酸性环境介导的南极磷虾蛋白质淀粉样纤维与儿茶素之间的相互作用：结构调控与功能响应

《Food Hydrocolloids》：Acidic environment-mediated interactions between Antarctic krill protein amyloid fibrils and catechins: Structural modulation and functional response

南极磷虾蛋白纤维在酸性环境下与儿茶素类多酚的相互作用机制研究，发现酯化结构（如EGCG）通过氢键和π-π堆积形成更强结合，导致纤维β-折叠重构及聚集形态改变，同时复合体系可有效缓解细胞氧化应激。

　　

何雪晴|胡金辉|陈雷|黄一涵|范晨曦|林松毅|孙娜

中国大连理工大学食品科学与技术学院，国家海洋食品加工与安全控制工程技术研究中心，大连116034

摘要

蛋白质与多酚化合物之间的相互作用对于调节酸性食品基质中的结构完整性和功能行为至关重要。然而，现有研究主要集中在中性条件下的球状蛋白质上，对于酸性环境中的蛋白质-多酚相互作用了解不足。本研究采用南极磷虾蛋白淀粉样纤维（AF）作为模型系统，系统地研究了其在酸性条件下与结构不同的儿茶素（包括表儿茶素（EC）、表没食子儿茶素（EGC）、表儿茶素没食子酸酯（ECG）和表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）的相互作用。结果表明，儿茶素与AF形成了稳定的复合物，导致颗粒大小、表面电荷和微观结构形态发生了显著变化。尤其是EGCG等酯化儿茶素，其结合强度增强，并引发了比非酯化儿茶素更显著的修饰。光谱和热力学分析表明，AF与儿茶素之间的结合主要通过非共价相互作用实现，且是一个自发且放热的结合过程。这些相互作用诱导了β-折叠结构的重排，并加速了从有序纤维组装向无序聚集体的转变。在细胞水平上，AF-儿茶素复合物表现出良好的生物相容性，并有效缓解了H₂O₂引起的氧化应激。总体而言，本研究阐明了蛋白质淀粉样纤维与多酚之间的结构依赖性相互作用机制，为设计酸性功能性食品中的蛋白质-多酚复合系统提供了理论基础。

引言

食品来源的蛋白质不仅是食品系统中的重要营养成分，还因其可调节的构象特性和多尺度自组装能力，在结构构建、界面稳定性和活性化合物传递方面发挥着关键作用（Jiang等人，2024年）。特别是，蛋白质的功能行为在很大程度上取决于它们与各种功能性小分子的相互作用，因为这些相互作用决定了最终复合系统的结构特征和性能（Casanova等人，2021年）。

在能够与蛋白质相互作用的各种功能性小分子中，多酚化合物在功能性食品的设计和开发中占据重要地位，因为它们具有显著的抗炎、抗氧化和多种生物活性（Ma等人，2025年）。随着消费者对功能性食品需求的持续增长，蛋白质-多酚相互作用已成为食品科学研究的长期关注点。在实际的食品基质中——尤其是水果和蔬菜饮料以及发酵乳制品等酸性系统中——多酚经常与蛋白质共存，共价交联和非共价相互作用直接影响系统的稳定性、感官属性和功能性能（Yan等人，2025年）。因此，阐明酸性条件下蛋白质-多酚相互作用机制是精确调控和合理设计酸性功能性食品的关键前提。

然而，大多数关于蛋白质-多酚相互作用的研究集中在中性或生理pH条件下的球状蛋白质上，在这些条件下蛋白质结构相对稳定，相互作用主要由非共价力控制（Kim等人，2024年）。相比之下，暴露在酸性环境中的蛋白质通常会发生显著的构象重排，伴随表面电荷分布和聚集行为的显著变化（Devnani等人，2021年；Huang等人，2024年）。酸诱导的结构转变可能会深刻改变多酚的结合模式和相互作用强度，从而为功能性调节带来新的机会和挑战。因此，在中性条件下建立的相互作用机制可能不直接适用于酸性系统，这突显了系统研究酸性环境下蛋白质-多酚相互作用的必要性。

