疏水性L-氨基酸的水合参数（h值）是通过粘度系数B和偏摩尔体积估算得出的。此外，黄原胶对大分子相互作用的影响较小，因此这些氨基酸在水中的行为变化不太明显

《Biophysical Chemistry》：Hydration parameters ( h values) of hydrophobic l-amino acids estimated using the viscosity B-coefficients and partial molar volumes, and the low sensitivity of macromolecular interactions of xanthan gum on the effect of these amino acids in water

　　疏水性L-氨基酸在水中的水合参数通过粘度B系数和偏摩尔体积分析，发现其水合量约为1.4 mol水/碳当量单位。研究这些氨基酸对食品大分子溶液粘度的影响，发现甘氨酸降低粘度，缬氨酸升高粘度，而黄原胶（xanthan gum）的粘度受其影响最小，证实其作为稳定增稠剂的潜力。

　　

佐藤幸則

岩手大学联合研究生院农业科学系食品材料科学与工程实验室，所属机构：弘前大学，日本青森县弘前市文京町3，邮编036-8561。

摘要

利用粘度B系数和偏摩尔体积，估算了疏水性L-氨基酸（L-丙氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸以及作为参考的甘氨酸）在水中的水合参数h值，并在25°C下通过研究大分子溶液（聚乙二醇3500、右旋糖酐T40、瓜尔胶、刺槐胶、苹果果胶、柑橘果胶、海藻酸钠和黄原胶）与L-氨基酸（L-丙氨酸、L-缬氨酸和甘氨酸）在水溶液中的相互作用来探讨食品大分子的相互作用。研究发现，疏水基团的数量越多，粘度B系数值和偏摩尔体积值越大，每碳当量水合的水分子数量约为1.4摩尔。当将疏水性L-氨基酸加入食品大分子溶液中时，表观粘度与氨基酸摩尔浓度之间的关系可以用线性回归线表示；这些回归线的斜率可能反映了大分子间的相互作用。利用这一新参数，可以比较氨基酸疏水性对大分子相互作用的贡献。甘氨酸降低了几乎所有聚电解质（如果胶和海藻酸钠）在水中的表观粘度，而L-缬氨酸则提高了其表观粘度，但对非电解质的影响不明显（瓜尔胶与甘氨酸的组合除外）。L-丙氨酸的影响则有所不同。然而，尽管黄原胶也是一种聚电解质，但这些氨基酸并未改变其在水中的粘度。因此，黄原胶大分子相互作用对这些疏水性L-氨基酸影响的低敏感性使其适合作为稳定的食品增稠剂。

引言

分子间相互作用在药物设计、植物育种、生命科学领域以及考虑食品的功能特性时非常重要[1, [2], [3], [4]]。大分子间的相互作用受到水溶液中低分子量（Mw）物质的影响[5]，从而导致粘度变化[4]。大分子溶液（例如果胶溶液）的粘度[6,7]受静电效应[8, [9], [10], [11]、氢键[6,8,9,11]和疏水相互作用[6,9,11]的影响。通过添加电解质[10]或改变pH值[7,12,13]，静电效应会调节大分子间的相互作用。共溶剂引起的氢键变化可以解释不同温度[12,13]和不同分子量（aw）下分子相互作用的变化[7,13]。糖既被视为结构形成剂[14]，也被用作抗塑剂[15]，但在烘焙产品和糖果中主要起到增塑剂和保湿剂的作用[16]。值得注意的是，水在许多食品中可作为抗塑剂，同时也是最有效的食品基质增塑剂[17]。

已经研究了糖和多元醇等共溶剂对果胶凝胶性质的影响；这些共溶剂通过改变溶剂有序性来调节大分子间的疏水相互作用[7,9,18,19]。Sato等人[7]得出结论，在各种糖影响水溶液中果胶分子间相互作用时，疏水相互作用起着最重要的作用。疏水相互作用对于由大分子的酯化区域和共溶剂在水中的疏水性共同促进的果胶凝胶化过程至关重要。然而，目前还缺乏系统的分析。

尽管甘氨酸（Gly）和L-丙氨酸（Ala）容易结晶[16]，但它们仍具有强烈的增塑效果。因此，尽管疏水性L-氨基酸被认为是增塑剂，但在将其加入水基食品大分子溶液中时仍可能发生疏水相互作用。因此，本研究探讨了多种疏水性L-氨基酸对水溶液中食品大分子相互作用的影响。对果胶的研究表明，许多此类相互作用本质上是疏水性的。最近，人们开始研究食品大分子在（固定）高浓度下的流变性质[4]。由于我们对疏水相互作用如何影响食品大分子（包括水溶液中的果胶大分子）相互作用的理解仍不充分，因此比较了食品大分子的疏水相互作用。研究结果表明，L-氨基酸在不同水溶液中既可能起到增塑剂的作用，也可能起到抗塑剂的作用。

氨基酸的粘度B系数；Ba值（dm3/mol）

利用公式（1）[21, [22], [23], [24]计算了氨基酸在水中的粘度B系数Ba值：$\backslash eta\_m/\backslash eta\_0\; =\; 1\; +\; B\_a$，其中η和η?分别表示溶液的粘度和水的粘度；m表示摩尔浓度；C是一个实验系数。Ba反映了溶质对水结构的影响，并考虑了爱因斯坦排斥效应[23,24]。

组分2的偏摩尔体积V?：溶质的体积（mL/mol）

通过将表观摩尔体积φv值外推至c→0，估算了偏摩尔体积V?值。

材料

甘氨酸（Gly）、L-丙氨酸（Ala）、L-缬氨酸（Val）、L-亮氨酸（Leu）和L-异亮氨酸（Ile）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）（表1）。甘氨酸是最简单的氨基酸，其次是L-丙氨酸，它是具有疏水侧链的最小手性α-氨基酸。其他氨基酸的疏水基团逐渐增大。根据供应商提供的信息，这些氨基酸（Gly、Ala、Val、Leu和Ile）的纯度均≥0.99。

氨基酸的粘度B系数；Ba值

利用公式（1）在25°C下测量了不同氨基酸浓度对η/η?的影响。表2显示，甘氨酸的Ba值（dm3/mol）最低，表明其对水结构的影响最小。随着氨基酸烷基侧链中碳原子数量的增加（例如，甘氨酸的疏水基团延长形成L-亮氨酸），Ba值依次升高：Gly（0.125）、Ala（0.249）、Val（0.390）、Leu（0.468）。因此，Leu的Ba值最高。

结论

阐明了疏水性L-氨基酸在水中的水合情况，并研究了水溶液中的食品大分子相互作用。发现疏水基团的数量越多，每碳当量单位水合的水分子数量约为1.4摩尔。主要阐明了氨基酸疏水基团对大分子溶液的影响；大分子溶液的ηapp值随着氨基酸浓度的增加而线性增加或减少。

作者贡献声明

本文为佐藤幸则的单作者文章。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

作者感谢已故的宫泽修教授的有益讨论，以及花垣惠美子和平泽麻理子女士的帮助。本研究部分得到了日本学术振兴会科学研究资助（项目编号：19K05876）的支持。