玉米醇溶蛋白β-折叠结构稳态化形成机制

Functionalizing zein has become the gluten-free cereal chemistry areas of research focus. Zein can accumulate β-sheet-rich secondary structure under certain conditions and improve the viscoelastic properties of the system. The applicants had previously obtained a β-sheet-rich zein system. However, it has become a key bottleneck in current applications for the instability of β-sheet structure in the system. Therefore, the following work need to be done: ① The interaction of different conditions and components on zein will be analyzed to make the key factors explicit, which could influence the formation and stability of β-sheet structure. ② Using homologous short peptides to mimic the aggregation of zein, the molecular dynamics models of dimers and oligopeptides of zein with different molecular scale will be constructed to explore the formation process of the β-sheet structure and its interaction forces. Short peptide sequences with strong β-sheet aggregation-prone will be predicted. ③ The β-sheet aggregation-prone short peptide will be synthesized. The transformation ability and structural stability β-sheet will be verified to elucidate the mechanism of steady state zein β-sheet structure formation. The results are expected to provide forward strategies to develop the functionalized protein materials and theoretical support for the production of gluten-free food.

玉米醇溶蛋白（zein）的功能化是近年来无麸质谷物化学领域的关注焦点。zein在特定条件下可积累形成富含β-折叠的二级结构，提高体系的粘弹性能。申请者前期研究获得富含β-折叠结构的zein体系，因其体系中β-折叠结构不稳定，已成为当前应用的关键瓶颈。本项目拟：①通过不同条件及组分对zein的相互作用研究，解析影响β-折叠结构形成和稳定性的关键因素；②采用同源性短肽模拟zein的聚集性，构建不同分子尺度zein的二聚体和低聚肽等分子动力学模型，探究其β-折叠结构的形成过程及其存在的相互作用力，推测具有强聚合倾向的β-折叠结构短肽序列；③合成强聚合倾向的β-折叠结构短肽序列，验证其β-折叠结构转化能力和结构稳定性，阐释zeinβ-折叠结构的稳态化形成机制。研究结果期望为蛋白功能化材料研发提供思路借鉴为无麸质食品生产提供理论支撑。

玉米醇溶蛋白是玉米淀粉加工的主要蛋白副产物，在适当调控下可具有良好的拉伸延展等功能性能，在无麸质食品加工、蛋白膜制备等方面具有良好的应用潜力。为实现玉米醇溶蛋白功能的稳定化调控，本研究（1）开展了有机酸（乳酸）对玉米醇溶蛋白调控机理的研究。结合分子性质、结构检测及分子柔性预测等研究结果，适当的乳酸添加可提升玉米醇溶蛋白的可延展性能，在反溶剂制备过程中添加15%的乳酸可使玉米醇溶蛋白的拉伸性能提高3.9倍。脱酰胺作用可使蛋白表面疏水性降低，静电斥力增加，分子结构得到舒展，分子有序结构比例增加，分子柔性提高，分子间的聚集度有所降低，更有利于在混合体系中均匀分布获得良好的拉伸粘弹功能特性；（2）开展了糖对玉米醇溶蛋白水合作用的影响及机理研究，分析了从单糖到寡糖对玉米醇溶蛋白水合状态及加工性能的影响规律，糖溶液环境显著降低玉米醇溶蛋白的持水能力，使蛋白颗粒间缔合程度增加，糖分子形成空间位阻作用及蛋白的表面疏水性改变是功能调控的根本原因；（3）基于玉米醇溶蛋白拉伸粘弹等功能特性调控机理的研究，通过适宜的乳酸作用，结合适宜的揉混、加热等加工工艺，可制备模拟市售产品品质的无麸质面条、植物基干酪。本研究结果为玉米醇溶蛋白在食品工业领域的应用奠定了理论基础。根据任务书要求，本项目发表论文6篇，申请授权国家发明专利2项，并获得专利许可1项，按要求完成项目任务。