FSHW | 大豆皂苷在口腔中苦涩味感知的形成机制

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Introduction

大豆及其制品是居民餐桌的重要膳食组成部分，为人们提供了丰富的营养价值。在品尝豆制品时常常能感受到苦味与涩味，这一不良风味制约着大豆及其制品的发展。有研究表明，大豆皂苷（Soyasaponins，简称Ssa）是上述味觉体验的主要成因之一。

Ssa是一类存在于大豆及其制品中的天然五环三萜类化合物，由疏水性的糖苷和亲水性的糖基组成，具有多种生物活性，包括抗癌、抗氧化和降血糖等作用。然而，Ssa也给大豆产品带来了苦味和涩味，这些味道在一定程度上影响了大豆食品的风味和消费者的接受度。

武汉轻工大学朱力杰副教授课题组 最近的研究深入探讨了Ssa与口腔中的苦味受体和黏液如何相互作用，从而影响对含Ssa食物的味觉感知。在本文中，研究人员通过电子舌和感官实验对Ssa的苦涩味进行评估，结合人工唾液模拟口腔环境，研究Ssa在人工唾液中的胶束性质、Ssa对黏液内源荧光的影响、使用ITC分析了Ssa黏液相互作用的类型和强度、不同浓度Ssa溶液与含黏蛋白的人工唾液等体积混合后体系的粒径分布和浊度、Ssa在唾液界面的吸附行为及Ssa单体与苦味受体/黏液的分子对接。

Results and Discussion

电子舌及感官实验结果

将不同浓度Ssa样品溶解在超纯水中，并使用电子舌测定其口感特性。电子舌分析揭示了Ssa的主要味道特征时苦味和苦味余味（图1a），这些味道在Ssa浓度为0.025～1.5 mg/mL时显著增强，但超过0.5 mg/mL后苦味和涩味余味的强度没有进一步显著变化。低浓度Ssa（0.025～0.25 mg/mL）表现出明显的涩味余味，但随着浓度增加，涩味逐渐减弱。在高浓度Ssa（0.5～1.5 mg/mL）中，涩味余味不明显，可能是因为苦味和酸味掩盖了涩味。感官实验进一步证实了这些发现，表明在低浓度下有轻微的苦味和涩味，而在较高浓度下，主要是苦味和涩味，且整体评分在不同浓度下变化不大。

Ssa在人工唾液中的胶束性质

通过芘荧光探针法测量了Ssa溶液在人工唾液基础溶液和含黏液的人工唾液中的临界胶束浓度（CMC）。研究发现，Ssa的胶束形成与浓度紧密相关，当Ssa浓度低于CMC时，与口腔苦味受体的接触可能性较低，而浓度高于CMC时，Ssa能大量结合苦味受体，导致苦味增强。吡啶荧光测量（图2）显示了Ssa的胶束化过程，并且I1/I3值的变化趋势与Boltzmann曲线定律相符。比较图2a和2b，在没有添加Ssa的人工唾液中，I1/I3值较高，表明黏液的存在增加了吡啶微环境的疏水性。通过Boltzmann曲线拟合，计算出无黏液和有黏液唾液中Ssa的CMC分别为0.08102和0.64315 mg/mL。这表明Ssa与黏液的相互作用减少了溶液中游离Ssa单体的数量，增加了形成胶束所需的浓度，从而提高了CMC，这可能会提高Ssa的苦味阈值。

