, Qiu等人，2025）。这表明蛋白质作为稳定载体的应用具有情境依赖性。仅凭经验选择蛋白质载体不足以应对食品加工中遇到的复杂多变条件。
因此，本研究采用了“分子对接筛选和多尺度验证”的综合策略。首先在分子水平上比较了花青素与不同蛋白质的结合能，选出了四种具有高结合潜力的代表性蛋白质：牛血清白蛋白（BSA）、Zein、花生蛋白分离物（PPI）和乳清蛋白（WP）。系统评估了BSA/Zein/PPI/WP对花青素的结合构象和稳定能力。本研究为在不同加工条件下选择蛋白质提供了更明确的基础，并为提高花青素在食品系统中的应用稳定性提供了研究框架。
材料
“Lanmei 1”花青素（纯度≥40%）由浙江兰美科技有限公司提供；牛血清白蛋白（BSA，纯度>96%）、Zein（纯度>92%）、花生蛋白分离物（PPI，BR级）和乳清蛋白（WP，纯度>80%）购自上海源业生物技术有限公司。其余化学试剂均为分析纯级别，购自上海新华制药试剂有限公司。所有实验均使用超纯水制备。
分子对接
“Lanmei 1”中的花青素成分包括：Malvidin-3-O-半乳糖苷（M3Ga）、Malvidin-3-O-阿拉伯糖苷（M3A）、Delphinidin-3-O-半乳糖苷（D3Ga）、Malvidin-3-O-葡萄糖苷（M3G）、Petunidin-3-O-半乳糖苷（P3Ga）、Delphinidin-3-O-阿拉伯糖苷（P3A）、Petunidin-3-O-葡萄糖苷（P3G）、Delphinidin-3-O-葡萄糖苷（D3G）、Cyanidin-3-O-半乳糖苷（C3Ga）、Cyanidin-3-O-阿拉伯糖苷（C3A）、Peonidin-3-O-半乳糖苷（Po3Ga）等。
讨论
本研究以分子对接为起点，将蛋白质-花青素相互作用的研究从纯粹的经验选择转向了更为系统的预筛选策略。结合能用于比较和排名不同蛋白质与花青素的结合倾向，并作为结合强度的定性指标。对接结果显示出蛋白质之间的明显差异，表明疏水腔结构和芳香残基在其中起着重要作用。
结论
本研究采用“分子对接筛选与多尺度实验验证”相结合的方法，研究了“Lanmei 1”中的花青素与BSA、Zein、PPI和WP在微酸性条件（pH 4.0–6.0）下的相互作用模式和稳定性差异。结果表明，不同蛋白质-花青素系统之间的结合能和构象响应存在显著差异，其中疏水腔结构和芳香残基起着关键作用。
作者贡献声明
田启林：撰写初稿、软件开发、方法学设计、数据分析、概念构建。
田金龙：撰写初稿、数据分析。
李志英：撰写初稿、方法学设计。
罗德里戈·昆塔纳：方法学设计。
杨宝茹：数据管理。
王亮：资源获取、数据分析。
何颖：结果验证、资源协调。
李斌：撰写修订稿、项目监督、资金申请。
未引用参考文献
Alappat和Alappat，2020
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2024YFD1600604）的支持。
