《食品科学》：集美大学翁武银教授：亚油酸调控大豆7S和11S球蛋白互作机制及其对蛋白膜理化性质的影响|亚基|亚油酸|复合物|大豆|球蛋白|翁武银|脂肪酸|蛋白质|集美大学|食品科学

大豆分离蛋白（SPI）作为大豆加工的主要商业化产品，因其高蛋白含量、可生物降解性及良好的成膜特性，在可食用包装材料领域展现出广阔的应用前景。然而，SPI膜在实际产业化应用中仍存在机械性能欠佳等问题，这主要归因于其

-伴大豆球蛋白（7S）和大豆球蛋白（11S）等主要组分间的动态相互作用尚未得到充分解析。

目前，食品蛋白质与添加剂相互作用的研究主要依赖于光谱分析、热力学分析和显微表征等传统实验技术，然而蛋白质在结合过程中往往伴随着复杂的动态构象转变和分子间作用网络重构，这些微观尺度的结构变化与动态过程难以通过常规实验方法实现全面解析。分子动力学（MD）模拟方法基于牛顿经典力学原理，通过求解分子体系运动轨迹，可高效揭示蛋白质构象变化、相互作用机制以及结合自由能等理化实验难以获取的微观特征。

集美大学生海洋食品与生物工程学院的刘美铃、石林凡、翁武银*等研究采用MD模拟与宏观性能表征相结合的策略，深入探究LA与GLY、7S球蛋白及11S球蛋白之间的多元分子相互作用机制，通过构建不同LA含量的MD模型体系，结合蛋白膜理化性质的表征，深入揭示LA含量变化对7S与11S蛋白间相互作用的动态调控规律及其对蛋白膜功能特性的影响机理，以期为阐明LA对蛋白质相互作用和SPI基膜理化性质的调控机制提供理论依据。

1 MD模拟

1.1 结构可视化

图2展示了经过100 ns MD模拟后LA、7S球蛋白、11S球蛋白及GLY分子的构象演变。在LA添加量为5%的模拟体系中，可以观察到7S与11S蛋白相互靠近并形成稳定的7S-11S复合物，此时大部分LA分子选择性地附着在蛋白质表面，而GLY分子则主要分散在水相中，表明LA相较于GLY具有更强的蛋白质亲和性。伴随模拟体系中LA添加量的增加，蛋白质表面吸附的LA分子数量明显增加，同时7S-11S蛋白之间的结合区域明显减少，表明LA分子与7S和11S蛋白的结合会阻碍蛋白质聚集行为，从而抑制7S-11S复合物的形成。这一发现与Desale等的研究结果相互印证，他们通过荧光动力学、SDS-PAGE和圆二色光谱等技术手段研究

-亚麻酸对Tau蛋白聚集行为的影响时，同样发现脂肪酸的添加会抑制蛋白质的自组装和聚集过程。

1.2 结构稳定性和紧凑性

通过RMSD和Rg分析对模拟体系中7S-11S复合物的结构稳定性和空间构象进行评估。图3A显示所有体系在60 ns后RMSD值均达到平衡状态，表明7S-11S复合物结构已趋于稳定。所有体系的Rg值（图3B）在模拟初期20 ns内呈现降低趋势，这是由于7S与11S蛋白通过分子间相互作用形成更为紧密的复合物结构。这与Cheng Lilin等在研究LA与直链淀粉相互作用时观察到的Rg降低现象一致。然而，当模拟时间超过20 ns后，Rg值伴随LA添加量的增加而呈现逐渐增大的趋势，表明添加LA会导致7S-11S复合物结构紧密度降低。这一发现与Shafaei等的MD模拟研究结果吻合，他们发现

-亚麻酸与人血清白蛋白结合后会导致蛋白质复合物Rg增大和结构松散。结果表明，虽然添加LA的体系仍能维持7S与11S蛋白间复合物的基本稳定性，但LA分子会通过特定的分子相互作用影响复合物的空间构象导致其结构紧凑性降低。

1.3 溶剂可及表面积（SASA）

模拟体系中7S-11S的SASA及其疏水表面积的变化如图4所示。模拟结果显示，所有体系的SASA（图4A）在初始20 ns内均呈现明显降低趋势，这与7S与11S蛋白通过分子间相互作用形成相对致密的复合物结构（图2、3）直接相关，导致蛋白质暴露于溶剂部分明显减少。伴随体系中LA添加量的增加，7S-11S复合物的SASA逐渐增大，这一现象很可能是源于LA分子与蛋白质的特异性结合干扰了蛋白质间的直接相互作用。图4B显示了7S-11S复合物的疏水表面积伴随LA添加量的增加而增大，这暗示LA分子主要通过疏水相互作用与7S-11S复合物的疏水表面区域发生特异性结合。这一发现与Li Hongbo等的研究结果高度一致，他们通过分子对接技术证实LA与

