Introduction
咸味在饮食之中是不可或缺、最基本滋味。食盐作为日常生活中最常见的咸味调味品之一，具有改善食品风味和质构，延长食品货架期等作用。但摄入过量的食盐会增加患高血压、冠心病等心血管疾病的风险。随着世界范围内对低钠饮食的倡导以及消费者健康意识的提高，消费者对于“食盐摄入过量会危害健康”的认知已经形成，会主动控制膳食中食盐的摄入量并诉求更多低盐的产品。与此同时，消费者并不会对减盐产品的口感和风味降低要求，“减盐不减咸”成为产品开发的重点。在不影响食品风味品质与保质期等前提下减少食盐的添加量，将天然食源性咸味肽作为食盐的替代品，达到“减盐不减咸”目的，有着重要的研究意义。
大球盖菇又名赤松茸，是草腐菌里具有很高秸秆利用率的食用菌，也是联合国粮农组织向发展中国家推荐栽培的食用菌之一。大球盖菇子实体富含蛋白（40%-50%干重）和肽（10%-14%干重），氨基酸种类齐全，是开发天然风味调味品和营养健康产品的优质原料。前期研究发现，大球盖菇肽基料呈现愉悦的咸鲜味呈味特性。在肽基料质量浓度1 mg/mL时，肽基料电子舌咸味评价值等同于同浓度氯化钠水溶液的1.4～2.5倍。同时，分级制备的肽基料还具有较优的血管紧张素转化酶（ACE）抑制活性，ACE半抑制浓度（IC50）为0.071～0.123 mg/mL。大球盖菇咸味肽基料具有愉悦的呈味特性和较优的降血压活性，可部分替代食盐及解决食用钠盐过多引起的高血压问题。大球盖菇肽基料呈味特性及其生物活性与其序列结构、味觉受体识别密切相关，解析咸味肽的特征呈味结构和受体感知机制，可为大球盖菇咸味肽的开发应用提供理论依据。
上海市农业科学院食用菌研究所的李文副研究员、杨焱研究员等 在本研究中，采用分子互作等技术解析大球盖菇咸味肽的特征呈味结构基础及识别咸味肽的味觉受体、咸味肽和受体之间的结合驱动反应，为理解大球盖菇咸味肽呈味和受体感知机制提供新见解。
Results and Discussion
大球盖菇肽基料中肽分子分布特性及特征呈味结构解析
经肽谱分析及谱库呈味预测，超声物理场辅助定向酶解制备的大球盖菇肽基料中含有大量咸鲜味肽（163种），八肽～十一肽是大球盖菇肽基料中主要肽分子。肽分子中天冬氨酸（D）、谷氨酸（E）、赖氨酸（K）、精氨酸（R）、丝氨酸（S）、甘氨酸（G）及疏水氨基酸脯氨酸（P）、缬氨酸（V）和丙氨酸（A）的占比较高。由精氨酸和其他氨基酸组合片段（RP, VR, RV等）构成的肽分子，具有咸味提升呈味特性；DD、ED、EE、SPE、DES等氨基酸组合片段构成了咸味肽特征性呈味结构基础。
选择不同链长且质谱丰度较高的肽分子进行固相合成，采用电子舌对合成肽的呈味特性进行验证。结果显示，在一定浓度范围内，肽分子的呈咸强度与其浓度呈正相关（图1）。四种肽分子的咸味阈值分别为：GQEDYDRLRPL，383.58 μmol/L；RIEDNLVIIR，654.53 μmol/L；KSWDDFFTR，600.47 μmol/L；ESPERPFL，640.79 μmol/L。在1 mg/mL质量浓度下，四种咸味肽的呈咸强度分别是相同浓度下氯化钠的5.29倍、1.90倍、3.11倍和4.20倍，四种肽分子均属于咸味肽。
大球盖菇咸味肽呈味及受体感知机制预测
采用分子对接对四种咸味肽的呈味和受体感知机制进行预测。咸味肽分子与TRPV1受体之间形成了大量的氢键和离子键，氢键和静电相互作用是咸味肽和受体之间互作结合的主要驱动力。TRPV1受体中的GLU513、ASP707和VAL508，是受体识别咸味肽的关键氨基酸残基。咸味肽中结合到受体残基结合键能较低的氨基酸残基处于肽分子N、C末端（谷氨酸残基、亮氨酸残基、赖氨酸残基、精氨酸残基和甘氨酸残基）。咸味肽分子中的谷氨酸残基、天冬氨酸残基和精氨酸残基，也易被受体识别。从对接获得的稳态复合物3D结构可知，肽分子中脯氨酸残基（P）易于肽分子内其他氨基酸残基形成相互作用，在肽分子能量最小化结构优化后，肽分子肽链折叠及空间构象发生变化，脯氨酸残基处于肽分子二级结构内部，不利于其与受体结合。由于TRPV1受体包含4条蛋白链，肽分子与受体蛋白结合空间构象存在差异，导致不同蛋白链在识别同一咸味肽上具有不同的结合位点和结合键能（图2，图3）。
图3 大球盖菇咸味肽与TRPV1受体的分子对接3D空间构象图
大球盖菇咸味肽呈味及受体感知机制验证
分子互作动力学反应确定了TRPV1是识别咸味肽的受体，四种咸味肽与受体结合均属于特异性结合（图4）。四种咸味肽与受体分子之间的结合反应是焓驱动的自发放热反应，主要驱动力是氢键相互作用力（图5）。分子互作反应结果与分子对接结果具有一致性。同时，四种咸味肽与TRPV1受体分子互作反应结果显示，KSWDDFFTR与受体的结合能力最强，动力学结合常数KD值为2.32×10-9 M（强结合），其次是ESPERPFL（KD值1.71×10-7 M，中等强度结合），RIEDNLVIIR和GQEDYDRLRPL与受体结合强度稍弱。因此，四种咸味肽中，KSWDDFFTR在钠盐替代上具有最大的应用潜力。
Conclusion
