导语

 

鲜味作为第五种基本味觉，对食品风味的提升和消费者接受度具有重要作用。味精（MSG）是广泛使用的鲜味增强剂，但其高钠含量与高血压、心血管疾病等健康风险相关，因此寻找天然、低钠的鲜味替代品成为研究热点。鲜味肽因其天然来源、显著鲜味强度和潜在生理活性（如抗氧化、降血压、降血糖）而备受关注。目前鲜味肽主要来源于动物蛋白（肉、蛋、奶、海鲜），但全球对动物蛋白需求的增长以及环境、伦理和健康问题，促使研究者寻找可持续的植物蛋白来源。米糠是大米加工的副产物，蛋白质含量12%-22%，但目前多用于低值化利用或被废弃。米糠蛋白（RBP）具有无胆固醇、低饱和脂肪、低致敏性、良好的氨基酸谱和消化性，且水解物呈现温和的天然风味，非常适合开发清洁标签的鲜味增强剂。然而，米糠蛋白来源的鲜味肽研究极少。传统鲜味肽鉴定依赖繁琐的色谱分离，耗时费力且易遗漏低丰度肽。近年来，生物信息学、质谱肽组学和机器学习预测模型（iUmami-SCM、UMPred-FRL、Umami-YYDS、Umami-MRNN）的结合为高效筛选提供了新途径。结合分子对接、分子动力学模拟和密度泛函理论（DFT）可进一步揭示肽-受体结合机制。因此，本研究采用感官引导的酶解、超滤和乙醇沉淀制备高鲜味强度的米糠蛋白酶解物，通过整合虚拟筛选鉴定新型鲜味增强肽，并利用多感官评价（QDA、TI、S型曲线）、电子舌以及分子模拟（对接、动力学、DFT）系统评估其增鲜效果及机制，为米糠蛋白的高值化利用和低钠鲜味剂开发提供理论依据。

 

重点内容

 

本研究探究了米糠蛋白来源肽增强鲜味的潜力。通过单因素优化、超滤和乙醇沉淀，制备了具有高鲜味强度的米糠蛋白酶解物。整合虚拟筛选工作流程鉴定出10条候选鲜味肽，并通过感官评价（定量描述分析、时间-强度、S型曲线）和电子舌量化了它们的增鲜效果。其中，TDPF、DPDWL、WGDP和LDGF在添加到3、6、9 mg/mL的MSG溶液中时，使鲜味强度提高19.64%-98.48%，鲜味持续时间延长20.00%-44.44%，显示出与MSG的加和或协同效应。分子对接表明，这些鲜味增强肽通过增加亲和力以及相互作用数量和类型，增强了MSG与T1R1/T1R3受体的结合。分子动力学模拟进一步支持了在鲜味增强肽存在下MSG-受体复合物更加稳定。密度泛函理论表明，具有低静电势的鲜味增强肽通过增加氢键数量和强度来促进结合。这些结果扩展了来自米糠蛋白的鲜味增强肽库，为其作为风味增强剂的潜在应用提供了基础，并为从该来源及类似基质中发现呈味化合物提供了依据。

 

该图展示了单因素优化实验中各因素对米糠蛋白酶解物（RBPH）鲜味强度的影响。图1A比较了六种商业蛋白酶（木瓜蛋白酶、胰酶、菠萝蛋白酶、碱性蛋白酶、风味蛋白酶、复合蛋白酶）制备的RBPH，胰酶（pancreatin）处理组的鲜味强度最高（P < 0.05），因此被选为后续水解用酶。图1B显示，随底物浓度从1.5%增至4.5%，鲜味强度逐渐上升，4.5%时达到最大值，之后下降。图1C显示最佳水解时间为2 h（3 h时略降）。图1D显示最佳酶添加量为0.45%（w/w）。图1E显示最适温度为60℃（55℃和65℃均较低）。图1F显示最适pH为7.5（pH 7.0和8.0时略低）。该图确定了RBPH的最佳制备条件：底物浓度4.5%、胰酶0.45%、pH 7.5、60℃、2 h。