-乳球蛋白的结合主要依赖于疏水相互作用，且结合位点周围的氨基酸残基均表现出明显的疏水特性。此外，Sponton等的热力学研究也支持这一观点，他们发现卵清蛋白与LA的结合同样以疏水相互作用为主导。这些结果共同揭示了LA通过疏水作用调控7S-11S复合物表面特性的分子机制。

1.4 分子间氢键

图5展示了LA、7S、11S和GLY分子间氢键数量在模拟过程中的动态变化。7S与11S之间的氢键数量随着LA含量的增加而逐渐减少，这直接证实了LA分子能够阻碍7S与11S之间氢键的形成。伴随LA添加量的增加，LA与7S-11S复合物以及GLY分子之间的氢键数量逐渐增加，表明添加的LA能够通过氢键与蛋白质或GLY分子建立连接。这一发现与Cheng Lilin等的MD模拟结果相呼应，他们同样观察到LA与直链淀粉之间的氢键数量随浓度增加而上升的现象。有研究报道，油酸等脂肪酸可以通过与蛋白质形成氢键来破坏蛋白质间相互作用。因此，本研究表明LA分子通过与7S和11S蛋白形成新的氢键，不仅抑制了蛋白质间原有的氢键相互作用，更导致了整个蛋白质氢键网络结构的重组。

为深入解析分子之间的氢键作用机制，选取LA添加量为25%的模拟体系进行三维可视化分析（图6）。结果显示，LA分子的羧基与7S蛋白的Gln17、Arg47、Glu191以及11S蛋白的Asp413、Ser476和Gln475等关键氨基酸残基形成了稳定的氢键连接。这一现象与LA和

-乳球蛋白的相互作用模式高度相似。而且，LA的羧基与GLY的羟基也建立了氢键连接。尽管LA的引入削弱了7S与11S蛋白间的直接氢键作用，但7S和11S蛋白的Asn、Arg、Glu等残基之间以及与GLY分子之间仍保持部分氢键连接。据报道，LA的羧基同样可以与

-乳球蛋白的Lys69形成氢键。Xu Yujia等的分子对接研究也发现共轭LA可以与水稻谷蛋白的Arg188和Val63残基建立氢键连接。

1.5 结合自由能

模拟体系中分子间结合自由能的分析结果如表1所示。所有体系的范德华力（ΔEvdW）、静电作用（ΔEele）和非极性溶剂化能（ΔESA）均呈现负值，而极性溶剂化能（ΔEPB）则为正值，这一特征表明ΔEvdW、ΔEele和ΔESA是驱动7S、11S、LA和GLY分子间结合的主要作用力，而ΔEPB则对分子间相互作用产生抑制作用。7S-11S、7S-11S-LA和LA-GLY体系的总结合自由能（ΔETotal）均为负值，证实了模拟体系中所有分子间相互作用均具有热力学自发性。伴随LA添加量的增加，7S-11S复合物的结合自由能从-114.31 kcal/mol升至-1.61 kcal/mol，绝对值呈现递减趋势，表明LA分子能够削弱7S与11S之间的范德华力、静电作用和非极性溶剂化能贡献，最终导致蛋白质间结合强度降低。这一现象与Gheibi等的研究发现吻合，他们证实添加脂肪酸会降低钙卫蛋白复合物的结合亲和力。有研究报道，LA、油酸和硬脂酸等脂肪酸会诱导豌豆蛋白疏水基团暴露，同时削弱蛋白质间氢键网络，从而抑制蛋白质亚基的聚集和交联。然而，7S-11S-LA以及LA-GLY体系的各项结合自由能绝对值均伴随LA添加量的增加而增大，表明LA分子通过增强与蛋白质或GLY之间的静电作用、范德华力和非极性溶剂化能贡献建立新的分子间连接。因此，LA分子通过与7S、11S和GLY建立新的分子间作用力网络，在热力学层面上重构了体系中的相互作用平衡，最终导致7S与11S之间原有结合力被削弱。

2 蛋白及其可食膜理化性质分析

2.1 7S和11S球蛋白

采用SDS-PAGE技术对分离制备的7S和11S球蛋白进行纯度分析（图7）。结果显示，7S球蛋白主要由

’亚基（约77 kDa）、

亚基（约71 kDa）和

亚基（约48 kDa）组成，而11S球蛋白则主要包含A3亚基（约38 kDa）、酸性A亚基（约34 kDa）和碱性B亚基（约18 kDa）。该结果与吴海波等报道的大豆蛋白组分SDS-PAGE图谱的亚基分布特征相符。通过ImageJ软件对电泳条带进行分析，测得7S和11S球蛋白的纯度分别约为89.09%和91.23%，表明所制备的蛋白组分具有较高的纯度。

