JAFC｜福州大学汪少芸教授团队在一区Top杂志发表：基于肽组学和分子模拟筛选特异抗冻多肽成果

近日，福州大学汪少芸教授团队在Agricultural and Food Chemistry杂志发表最新研究成果，标题为“Peptidomics & Molecular Simulation-Based Specific Screening of Antifreeze Peptides from Evynnis japonica Scale and the Action Mechanism”。

前言

在食品和生物医学领域，低温保存能够减缓微生物生长和降低酶活性。然而，在冷冻贮藏和运输过程中，温度波动会导致反复的冻融循环，导致冰的再结晶和食品品质劣化，从而影响其风味、质地和功能特性。食品工业中，冷冻保护剂被认为是一种至关重要的添加剂。在整个冷冻和解冻过程中，冷冻保护剂能够降低水的结晶和融化速率，从而有助于保持食品的品质和新鲜度。来自天然来源的抗冻肽，因其在低温保存和冰抑制方面的潜在应用而备受关注，而其较高的食品安全性、营养价值和成本效益使其在食品保存行业具有吸引力。

鲷鱼（Evynnis japonica）是一种具有重要经济价值的海洋鱼类，其体内可能积累肽结构，有助于抗冻能力。在鱼类产品的开发中，鳞片通常被认为是废物，导致资源浪费和环境污染。鲷鱼鳞片富含胶原蛋白，利用这些鳞片开发抗冻肽，不仅可以最大限度地利用资源，减少浪费，还可以增加鱼类加工副产品的价值。此外，它还促进了自然资源的可持续利用，支持鱼类加工业的发展，符合当前可持续和有益的食品添加剂的趋势。

本研究假设鲷鱼鳞片抗冻肽（Evynnis japonicascale antifreeze peptides，Ej-AFP）通过与冰晶的特异性相互作用表现出优越的抗冻活性。推测这种活性是由肽的独特氨基酸序列和结构特征驱动的，使其能够有效抑制冰晶生长。基于这一假设，首先研究Ej-AFP对冻融鱼糜的质量调控。利用冰亲和技术和质谱技术对Ej-AFP进行纯化和测序。采用肽组学方法根据不同标准筛选特异性抗冻肽。而后，验证特异性抗冻肽的抗冻活性。最后，通过分子对接和分子动力学模拟，阐明抗冻肽的构效关系及其与冰晶的相互作用机制。实验示意图如图1所示。

本研究通过酶水解制备了鲷鱼鳞片抗冻肽Ej-AFP，与传统冷冻保护剂相比，其对鱼糜的保护效率提高4 倍。此外，Ej-AFP能够将63.60%的冰晶控制在600 µm²以下。使用冰亲和技术和肽组学纯化出3 个抗冻肽序列。这些序列与Ej-AFP相比，抗冻活性提高了21.75%，热滞活性提高了1 ℃。分子模拟阐明了多肽的冰结合表面通过氢键与冰晶相互作用，而非冰结合表面破坏了水分子的有序排列。这导致肽周围形成结构紧密的水合层，增加了冰晶表面的曲率，从而在控制冰晶生长方面表现出显著的抗冻活性。

本研究旨在探究食源抗冻多肽的冷冻保护机制，并开发新型冷冻保护剂以提高冷冻食品的品质。本发现可以启发利用其他农业副产品开发类似的技术，从而促进农业和食品化学的创新。

实验原理

A.解冻损失；B.蒸煮损失；C.微观结构。字母不同表示组间差异显著（P＜0.05）。

Ej-AFP对鱼糜冻融循环的影响

A. I-Ej-AFP的总离子色谱图；B. IY-AFP、GG-AFP、NK-AFP的MS/MS谱；C. IY-AFP、GG-AFP、NK-AFP的平面结构和二级结构模型。注：红丝带结构为α-螺旋，绿色杆状结构为无规卷曲。青色为亲水区域，橙色为疏水区域。

抗冻肽的序列筛选

A～F.分别为BSA、Ej-AFP、I-Ej-AFP、IY-AFP、GG-AFP、NK-AFP的DSC热图；G.热滞活性；H.冰晶含量；I.嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）存活率。字母不同表示组间差异显著（P＜0.05）。

Ej-AFP抗冻活性表征

A～C. IY-AFP、GG-AFP和NK-AFP与冰棱柱的分子对接；D～F. IY-AFP、GG-AFP、NK-AFP与冰棱柱的相互作用机制示意图。

抗冻肽和冰晶之间的相互作用

A. IY-AFP、GG-AFP、NK-AFP对冰晶生长轨迹的动态模拟结果；B. IY-AFP、GG-AFP、NK-AFP与水分子之间氢键数量变化；C. 4 种体系总能量变化。

抗冻肽抑制冰晶生长的分子动力学模拟

https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c09419

专家介绍

汪少芸 二级教授/博士生导师

福州大学生物科学与工程学院 院长

福州大学海洋科学与技术研究院 院长

美国威斯康星大学和美国加州大学戴维斯分校博士后，现担任二级教授、博士生导师，福州大学生物科学与工程学院院长，福州大学海洋科学与技术研究院院长。入选全国“三八”红旗手、国家“万人计划”科技创新领军人才、国务院特殊津贴专家、科技部中青年科技创新领军人才、省A类高层次人才、省高层次创新人才、省科技创新领军人才。担任国家“一流专业”负责人、“生物与医药”博士点负责人、省协同创新中心主任、省工程研究中心主任。兼任 《Food Biomacromolecules》主编，《Food Frontiers》副主编，《Food Science of Animal Products》科学主编，《Food Science and Human Wellness》、《Journal of Future Foods》、《食品科学》、《食品工业科技》和《福州大学学报》 （自然科学版）编委，《中外食品技术》首批翻译专家。主持承担省部级以上及横向重大重点项目40余项，编写著作8 部，获授权发明专利79 件，发表SCI/EI收录学术论文230篇，多篇论文获中国食品学会创新科技论文一等奖和福建省自然科学优秀论文一等奖，入选Elsevier全球前2%顶尖科学家榜单。主持成果获国际食品功能因子（ICOFF）学术大会奖、中国轻工业联合会科技进步一等奖、中国石油和化工联合会科技进步一等奖、中国产学研合作创新成果一等奖、中国食品工业协会科技进步一等奖、中国食品产学研优秀科研成果一等奖、福建省科技进步一等奖、福建省自然科学二等奖、福建省科技进步二等奖（排名均第1）；获紫金科技创新奖、厦航奖教金奖；获评宝钢优秀教师、卢嘉锡优秀导师、中国食品科技学会科技创新-杰出青年、省优秀教师、省最美科技特派员、省优秀科技工作者。

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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