研究探究了可特异性识别咸味肽的味觉受体，揭示了受体与咸味肽分子结合互作机制。结果表明，当肽分子中存在DD、SPE、DES和RV等氨基酸组合时，肽分子具有咸味和咸味提升的呈味特性。基于合成肽电子舌呈味验证，四种筛选咸味肽的咸味阈值为380～660 μmol/L。分子对接结果显示，咸味肽与TRPV1受体可以形成氢键和静电相互作用，咸味肽N端首位氨基酸残基易被受体识别。GLU513、ASP707和VAL508是TRPV1受体识别咸味肽的关键氨基酸残基。分子互作结果确证TRPV1是可识别咸味肽的受体，四种咸味肽与受体呈现特异性结合。KSWDDFFTR与受体结合能力最强，可以以部分替代NaCl的方式应用到食品领域，解决钠盐添加过多引起的健康问题。研究为大球盖菇咸味肽开发及其在食品减盐应用上提供了科学依据。
第一作者
李文，上海市农业科学院副研究员，硕士生导师。中国食品科学技术学会会员、上海市食品学会青委会委员。主要围绕菌菇蛋白质（肽）的功能性质及其构效关系、菌菇风味形成机理、菌菇加工副产物高值化应用开展研究。主持国家自然科学基金项目、上海市自然基金面上项目3项，发表学术论文60余篇，以第一/通信作者发表SCI论文17篇，申请发明专利5项。食用菌风味研究工作获上海市科技进步二等奖1项。
通信作者
马海乐，博士，江苏大学食品与生物工程学院二级教授、博士生导师，江苏大学食品物理加工研究院院长。兼任中国食品科学技术学会理事，中国农业机械学会理事，中国食品科学技术学会食品装备与智能制造分会理事长等21个学术团体职务、11个国际国内核心学术期刊的编委。研究方向：1.食品物理加工的理论研究与技术开发；2.食品功能特性与功能食品开发；3. 食品装备与智能制造。共主持国家863计划、国家重点研发计划等各类科研项目70余项。作为第一完成人，获得省部级科学技术奖16项；作为共同完成人，获得省部级科学技术奖4项。授权发明专利101件、软件著作权8件、实用新型专利19件。2017年1项专利获得中国专利优秀奖。出版论著教材10部，代表性著作/教材：《生物资源的超临界流体萃取》（安徽科技出版社，2000.6）；《食品色彩化学》（中国轻工业出版社，2020.3）；《食品工程仿生学》（中国轻工业出版社，2022）；《食品机械与设备》（中国农业出版社，2004.1第一版、2011.6第二版）。发表论文1004篇，其中被SCI收录457篇（他引7,591篇、h-index 50）、EI收录110余篇。2011年以来，在声学领域国际顶级期刊Ultrasonics Sonochemistry（JCR一区，2022年IF9.336）发表论文80余篇。
杨焱，二级研究员，博士生导师，国家食用菌工程技术研究中心加工分部主任，上海市农业科学院食用菌所加工室主任。入选国家百千万人才，获国务院政府特殊津贴，上海市领军人才、上海市农业领军人才。中国菌物学会桑黄产业分会秘书长、中国食用菌协会药用真菌委员会委员、中国农学会食用菌分会理事、上海食品学会理事、上海女科学家协会理事。主要从事食药同源农业健康资源的高值利用、食药用菌功能营养与精深加工、食用菌风味强化与品质评价等研究工作。先后主持国家自然科学基金等国家和省市级20多项课题的研究。围绕食用菌高附加值精深加工产业关键问题，构建了多糖、功能多肽的精准质控和节能增效制备技术；揭示了天然活性多糖功效作用的结构基础，开发了系列营养健康产品；系统研究了食用菌风味物质产生的分子机制和关键调控因子，创新了食用菌风味物质多元化加工模式。已在国内外权威期刊上发表论文290多篇，其中《Food Chemistry》《Food Research International》《Carbohydrate Polymers》等SCI期刊收录110多篇；获授权发明专利41项，申报获批5项国家健字号批文；认定6个食药用菌新品种，推广应用到全国20多个地区。主持获得上海市科技进步一等奖1项、上海市科技进步二等奖1项、技术发明三等奖1项；参与获得中华神农科技二等奖1项、上海市科技进步三等奖4项，获上海产学研优秀创新成果一等奖1项。
Exploring the taste presentation and receptor perception mechanism of salty peptides from Stropharia rugosoannulata based on molecular dynamics and thermodynamics simulation
Wen Lia,b,1, Shuai Sunc,1, Wanchao Chena, Haile Mab,*, Tingzhao Lic,d, Zhong Zhanga, Di Wua, Mengqiu Yana, Yan Yanga,*
a Institute of Edible Fungi, Shanghai Academy of Agricultural Sciences, National Engineering Research Center of Edible Fungi, Key Laboratory of Edible Fungi Resources and Utilization (South), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Shanghai 201403, China