Ssa对黏液内源荧光的影响

研究使用荧光光谱仪测量了Ssa浓度对人工唾液中黏液荧光强度的影响，以探讨 Ssa与唾液黏液之间的相互作用如何影响口腔苦涩味的感知。Ssa浓度对黏液荧光光谱的影响如图3a和3b所示。在低浓度的Ssa（0～0.25 mg/mL）下，随着Ssa浓度的增加，黏液色氨酸的内源荧光强度增加，而荧光发射峰的位置发生蓝移（图3a），表明色氨酸残基周围的微环境疏水性增加，这表明Ssa主要通过疏水相互作用与黏液结合。而在高浓度的Ssa（0.5～1.5 mg/mL）下，黏液色氨酸的内源荧光强度被猝灭，荧光发射峰的位置显著红移（图3b）。这表明，当Ssa浓度高于CMC时，形成的胶束可能导致蛋白质发生显著展开，使色氨酸暴露于更极性的环境中。通过拟合Stern-Volmer方程中获得了线性图（图3c）。确定猝灭常数Kq，表明猝灭是通过生成非发光的基态复合物的静态猝灭发生的。这些发现有利于理解Ssa与唾液黏液相互作用的分子机制，以及这些相互作用如何影响口腔中苦涩味的感知。

使用ITC分析了Ssa黏液相互作用的类型和强度

使用Nano-ITC进行等温滴定微量热测量，通过测量结合时的焓变来表征Ssa与黏液之间的相互作用，如图4a所示，一旦将Ssa溶液注入黏液溶液中，就会出现明显的热流峰。随着注射次数的增加，反应热流逐渐减少并稳定。这表明，Ssa与黏液结合，随着Ssa浓度的增加，形成胶束覆盖了黏液表面，减少了黏液表面的可用结合位点，导致热量流减少。

通过独立结合模型拟合滴定曲线，获得了一系列的热力学参数（图4b），确定了Ssa与黏液之间的结合力的类型和强度。结合常数值Ka为1.025×103 L/mol，表明Ssa与黏液之间相互作用较弱。反应的焓变和熵变表明Ssa与黏液的结合是一个吸热反应，并且分子间力主要是疏水相互作用，这与内源荧光的结果（图3）一致。

粒子大小、浊度及Ssa在唾液界面的吸附行为

研究通过粒子大小、浊度及界面张力的测量，探讨了Ssa在唾液界面的吸附行为及其与黏液的相互作用。如图5a所示，在低浓度（0.025 mg/mL）Ssa下，人工唾液中的黏液粒子大小分布呈双峰，平均粒子大小约为359.4 nm。随着Ssa浓度的增加（0.05～1.5 mg/mL），粒子大小分布向更大的粒子转移，表明Ssa与与黏液的反应增强了粒子聚集。如图5b所示，导致浊度增加与粒子大小分析一致，表明Ssa与黏液的聚集反应导致浊度增加。在Ssa浓度达到一定水平后，浊度变化不明显，表明黏液反应接近饱和，这可能影响BA的感知。

如图5c所示，Ssa和黏液的吸附行为表明，它们具有表面活性，并能自发地吸附到气-水界面以降低界面张力。Ssa的五环三萜类结构和低分子量（约1 kDa）促进了其在界面的吸附。

Ssa-黏液相互作用通常影响界面吸附层的性质，对于Ssa-黏液复合物，界面吸附过程与Ssa浓度密切相关。如图5c所示，唾液的界面张力随着Ssa浓度的增加而逐渐降低。表明复合物协同降低了界面张力。如图5d所示，扩散速率常数Kdiff的变化，反应了Ssa在界面吸附过程中的扩散行为，低浓度时Kdiff随Ssa浓度增加而增加，而高浓度时Kdiff减少，可能是由于Ssa-黏液聚集体的形成和粒子尺寸的增加。这些结果能帮助读者理解Ssa在口腔界面的吸附机制及其对BA感知的影响。

分子对接

分子对接研究揭示了A类和B类Ssa与苦味受体和黏液的相互作用。A类Ssa以大豆皂苷A作为其基本结构，是一种二糖链皂苷。B类Ssa以大豆皂苷B为其基本结构，是一种单糖链皂苷。Ssa单体Aa、Ab、Ba和Bb是Ssa中最常见的单体（图6）。通过分子对接计算的相互作用能量表明，A类Ssa与苦味受体/黏液的相互作用能量比B类Ssa高，表明其苦味可能比B类Ssa更强。对接结果显示，Ssa与苦味受体/黏液的结合主要通过氢键和疏水相互作用，特定的氨基酸残基参与了这种结合。这些发现有助于理解Ssa如何影响苦味感知，并可能为改善含有Ssa的食品的风味提供指导。

