超声波促进食品中蛋白质糖基化反应的机制研究

Protein glycation in food system straightly affect the processing characteristics, sensory quality, the nutritional value and safety of food. Previous study found ultrasound treatment could promote protein glycation. However, the promotion mechanism still needs elucidation. In this project, the bovine serum albumin (BSA) is studied and it is glycated with galactose after ultrasonication. The spectroscopy, proteomics (such as HDX-MS, LC-FTICR-MS, LC-ETD-MSn) are employed to probe the precise structure of the protein and its glycated protein before and after ultrasonication to explore the effect of ultrasonication on the structure of the protein and its glycated products. The physicochemical analysis, spectroscopy, mass spectrometry are used to identify and analyze the typical glycation products to reveal the effect of ultrasonication on the glycation course. The functional properties of the glycated products are studied by physicochemical analysis and the structure-functional properties relationship is established by statistics. Combined with the theories related to protein chemistry, the relationship between the structure of the ultrasound modified protein and the protein glycation reaction is established to understand the mechanism of ultrasonication promoting protein glycation, ultimately, providing basis for the application of ultrasound in food industry.

食品中蛋白质的糖基化反应直接影响食品的加工特性、感官品质和营养安全性。前期研究发现超声波可促进蛋白质的糖基化反应，但其促进机制还不清楚，有待深入研究。本课题拟以BSA为研究对象，采用超声波技术对其进行改性后，再与半乳糖进行糖基化反应，利用光谱学、蛋白质组学（如HDX-MS, LC-FTICR-MS, LC-ETD-MSn）等技术解析超声波改性前后蛋白质及其糖基化蛋白的精细结构，探明超声波对蛋白质结构及其糖基化蛋白结构的影响规律；采用理化分析、光谱学和质谱技术分析鉴定糖基化反应的典型产物，阐明超声波对糖基化反应历程的影响；利用理化分析研究糖基化蛋白的功能性质，并用统计学方法构建糖基化蛋白质结构-功能性质之间的相关性模型；结合蛋白质化学等相关理论建立超声波改性蛋白质结构与蛋白质糖基化反应之间的相关性，从分子水平探明超声波对蛋白质糖基化反应的促进机制，从而为超声波在食品工业中的应用提供理论依据。

前期研究发现超声波会改变蛋白质的结构，促进其糖基化修饰，且蛋白质的修饰位点和修饰程度与其高级结构密切相关，但超声波促进糖基化修饰的机制尚不清楚。因此，本项目以牛血清白蛋白(BSA)和花生分离蛋白（PPI）为研究对象，结合超声波和糖基化反应对其进行修饰；采用氢氘交换质谱技术研究不同压力改性BSA的结构；运用光谱技术对改性PPI的二级结构、空间结构和性质进行评估；采用质谱技术鉴定超声处理前后的BSA与不同糖的糖基化特性、糖基化位点，并准确鉴定各个肽段的糖基化修饰程度，同时对糖基化蛋白质的结构和空间构象进行解析；通过控制超声波处理条件（超声时间、功率和温度）辅助糖基化（半乳糖、葡萄糖）修饰制备不同超声波条件和不同糖基化条件的样品，运用光谱技术对改性BSA的二级结构、空间结构和性质进行评估；建立糖基化蛋白质结构-功能性质的关系。结果显示：超声波处理使BSA结构被破坏，总体结构变松散，结构域I、II和III趋于去折叠状态；而相对于天然PPI，超声波处理后PPI的分子量和二级结构没有显著变化，三级结构发生显著变化；超声波处理能够显著提高BSA-半乳糖体系、BSA-核糖体系、BSA-己糖体系的糖基化程度，改变其一级、二级、三级结构，能够增加糖基化产物的生成；超声波预处理协同糖基化反应能有效地改变BSA空间构象、BSA的肽段，促进其糖基化反应，增加糖基化位点及提高糖基化程度。这些结果为蛋白质的定向改性提供理论基础，为超声波在食品工业中的应用提供理论依据，为食品加工过程中的安全控制提供指导。