 

该图分别展示感官评价（A、C）和电子舌（B、D）对超滤及乙醇沉淀各组分鲜味强度的评价结果。图2A-B显示，超滤得到的五个组分（U1:< 1kDa，U2:1-3 kDa，U3:3-5 kDa，U4:5-10 kDa，U5:> 10 kDa）中，分子量最低的U1鲜味强度和电子舌响应值最高，且随分子量增加而降低，表明低分子量肽对鲜味贡献最大。因此选择U1进行下一步乙醇沉淀。图2C-D显示，乙醇沉淀得到E1（20%乙醇沉淀）、E2（40%）、E3（60%）、E4（80%）和E5（上清液）。E3（60%乙醇沉淀组分）的鲜味强度和电子舌响应值均显著高于其他组分，表明60%乙醇能有效提取亲水性鲜味肽。因此选择E3进行后续肽鉴定。

 

图3A-C分别展示了在3、6、9 mg/mL MSG溶液中添加1 mg/mL候选肽后的鲜味强度变化（QDA）。添加TDPF、DPDWL、WGDP和LDGF后，鲜味强度显著提高，其中LDGF增鲜效果最强（提升29.73%–98.48%），WGDP次之（26.44%–90.91%），其他肽效果不明显。增鲜效果随MSG浓度升高而减弱。图3D-F为时间-强度（TI）曲线，显示所有样品的鲜味感知先快速上升后缓慢下降。添加四种增鲜肽后，最大强度（Imax）和曲线下面积（AUC）均显著增加，且鲜味持续时间（Text）从对照组的75-105 s延长至90-145 s，表明这些肽同时增强了鲜味的强度和持久性。

 

该图分别展示TDPF、DPDWL、WGDP、LDGF四种肽与MSG混合后的检测概率-浓度曲线及阈值比（R值）。通过三角测试和S形曲线拟合，计算实验阈值与理论阈值的比值R。图中显示TDPF的R = 0.61，DPDWL的R = 0.62，WGDP的R = 0.48，LDGF的R = 0.45。根据判定标准：R > 1为掩蔽，R = 1为无相互作用，0.5 < R < 1为加和作用，R ≤ 0.5为协同作用。因此，TDPF和DPDWL与MSG表现为加和作用，WGDP和LDGF表现为协同作用。该图揭示了不同肽通过加和或协同机制增强MSG鲜味。

 

该图展示了MSG单独与T1R1/T1R3受体以及添加TDPF、DPDWL、WGDP、LDGF后形成的三元复合物的分子对接相互作用二维图。图中用不同颜色的虚线表示氢键、疏水作用（Pi-烷基、烷基、Pi-Pi堆积等）和静电作用（盐桥、吸引电荷等）。MSG单独与受体形成5个氢键（占比100%）。添加TDPF后形成8个相互作用（氢键占87.5%）；添加DPDWL后形成11个相互作用（氢键占36.4%）；添加WGDP后形成14个相互作用（氢键占64.3%）；添加LDGF后形成14个相互作用（氢键占71.4%）。增鲜肽引入了疏水和静电作用，使相互作用类型更加多样，且结合能显著降低（从-5.3 kcal/mol降至-7.1至-9.5 kcal/mol）。该图从分子水平解释了增鲜肽增强MSG与受体结合的机制。

 

图6A展示了MSG-T1R1/T1R3复合物及添加四种增鲜肽后各氨基酸残基参与的平均相互作用次数。Ser、Gln、Lys残基的平均总相互作用力最高（分别为1.5、1、1），同时形成氢键的平均数量也最高（1.5、1、0.75），表明这些亲水性残基在增鲜肽结合中起关键作用。图6B展示了不同作用力类型的分布：MSG单独仅依赖氢键（100%）；添加增鲜肽后，氢键占比降至36.36%-87.5%，疏水作用占比12.5%-50%，静电作用占比0%-18.18%。此外，T1R1/T1R3上的His 145、Asn 68、Gln 389、Ser 170、Gly 168、Ala 302、Tyr 218等残基与至少两种增鲜肽发生相互作用，可能是介导鲜味增强的关键活性位点。

