《Food Chemistry》：Molecular mechanisms of myofibrillar protein-aldehydes interactions: Carbon chain length-dependent binding site recognition and non-covalent interaction network regulation
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肌原纤维蛋白（MP）与醛类化合物的相互作用机制及碳链长度影响研究。采用多种分析技术证实MP对醛的结合亲和力随碳链增长而增强，主要依赖疏水作用诱导MP空间构象改变及结构有序性降低，形成非共价复合物。该发现为肉制品风味调控提供理论依据。
曹鸿伟|徐阳|董启山|曹金轩|孙阳颖|何军
宁波大学食品科学与工程学院，中国宁波315832
摘要
本研究利用多种分析技术系统地探讨了醛类物质与肌原纤维蛋白（MP）相互作用的潜在机制。研究发现，MP对醛类的结合亲和力与其碳链长度呈正相关，表明分子结构在它们之间的相互作用中起着重要作用。多光谱分析显示，醛类的加入诱导了MP的空间构象变化并降低了其结构有序性。此外，原子力显微镜观察表明，醛类与MP通过非共价相互作用在局部聚集形成复合物。进一步的热力学分析、关键化学键的验证以及分子对接实验阐明了碳链长度和非共价相互作用对结合强度的影响。结果证实，疏水相互作用主导了这些非共价相互作用，且随着碳链长度的增加，这种影响更为显著。本研究为控制肉制品的风味特征提供了宝贵的见解。
引言
风味被认为是食品的本质，在现代美食学中占据核心地位。消费者的偏好主要由食品的风味特征决定（Li等人，2024；Shen等人，2019）。食品风味与食品基质中挥发性物质的生成和释放有关（Sun等人，2023；Wei等人，2024）。肌原纤维蛋白（MP）作为肉制品中的主要蛋白质（占50％–55％），最近被发现通过调节挥发性风味物质的吸附和释放对香气有显著影响（Shen等人，2019；Sun等人，2024；Yu等人，2024）。此外，MP与风味物质的相互作用调节了风味化合物的释放和保留，从而影响了整体风味体验。通常，MP与风味物质的结合程度受多种因素影响，包括温度、pH值、离子强度（Han等人，2021；Ren等人，2024）以及结合方式（共价和非共价）（Sun等人，2024；Xiong等人，2025；Yu等人，2024），这些因素可能单独或协同发挥作用。这个从环境条件到分子机制的级联调控网络共同控制着食品系统中风味释放的复杂动力学（Chen等人，2024；Guo等人，2024；Shen等人，2019）。此外，MP与不同风味化合物的结合亲和力各不相同，这种差异与化合物的结构特性和反应性密切相关（Li等人，2024；Sun等人，2023）。因此，全面理解这些相互作用机制对于开发有效的风味调控策略、改善富含蛋白质的食品的感官属性至关重要。
醛类被认为是肉制品中的关键风味化合物，它们由于具有较低的感官阈值而赋予食品多种风味（Jia等人，2024）。这些挥发性化合物的感官特性由其分子结构决定；例如，己醛产生草本和脂肪香气，辛醛具有柑橘香味，壬醛则表现出果香和坚果味（Han等人，2021；Ren等人，2024；Yang等人，2021）。短链醛类（如己醛）通常具有更高的挥发性和更刺鼻的气味。随着碳链长度的增加，分子的挥发性降低，气味趋向于更令人愉悦的基调（Zhao, Sun, Lai等人，2024；Zhao, Zhang, Chen等人，2024；Zhao, Zhang, Ma等人，2024；Wang等人，2024）。这些结构差异导致醛类与MP之间的相互作用存在显著差异，影响了肉制品中的风味形成过程，并直接调节了风味释放的动力学和整体感官感知（Shen等人，2019；Sun等人，2025）。迄今为止，研究主要集中在MP与其他挥发物（如酮类、醇类、酯类（Wei等人，2024）、呋喃类（Yu等人，2024）、吡嗪类（Chen等人，2024）以及各种香料相关化合物（Sun等人，2023）的相互作用上。为了进一步阐明风味-蛋白质相互作用的机制，一些研究采用了超声波和微波处理等结构预处理方法。这些方法旨在改变MP的空间构象，从而能够研究风味吸附能力的动态变化（Han等人，2021；Sun等人，2023）。然而，作为定义肉制品基础风味特征的“基石”（Sun等人，2024；Zhao等人，2020），醛类与MP的相互作用机制，特别是碳链长度对这些相互作用的影响，在当前研究中仍知之甚少。碳链长度在决定醛类的物理化学性质（包括挥发性、疏水性和分子构象）方面起着关键作用，所有这些因素都影响它们与MP活性位点的结合亲和力（Jia等人，2024）。然而，大多数现有研究都是单独考察个别醛类，缺乏将碳链长度与结合行为和MP结构变化相关联的系统框架。这一研究空白阻碍了对风味性能的准确预测，并限制了在肉制品和其他食品系统中开发针对性风味调控策略的发展。
本研究的主要目的是探讨醛类碳链长度对其与MP结合亲和力的影响及其对MP结构改变的潜在诱导作用。因此，我们假设醛类的碳链长度会显著影响其与MP的结合亲和力，并可能诱导MP的结构变化。在实验的初始阶段，我们通过测定实际肉样中挥发性风味化合物的总量和浓度进行了初步筛选。与其他醛类（如庚醛和癸醛）相比，己醛、辛醛和壬醛的浓度显著较高。为了验证这一假设，我们选择了己醛、辛醛和壬醛作为代表性醛类，并利用多尺度分析技术系统地研究了醛类的释放行为、蛋白质构象变化和分子相互作用。本研究的结果有望加深对醛类-MP相互作用机制的理解，并为肉制品风味的调控及食品风味研究的更广泛应用提供理论依据。
材料
猪里脊肉购自当地超市（中国宁波）。己醛（纯度≥99％）、辛醛（纯度≥99％）和壬醛（纯度≥96％）购自Aladdin生化技术有限公司（中国上海）。甲醇（HPLC级）、8-苯胺-1-萘磺酸（ANS，分析级）以及以下分析级化学品购自上海Macklin生化有限公司（中国上海）：NaCl、EDTA、Tris、KCl、MgCl?、NaH?PO?、Na?HPO?、Triton X-100。
MP与醛类的结合能力
MP具有复杂的三维结构，包含众多孔隙和表面位点，能够吸附风味物质到其表面或内部孔隙中（Zhang, Bai等人，2025；Zhang, Liu等人，2025）。使用HS-SPME-GC–MS测定了MP与这三种醛类的结合速率，结果如图1A所示。结果显示，在0.05–0.25 mM的浓度范围内，结合速率呈现浓度依赖性，最大值为0.25 mM。
结论
本研究证实，醛类的碳链长度显著影响了它们与MP的相互作用。MP对醛类的结合亲和力与其碳链长度呈正相关（壬醛 > 辛醛 > 己醛）。这些相互作用主要由疏水相互作用、氢键和范德华力主导，导致MP发生显著的结构变化，包括疏水基团的暴露、α-螺旋含量的减少等。
作者贡献声明
曹鸿伟：撰写初稿、进行正式分析、数据管理。徐阳：数据可视化、实验研究。董启山：数据可视化、数据管理。曹金轩：撰写、审稿与编辑、方法论研究、正式分析。孙阳颖：撰写、审稿与编辑、数据可视化。何军：撰写、审稿与编辑、方法论研究。
资助
本研究得到了国家自然科学基金（编号31801570）和国家重点研发计划（编号2021YFD2100103）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
