近日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院李媛教授在生物材料頂級期刊《生物材料》（Biomaterials，影響因子IF=12.479）發(fā)表文章“The kinetic mechanism of cations induced protein nanotubes self-assembly and their application as delivery system”，在牛奶蛋白納米管分子自組裝機(jī)制和遞送功能因子應(yīng)用方面取得重要進(jìn)展。食品學(xué)院博士生張繼鵬為該文章第一作者，李媛教授為通訊作者。

 

　　20多年前，丹麥科學(xué)家Ipsen在制備奶酪過程中偶然發(fā)現(xiàn)α-乳白蛋白能夠形成納米管，但形成機(jī)制尚不清楚。鑒于此，李媛教授自2015年就對納米管形成機(jī)制和應(yīng)用進(jìn)行了研究。該研究較為系統(tǒng)地解釋了α-乳白蛋白納米管的形成機(jī)制（圖1），發(fā)現(xiàn)納米管的形成分為水解、聚集和螺旋卷曲三個過程，并闡明了納米管的手性結(jié)構(gòu)，解析了納米尺度的卷曲過程，發(fā)現(xiàn)納米管的形成是通過水解獲得了兩親性多肽二聚體，隨后二聚體在鈣離子誘導(dǎo)下形成細(xì)絲，然后多股細(xì)絲在鈣離子的鈣橋作用下繼續(xù)發(fā)生卷曲螺旋，最后鈣離子對螺旋進(jìn)行了閉合形成納米管，對納米管在自組裝過程中的長度、直徑、螺距變化等演變過程進(jìn)行納米尺度的精確分析。鑒于納米管具有中空疏水壁和較高長徑比的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步嘗試了納米管在遞送功能因子和食品體系增稠中的應(yīng)用。

 

　　近年來，天然蛋白質(zhì)和多肽的自組裝由于較高的生物相容性和可調(diào)節(jié)的超分子結(jié)構(gòu)而引起了廣泛關(guān)注。食品蛋白質(zhì)（例如β-乳球蛋白、溶菌酶、卵清蛋白、大豆蛋白等）在特定的加工和生理條件下會通過螺旋卷曲的分子自組裝，形成具有一定功能的納米結(jié)構(gòu)，探究天然蛋白的納米自組裝對于解析蛋白質(zhì)加工特性以及挖掘潛在的應(yīng)用特性具有重要意義。α-乳白蛋白大量存在于牛奶中，在食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛。它含有高含量的必需氨基酸，是嬰幼兒配方奶粉的關(guān)鍵成分，可以很好地模仿人類母乳。它還具有抗癌、抗炎、增強(qiáng)免疫力等功效。因此研究這種高價值蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)-功能構(gòu)效關(guān)系具有重要意義。

 

　　李媛碩士論文期間，在荷蘭烏特勒支大學(xué)的Kees de Kruif教授門下學(xué)習(xí)了α-乳白蛋白納米管的制備和研究方法，回國后帶領(lǐng)實(shí)驗(yàn)室在納米管卷曲機(jī)制和應(yīng)用方面繼續(xù)從事系統(tǒng)深入的研究工作。先后發(fā)現(xiàn)：

 

　?。?）α-乳白蛋白能夠形成不同形貌、粒徑和硬度的納米結(jié)構(gòu)，并探究了不同理化特性的納米自組裝滲透腸道粘液吸收屏障的擴(kuò)散機(jī)制，并構(gòu)建了分子動力學(xué)模擬證明了納米管具有最優(yōu)的粘液滲透能力，最高的姜黃素生物利用率的機(jī)制（Nano Letters, 2020, DOI:10.1021/acs.nanolett.9b04841）；

 

　?。?）探究了不同理化特性的乳白蛋白載體在腫瘤靶向滲透的生物學(xué)機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)納米管具有最佳的腫瘤滲透和靶向效果（Science Advances. 2021, 7（6）， eaba2458.DOI: 10.1126/sciadv.aba2458）；

 

　?。?）應(yīng)用了α-乳白蛋白納米管遞送番茄紅素以增強(qiáng)其在乳制品飲料中的抗氧化活性和穩(wěn)定性等（Food Hydrocolloids, 2022, DOI: 10.1016/j.foodhyd.2022.107792）；

 

　?。?）探究了蛋白自組裝在油水界面的Pickering乳液穩(wěn)定機(jī)制和緩油脂消化的應(yīng)用（Journal of Agricultural and Food Chemistry 2021. 69, 8, 2485）；

 

　?。?）α-乳白蛋白納米管優(yōu)異的界面吸附效應(yīng)可以增強(qiáng)油水界面的脂肪酶催化活性，提高了減脂奶酪的脂肪風(fēng)味（Food Hydrocolloids. 2021.116,106651）。

 

　　其中，“乳清蛋白納米膠束活性因子腸道高效吸收技術(shù)”還獲得了第十屆高?？萍紕?chuàng)新成果展示推介會“創(chuàng)新金獎”。

 

　　α-乳白蛋白納米自組裝的系列研究將為深入理解食品天然蛋白的自組裝形成機(jī)制，開發(fā)新型的食品功能配料，提高奶酪副產(chǎn)物的綜合利用和功能因子營養(yǎng)利用率奠定理論基礎(chǔ)。該論文的發(fā)表也對已故的Kees de Kruif教授對于該項工作所發(fā)揮的物理思維啟發(fā)以及學(xué)術(shù)引領(lǐng)作用進(jìn)行了紀(jì)念。該工作是在教育部功能乳品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的平臺支持以及國家自然科學(xué)基金（NSFC 31471577, 31972202, 31772014） 的資助下完成的。

 

　　網(wǎng)絡(luò)鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121600