 

该图展示了100 ns分子动力学模拟的各项参数变化。图7A为RMSD曲线：MSG-T1R1/T1R3复合物在前70 ns波动较大（RMSD=0.83 ± 0.12），添加增鲜肽后系统约在45 ns达到平衡，RMSD降至0.57-0.78，表明增鲜肽提高了复合物的稳定性。图7B为RMSF曲线：添加增鲜肽后，180-750号残基区域的波动幅度显著减小，RMSF从0.35降至0.32-0.33，说明肽与受体的附着更牢固。图7C为回转半径Rg：MSG单独复合物Rg=5.84 ± 0.06，添加增鲜肽后降至5.68-5.78，结构更紧凑。图7D为氢键数量：MSG单独平均4个氢键，添加增鲜肽后增至5-8个。图7E为溶剂可及表面积（SASA）：添加增鲜肽降低了SASA，使结构更致密。图7F为MMGBSA结合自由能：MSG单独结合能为-22.7 kcal/mol，添加TDPF、DPDWL、WGDP、LDGF后分别降至-25.5、-26.4、-28.9、-29.7 kcal/mol，证实增鲜肽显著增强了MSG与受体的结合稳定性。图7F（右侧） 还展示了自由能形貌图，添加增鲜肽后系统呈现更均匀、平滑的低能簇，表明稳定性提高。

 

该图展示了TDPF、DPDWL、WGDP、LDGF四种肽的静电势（ESP）分布图。红色区域表示正静电势（缺电子区，作为亲电中心和氢键供体），蓝色区域表示负静电势（富电子区，作为亲核中心和氢键受体）。LDGF和WGDP的酸性侧链周围呈现更广泛的蓝色区域和更负的静电势最小值，表明它们具有更大的富电子表面，可作为更强的氢键受体与MSG-T1R1/T1R3复合物作用。这与分子对接和MD结果一致：LDGF和WGDP结合能最低（-9.5和-9.0 kcal/mol），形成更多非共价接触，且感官评价中增鲜效果最强（协同效应）。相比之下，TDPF和DPDWL的负电区域较小，仅表现加和作用。该图从量子化学角度解释了增鲜肽结构与功能的关系。

 

总结 

 

在优化条件（底物浓度4.5%、胰酶添加量0.45%、pH 7.5、60°C、水解2 h）下成功制备了具有显著鲜味特征的米糠蛋白酶解物。经超滤（< 1 kDa）和60%乙醇沉淀获得的E3组分鲜味强度显著提高。肽谱分析从E3中鉴定出1751条肽，通过虚拟筛选获得10条候选鲜味肽。感官评价和电子舌分析证实，TDPF、DPDWL、WGDP和LDGF在不同MSG浓度（3、6、9 mg/mL）下均能显著提高鲜味强度和持续时间，表现出协同或加和作用，且增鲜效果随MSG浓度升高而减弱。分子对接显示，这些增鲜肽促进了MSG与T1R1/T1R3受体的结合，关键相互作用残基包括His 145、Asn 68、Gln 389、Ser 170、Gly 168、Ala 302和Tyr 218。分子动力学模拟进一步证明，增鲜肽的加入使MSG-受体复合物更稳定、更紧凑。密度泛函理论表明，具有较低静电势的增鲜肽（如LDGF和WGDP）能形成更多、更强的氢键，从而增强结合。这些结果为开发基于米糠蛋白的新型鲜味增强配料提供了可行策略，有助于降低食品中MSG和钠含量，并为米糠蛋白的高值化利用提供了新见解。未来研究应在细胞模型中验证增鲜效果，评估其在胃肠消化中的稳定性，并在实际食品基质（汤、酱等）中验证其性能。

 

原文DOI：https://doi.org/10.1016/j.fochx.2026.103779

 

来源：公众号-食品指南针

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/FafRCbUshR3709RnBUOgnA