基于人工甜味受體模型的甜味識別機(jī)理研究.pdf

1、甜味是食品科學(xué)的一個基本問題，甜味感官特征的評價一直依賴于人的感官品評。由于品評人員個體、性別及閱歷等生理和心理的差異，很大程度上制約了對甜味感受真實(shí)、客觀的表達(dá)。而且，基于實(shí)驗(yàn)條件的限制和甜味感覺的特殊性，人們至今沒有完整理解甜味分子的感受機(jī)理。而在甜味抑制劑研究方面，雖然人們對甜味抑制劑作用位點(diǎn)達(dá)成了共識，但有關(guān)甜味抑制物質(zhì)起作用的機(jī)制是競爭性的還是非競爭性的，仍然沒有統(tǒng)一的結(jié)論。
　　 本課題組前期以富勒醇C60(OH)1

2、8作為人工甜味化學(xué)受體模型，運(yùn)用等溫滴定量熱(ITC)方法探索甜味識別的熱力學(xué)，研究結(jié)果表明富勒醇對人工甜味劑、天然甜味劑都具有較好的識別效果，其作為模型化合物研究甜味機(jī)理具有可行性。本論文進(jìn)一步運(yùn)用感官品評、ITC、核磁共振(NMR)和分子模擬(MS)等多種實(shí)驗(yàn)手段共同研究人工甜味受體模型與甜味抑制劑，甜味異構(gòu)體、甜味增強(qiáng)劑的識別作用，以期獲得甜味機(jī)理方面更多的信息。
　　 本課題研究的內(nèi)容有：
　　 (1)人工甜味化

3、學(xué)受體模型與甜味抑制劑作用的研究
　　 采用甜味抑制劑(HPMP)和十四種常用甜味劑，通過前期建立的人工甜味受體模型ITC滴定模式，獲得抑制過程中熱力學(xué)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明富勒醇優(yōu)先自發(fā)識別HPMP，疏水作用力在識別過程中起著重要作用，HPMP和甜味劑同富勒醇的結(jié)合具有競爭性。
　　 采用“快速作用-有無法”的品評模式進(jìn)行HPMP感官實(shí)驗(yàn)，通過比較加入甜味抑制劑前后甜味劑察覺閾值，發(fā)現(xiàn)HPMP對不同結(jié)構(gòu)甜味劑的抑制效果不同

4、，離子對其作用無明顯影響，抑制效果可以用Ik（甜味抑制度）量化表示。
　　 比較富勒醇識別過程中熱力學(xué)參數(shù)與Ik，發(fā)現(xiàn)熱力學(xué)平衡常數(shù)的比值（K1/K2）與Ik有一定的相關(guān)性，K1/K2比值越大，甜味抑制度Ik越高，由此佐證了甜味抑制機(jī)理可能是甜味抑制物質(zhì)競爭地與味蕾受體結(jié)合產(chǎn)生的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步說明利用人工受體模型研究甜味機(jī)理的有效性。
　　 (2)人工甜味受體模型與甜味劑異構(gòu)體作用的研究
　　 通過ITC、NM

5、R和MS等技術(shù)共同研究富勒醇與單糖異構(gòu)體的作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在溶液中多種單糖異構(gòu)體共存的情況下，富勒醇與β型異構(gòu)體結(jié)合更穩(wěn)定，優(yōu)先與之形成氫鍵，此過程中釋放出的能量可以提供α型異構(gòu)分子轉(zhuǎn)化成β型異構(gòu)分子所需的構(gòu)象轉(zhuǎn)化能，打破溶液中原有的變旋平衡，向生成β型異構(gòu)體的方向移動，導(dǎo)致溶液中β型異構(gòu)體比例明顯增加。因此可以推測，單糖分子接近味蕾受體時，可能也引起甜味劑異構(gòu)體的平衡移動，導(dǎo)致異構(gòu)體的比例發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為各種糖類異構(gòu)體的甜度差異

6、。
　　 (3)人工甜味化學(xué)受體模型與甜味增強(qiáng)劑作用的研究
　　 通過MS手段進(jìn)行富勒醇分子與甜味增強(qiáng)劑的相互作用的研究，結(jié)果表明甜味增強(qiáng)劑與富勒醇形成氫鍵后，還與甜味分子形成較強(qiáng)氫鍵，這樣就拉近了甜味分子與富勒醇的距離，增強(qiáng)了甜味分子與富勒醇的氫鍵強(qiáng)度，使其更好地與富勒醇進(jìn)行識別。因此可以推測，甜味增強(qiáng)劑在與味蕾受體結(jié)合的同時，還能與甜味分子形成較強(qiáng)氫鍵，從而增強(qiáng)了甜味分子與味蕾受體的識別作用，實(shí)際表現(xiàn)為增強(qiáng)劑單獨(dú)使用

7、不產(chǎn)生甜味，但和甜味劑共同使用能有效增強(qiáng)甜感。
　　 (4)不同結(jié)構(gòu)的人工甜味受體模型與甜味劑相互作用的研究
　　 通過分子動力學(xué)模擬，對現(xiàn)有人工甜味受體模型C60(OH)18進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明富勒醇隨碳數(shù)增加碳球籠體積增大，在理想稀溶液中，分子表面疏水作用力增加，無法更好與甜味分子識別；富勒醇羥基數(shù)的增加會使其與單糖分子的結(jié)合能增加，識別作用更加明顯，但是羥基數(shù)過多會減小分子表面疏水作用力，分子表面的羥基因?yàn)榫?/p>

8、離過近會相互吸引形成分子內(nèi)，增大識別過程中噪音能量，不利于富勒醇分子與單糖分子的識別作用。因此，結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果表明C60(OH)20更適合作為人工甜味受體模型。
　　 總之，本文在前期研究的基礎(chǔ)上，采用多種實(shí)驗(yàn)手段，進(jìn)一步利用富勒醇作為人工甜味受體的模型化合物研究了它與甜味劑異構(gòu)體、甜味抑制劑和甜味增強(qiáng)劑的相互作用，在目前人們未能獲得甜味蛋白精細(xì)結(jié)構(gòu)之前，研究結(jié)果對于理解甜味識別、甜味抑制機(jī)理和甜味增強(qiáng)機(jī)理具有一定的意義，同時也豐