虾夷扇贝生殖腺酶解物凝胶化行为的分子基础研究

Edible gel is an important functional structure in food system playing a crucial role in food stability, carrier transport, flavor release, etc. Our previous studies have indicated that enzymatic hydrolysates from scallop (Patinopecten yessoensis) male gonad (SMGHs) form the gelatinous products with peptides as the main composition having certain gel strength. The gel network of SMGHs is primarily maintained by electrostatic and hydrophobic interactions. However, what kinds of peptide are in the gel of SMGHs? What kinds of key peptides do determine the gelation behavior? The answers of these questions remain uncertain. Therefore, concerning these questions, the objective of this project is to elucidate the molecular basis for gelation behavior of SMGHs by combining the techniques of proteomics, transcriptomics, in silico analysis and bioinformatics software. Firstly, the sequence informations of proteins in scallop (Patinopecten yessoensis) male are determined by integrated analysis of proteomics and transcriptomics data. Secondly, the sequence informations of peptids in SMGHs are comprehensively analyzed by using in silico analysis with parameter of trypsin. Thirdly, the cationic, anionic and hydrophobic peptides are screened by bioinformatics software on the basis of electrostatic and hydrophobic interactions. The key peptides are identified by physical and morphological methods for gelation. Consequently, the studies of this project will establish the molecular basis for gelation behavior of enzymatic hydrolysates from scallop (Patinopecten yessoensis) gonad.

食用凝胶是食品体系中重要的功能性结构，在稳定食品、载体输送、风味控释等方面发挥重要作用。前期研究发现，虾夷扇贝雄性生殖腺经酶解后，形成以肽为主体、具有一定强度的凝胶状产物，维系其凝胶网络的作用力主要为静电和疏水作用。然而，虾夷扇贝生殖腺酶解物凝胶中有哪些肽分子？决定其凝胶化行为的关键肽分子有哪些？目前尚未明确。针对上述问题，本项目拟联合转录组、蛋白组、模拟（in silico）分析及生物信息软件，揭示其凝胶化行为的分子基础。首先，利用蛋白质组学和转录组学整合分析，获得虾夷扇贝雄性生殖腺蛋白质的序列信息。其次，利用模拟（in silico）分析手段，选取胰蛋白酶为参数，获得酶解物中肽分子的序列信息。再次，利用生物信息软件，基于静电和疏水作用特性，筛选获得阴/阳离子肽、疏水肽的生物信息；结合凝胶化物性学与形态学表征方法，甄别并获得关键肽分子，从而构建虾夷扇贝生殖腺酶解物凝胶化行为的分子基础。

食用凝胶是食品体系中重要的功能性结构，在稳定食品、载体输送、风味控释等方面发挥重要作用。本项目联合蛋白质鉴定、模拟（in silico）分析、生物信息软件及物性表征，揭示虾夷扇贝生殖腺酶解物凝胶化行为的分子基础。结果显示，利用SDS-PAGE和nanoLC-MS/MS获得14条蛋白质序列。结合虾夷扇贝雄性生殖腺酶解物的凝胶特性，利用in silico模拟水解的方式，采用PeptideCutter工具和胰蛋白酶为参数，共获得414条肽序列，其中有56条重复序列。利用INNOVAGEN工具，对获得的产物肽进行等电点、正负电荷、溶解性和分子量分析。在pH7的条件下，阳离子肽的占比达到50%，且82%的阳离子肽具有良好的水溶性，在这些阳离子肽中，以分子量在200-300 kDa的短肽为主，包括16条2肽和2条3肽。同时，在进行in silico模拟水解过程中，可产生大量的游离氨基酸，包括赖氨酸和精氨酸，而这两种氨基酸均具有正电荷。因此，进一步以带有电负性的卡拉胶为对象，利用外观形态表征明确了赖氨酸在凝胶化作用中起到重要作用。基于赖氨酸和卡拉胶的协同凝胶化作用，进一步以赖氨酸为切入点筛选获得11种含有赖氨酸侧链的二肽分子。除WK以外，其他二肽均与卡拉胶发生协同凝胶化作用，可以形成牢固的凝胶，作用强弱为AK>MK>SK>VK>GK>LK>TK>CK>FK>NK。此外，利用DNase去除虾夷扇贝生殖腺酶解物中DNA组分后，酶解物从弱凝胶状转变为液态，而卡拉胶参与的协同凝胶化凝胶则显现出极高的储能模量。上述结果说明含有赖氨酸的二肽是虾夷扇贝生殖腺酶解物凝胶化的关键分子，且DNA也有重要贡献。以上研究成果发表SCI收录论文6篇、中文核心期刊论文1篇，获得国家科学技术进步二等奖1项，申请国家发明专利5件，培养硕士研究生4名，为丰富海洋食品胶体奠定研究基础。