2.2 可食膜机械性能

7S-11S复合膜的机械性能随LA含量的变化规律如图8所示。伴随LA添加量的增加，膜的TS逐渐降低，这可能源于LA分子对7S与11S蛋白间的氢键（图5）、范德华力和静电作用等关键相互作用力的抑制（表1）。与TS变化趋势相反，膜的EAB伴随LA添加量的增加而增大。这一变化规律与Zhou Rongxue等[7]报道的LA对大豆7S球蛋白基膜理化性能的影响研究结果一致，充分表明LA对蛋白膜的增塑效应。有研究报道，LA、油酸等脂肪酸在玉米醇溶蛋白和SPI成膜过程中均表现出明显的塑化作用，能够提升膜的EAB。因此，LA的引入通过削弱蛋白质分子间的相互作用网络，在降低膜的TS同时会增强其延展性能。

2.3 可食膜水接触角

图9显示了LA添加量对7S-11S复合膜表面水接触角的影响规律。伴随LA添加量的增加，膜表面水接触角逐渐增大，表明添加LA对7S-11S复合膜表面疏水性具有增强作用。这是由于LA分子本身具有疏水性，且添加LA可以增强分子间疏水作用导致7S-11S复合物的疏水表面积增加（图4）。这一发现与Chen Qiongling等的研究结果相互印证，他们在探究脂肪酸对豌豆蛋白相互作用的影响时，同样观察到LA、油酸等脂肪酸不仅能强化疏水相互作用，还能诱导蛋白质分子内部疏水区域的暴露。这些研究结果共同表明，通过调控脂肪酸添加量可以有效改变蛋白质基可食膜的表面润湿特性。

2.4 可食膜FTIR光谱

利用FTIR光谱对7S-11S复合膜的分子结构和相互作用进行系统表征（图10）。光谱分析显示，位于3 270 cm-1左右的酰胺A带特征峰源于O—H基团参与的氢键作用，而2 926 cm-1附近的酰胺B带则对应于C—N和—NH2拉伸。有研究报道，3 011 cm-1处的特征峰可归属为LA分子中与共轭C＝C连接的C—H键的伸缩振动，2 926 cm-1和2 855 cm-1处的特征峰则分别反映了LA分子中C—H键的对称和不对称伸缩振动。此外，1 623（酰胺I）、1 531 cm-1（酰胺II）和1 235 cm-1（酰胺III带）的特征峰分别对应于C＝O拉伸、N—H弯曲和C—N拉伸。伴随LA添加量的增加，O—H基团的特征峰强度明显降低，表明添加LA会导致蛋白膜中氢键作用减弱。与此同时，酰胺B带附近的3 011、2 926 cm-1和2 855 cm-1处LA相关的特征峰强度呈现规律性增强，这与LA在复合膜中添加量的增加有关。研究表明，氧化LA改性会增强墨鱼皮明胶中C—H键的对称和不对称伸缩振动峰，这源于氧化LA分子中的C12烷基链与蛋白质分子之间的特异性结合作用。值得注意的是，本研究中观察到的LA特征峰增强不仅反映了LA添加量的增加，也表明LA与蛋白质分子之间存在疏水相互作用。

2.5 可食膜化学结合力

图11A显示了7S-11S复合膜中化学结合力的占比。伴随LA添加量的增加，氢键的占比减少，而疏水作用的占比则明显增加，表明LA的引入虽然抑制了蛋白质间的氢键网络，但更促进了疏水相互作用的形成。这一现象与MD模拟结果高度一致，一方面LA分子削弱了7S与11S之间的氢键相互作用（图5），另一方面又通过诱导蛋白质疏水基团暴露增加了7S-11S复合物的疏水表面积（图4）。有研究报道，添加脂肪酸能增强疏水性并促进明胶分子间疏水相互作用，从而改善明胶膜的稳定性和水蒸气阻隔性能。值得注意的是，LA添加量对7S-11S复合膜蛋白质间离子键和二硫键占比的影响相对有限。

通过SDS-PAGE对参与各类化学键的蛋白质组分进行分析（图11B）。结果显示，LA添加量的增加会影响参与氢键和疏水作用的蛋白质组分。在5% LA添加量时，参与形成氢键的蛋白质组分（S2）中观察到

亚基、A亚基、高分子质量聚集体（HMWA）以及分子质量约为54 kDa和20 kDa的蛋白质条带，而参与形成疏水作用的蛋白质组分（S3）中则观察到

亚基、HMWA和分子质量约为54 kDa的蛋白质条带。伴随LA添加量的增加，S2和S3中HMWA和50～60 kDa的蛋白质条带颜色逐渐变浅，当LA添加量达到25%时，S3中A亚基和20 kDa的蛋白质条带颜色明显增加。这些变化表明LA促使高分子质量组分通过疏水作用的形成不溶性聚集体，同时诱导低分子质量组分参与疏水网络构建。值得注意的是，所有含LA的7S-11S复合膜均未观察到