近年来，对蛋白质自组装行为的深入了解表明，多种食品来源的蛋白质能够在受控的酸性和热条件下形成淀粉样纤维（Meng等人，2022年）。这种自组装的淀粉样纤维通常被认为是安全且无毒的，并具有明确的结构特征（Xu等人，2023年）。它们高度有序的β-折叠结构和空间拉链状结构赋予了纤维在恶劣条件（包括酸性环境）下保持结构完整性的能力。此外，它们的线性纳米纤维形态提供了连续稳定的结合界面，有助于小分子沿纤维轴的吸附和有序排列。此外，纤维化过程暴露出丰富的功能基团，为小分子提供了更多的相互作用位点（Cao & Mezzenga，2019年；Xu等人，2023年）。综上所述，这些特性使得食品来源的蛋白质淀粉样纤维成为研究酸性条件下蛋白质-多酚相互作用的理想系统，并有助于更深入地了解其相互作用机制。

选择合适的多酚分子对于阐明蛋白质-多酚相互作用的基本机制至关重要。在多酚化合物中，儿茶素类多酚被广泛用作模型分子，以阐明控制蛋白质-多酚相互作用的结构-功能关系，因为它们的羟基数量、酯化模式和芳香环构型存在系统性差异（Han等人，2023年）。代表性的儿茶素包括非酯化形式如EC和EGC，以及酯化衍生物如ECG和EGCG，其分子结构如图1所示。这四种多酚都属于黄烷-3-醇家族，具有相似的黄酮骨架。它们之间的主要结构差异在于B环上的羟基数量和是否存在没食子酰基。与EC相比，EGC在B环上多了一个羟基，而ECG和EGCG分别是EC和EGC的没食子酸酯（Ma等人，2025年；Ma等人，2025年）。这些结构差异显著影响了与蛋白质基质的氢键结合能力、疏水相互作用强度和π–π堆叠潜力（Yuan等人，2025年；Kim等人，2024年），使儿茶素成为探索淀粉样纤维与多酚相互作用特性和结构响应行为的理想模型分子。

因此，在本研究中，使用了先前构建并特征明确的南极磷虾蛋白淀粉样纤维（AF），其具有典型的β-折叠结构和纤维形态作为研究对象（He等人，2025年），并选择了结构差异明显的儿茶素作为模型配体，系统地研究其在酸性条件下的相互作用行为。通过比较非酯化和酯化儿茶素与纤维的结合行为，我们系统地评估了这些相互作用对结构特性和复合体功能的影响。本研究阐明了多酚与食品来源蛋白质淀粉样纤维之间的相互作用机制，从而为设计酸性功能性食品系统中的蛋白质-多酚复合结构奠定了概念基础。

材料

南极磷虾肉购自辽宁辽鱼集团有限公司（中国大连）。儿茶素（EC、ECG、EGC和EGCG）购自上海阿拉丁生化科技有限公司。Caco-2细胞、胎牛血清、含有非必需氨基酸的最小必需培养基（MEM）、胰蛋白酶和青霉素-链霉素购自武汉普赛尔生命科技有限公司。MTT检测试剂盒由上海贝泰姆生物科技有限公司提供。

颗粒大小和ζ电位分析

为了研究不同儿茶素对系统稳定性的影响，将EC、ECG、EGC和EGCG以0至400 μM/g蛋白质的浓度添加到AF溶液中，并连续监测其颗粒大小和ζ电位。

多酚的加入在不同程度上影响了纤维的颗粒大小和ζ电位（图2A–D）。与纤维溶液（184.87 ± 1.48 nm，P < 0.05）相比，多酚的加入导致颗粒大小显著减小，表明

结论

本研究系统地阐明了AF与结构不同的儿茶素在酸性条件下的相互作用行为。结果表明，儿茶素之间的结构差异显著影响了它们的结合模式和对AF的调控效果，其中酯化儿茶素，特别是EGCG，表现出更强的结合亲和力和更明显的结构调节能力。多光谱分析表明，儿茶素主要与AF形成了稳定的复合物

CRediT作者贡献声明

孙娜：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法学，资金获取，概念化。林松毅：研究。范晨曦：研究。黄一涵：研究。陈雷：方法学，研究。胡金辉：方法学，研究，概念化。何雪晴：撰写 – 原稿，方法学，数据管理，概念化

利益冲突声明

作者声明与本工作无利益冲突。

数据可用性

数据将按需提供。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号：32372323）的财政支持。