b School of Food & Biological Engineering, Institute of Food Physical Processing, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
c Amway (Shanghai) Innovation & Science Co., Ltd., Shanghai 201203, China
d Amway (China) Botanical R&D Center, Wuxi 214115, China
1 Both authors contributed equally.
*Corresponding author.
Abstract
The taste presentation and receptor perception mechanism of the salty peptide of Stropharia rugosoannulata were predicted and verified using peptide omics and molecular interaction techniques. The combination of aspartic acid (D) and glutamic acid (E), or peptide fragments composed of arginine (R), constitute the characteristic taste structural basis of salty peptides of S. rugosoannulata. The taste intensity of the salty peptide positively correlates with its concentration within a specific concentration range (0.25–1.0 mg/mL). The receptor more easily recognizes the first amino acid residue at the N-terminal of salty peptides and the aspartic acid residue in the peptides. GLU513, ASP707, and VAL508 are the critical amino acid residues for the receptor to recognize salty peptides. TRPV1 is specifically the receptor for recognizing salty peptides. Hydrogen bonds and electrostatic interactions are the main driving forces for the interactions between salty peptides and TRPV1 receptors. KSWDDFFTR has the most potent binding capacity with the receptor and has tremendous potential for application in sodium salt substitution. This study confirmed the taste receptor that specifically recognizes salty peptides, analyzed the receptor-peptide binding interaction, and provided a new idea for understanding the taste receptor perception of salty peptides.
Reference:
LI W, SUN S, CHEN W C, et al. Exploring the taste presentation and receptor perception mechanism of salty peptides from Stropharia rugosoannulata based on molecular dynamics and thermodynamics simulation[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(4): 2277-2288. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250190.
本文编译内容由作者提供
编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇
封面图片来源：图虫创意
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