α’

亚基条带，暗示这些亚基可能通过疏水作用形成HMWA。特别当LA添加量达到25%时，A亚基参与了所有4 种化学键的形成，对维持蛋白质相互作用网络起到关键的作用。综合结果表明，LA通过调控7S-11S复合膜中蛋白质组分的相互作用方式，特别是增强疏水相互作用，有效维持了蛋白膜网络的稳定性。

2.6 可食膜CLSM

CLSM观察结果（图12）直观展示了染色后的7S-11S成膜溶液和蛋白膜的微观结构特征。当LA添加量为5%时，成膜溶液呈现均匀的绿色荧光。伴随LA添加量的增加，成膜溶液颜色由绿色逐渐转变为黄色。这一显色变化源于被红色荧光标记的LA分子与绿色荧光标记的7S和11S球蛋白发生结合，两种荧光信号的叠加效应导致最终呈现黄色。在干燥后的蛋白膜样品中观察到类似的颜色转变现象，进一步表明LA分子能够稳定地结合在蛋白质表面。这一实验结果与MD模拟结果高度吻合，模拟显示大部分LA分子选择性地吸附在蛋白质表面（图2）。

2.7 可食膜WVP

7S-11S复合膜WVP随LA添加量变化的规律如图13所示。伴随LA添加量的增加，膜的WVP逐渐降低，表明LA能够增强蛋白膜的水蒸气阻隔能力。这是由于LA自身的疏水性，LA能够诱导分子间疏水相互作用增强，使7S-11S蛋白质聚集体的疏水表面积增大（图4B）；LA的添加提高了蛋白膜表面疏水性（图13）。这些因素共同促进了LA与7S、11S蛋白之间形成致密的疏水相互作用网络，可有效阻碍水分子透过蛋白膜。有研究报道，脂肪酸可以增加玉米醇溶蛋白膜基质的致密性和极性，阻碍水分子的扩散，最终降低膜的WVP。类似的现象同样出现在W/O乳液对SPI膜性质的影响研究中，伴随着油添加量增加，蛋白膜的疏水特性随之增强，导致水分子在透过膜时遇到更大的阻力，从而使得膜的WVP呈现下降趋势。

结论

本研究揭示了LA添加量对7S-11S复合膜分子相互作用网络及理化性质的调控机制。研究结果表明，LA分子与7S、11S球蛋白及GLY之间通过疏水相互作用、氢键网络、静电吸引、范德华力构建了复杂的相互作用体系。MD模拟揭示，LA的引入明显降低了7S与11S之间的结合自由能，导致7S-11S复合物结构松散化，这一变化最终导致膜的TS的降低和EAB的增加。LA能够诱导蛋白质分子疏水基团暴露，促进蛋白质亚基通过疏水相互作用形成HMWA，这种结构重组不仅增强了7S-11S膜表面疏水性，更使WVP降低。综合模拟与实验结果证明，通过调控LA添加量，可有效优化7S-11S复合膜中蛋白质相互作用网络的平衡，从而实现SPI基可食膜柔韧性、疏水性和阻隔性能的协同提升，为开发高性能可食膜提供重要的理论依据。今后可结合MD模拟与实验表征技术，探究LA与天然多糖高分子材料对7S-11S复合膜性能的协同作用，深入揭示脂质-多糖-蛋白质三元体系的相互作用机制及其对成膜过程的影响规律，为优化复合膜工艺获得兼具优异柔韧性和抗拉伸性的复合膜提供理论指导。

作者简介

第一作者

刘美铃研究生

集美大学海洋食品与生物工程学院研究生，研究方向为生物化学与分子生物学，主要从事分子动力学模拟、蛋白质可食用膜成膜机制研究，以第一作者发表学术研究论文2篇。

通信作者

翁武银教授

现任集美大学海洋食品与生物工程学院教授，博士生导师。长期从事水产品加工及其副产物高值化利用研究，先后主持国家自然科学基金面上项目3 项、"十四五"国家重点研发计划子课题1 项、福建省自然科学基金杰青项目1 项等。发表SCI论文100多篇，获授权发明专利30 件（其中12 件实现转让），荣获厦门市"双百计划"领军型创业人才、福建省优秀教师等荣誉称号。以第一完成人获福建省科学技术进步奖三等奖2 项，作为主要完成人获中国发明创业奖·成果奖一等奖1 项、福建省科学技术进步奖一等奖1 项。

本文《亚油酸调控大豆7S和11S球蛋白互作机制及其对蛋白膜理化性质的影响》来源于《食品科学》2025年46卷第19期57-67页，作者：刘美铃，石林凡，任中阳，翁武银* 。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250430-255。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：闫凯；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。