Conclusion

本研究探讨了大豆皂苷（Ssa）与苦味受体和黏液的相互作用机制，以及Ssa在唾液界面的行为对其苦味和涩味表现的影响。研究发现，在高浓度下，Ssa的苦味会掩盖涩味。Ssa胶束在1～1.5 mg/mL的浓度下改变黏液结构，暴露内部色氨酸，而在0.05～1.5 mg/mL的浓度下，Ssa与黏液反应增加颗粒聚集，降低唾液的润滑性能。Ssa-黏液相互作用影响唾液界面吸附层，其复合物协同降低界面张力。Ssa单体和大豆皂苷通过氢键和疏水作用与苦味受体/黏液结合，其中A类Ssa的结合力更强，可能表现出更强的苦味和涩味。这些相互作用导致唾液黏液构象变化和聚集，降低唾液的摩擦润滑性能，进而影响味觉感知和传递。

朱力杰，男，武汉轻工大学食品科学与工程学院副教授，硕士生导师。主要从事皂苷与植物蛋白开发利用、食品胶体与界面化学等方面的科研工作。先后主持国家自然科学基金项目、省重点研发计划项目、省自然科学基金项目等课题10余项；在《Food Hydrocolloids》《Food Chemistry》《食品科学》等国内外重要学术期刊累计发表学术论文80余篇（SCI收录40余篇），获授权国家发明专利10项，参编出版教材、著作6部，以主要完成人获得科研、教学成果奖励10余项。入选省“百千万人才工程”、省农业领域青年科技创新人才，国家杂粮产业技术创新战略联盟理事、国家粮食产业科技创新（滨州）联盟理事、辽宁省食品科学技术学会青年委员，《Journal of Future Foods》《食品科学技术学报》青年编委，多本SCI收录期刊审稿人。

Molecular mechanisms of bitterness and astringency in the oral cavity induced by soyasaponin

Lijie Zhua,b,1, Yueying Panb,1, Yingyan Lib, Yingjie Zhoub, He Liub, Xiuying Liua,b,*

a School of Food Science and Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430028, China

b College of Food Science and Technology, Bohai University, Jinzhou 121013, China

1 Both authors contributed equally.

*Corresponding author.

Abstract

The interaction mechanism between soyasaponin (Ssa) and bitter receptors/mucin, as well as the saliva interface behavior of Ssa, were investigated to explore the presentation mechanism of Ssa bitterness and astringency (BA). Strong bitterness arising from high Ssa concentrations (0.5–1.5 mg/mL) had a masking effect on astringency. At Ssa concentrations of 1.0–1.5 mg/mL, Ssa micelles altered the structure of mucin, exposing its internal tryptophan to a more polar environment. At Ssa concentrations of 0.05–1.50 mg/mL, its reaction with mucin increased the aggregation of particles in artificial saliva, which reduced the frictional lubricating properties of oral saliva. Ssa-mucin interactions affected the salivary interfacial adsorption layer, and their complexes synergistically reduced the interfacial tension. Ssa monomers and soyasapogenols bind to bitter receptors/mucin via hydrogen bonding and hydrophobic interactions. Class A Ssa binds more strongly than class B Ssa, and thus likely presents a higher BA. In conclusion, Ssa interacts with bitter receptors/ mucin causing conformational changes and aggregation of salivary mucin, resulting in diminished frictional lubricating properties of oral saliva. This, in turn, affects taste perception and gustatory transmission.

Reference:

ZHU L J, PAN Y Y, LI Y Y, et al. Molecular mechanisms of bitterness and astringency in the oral cavity induced by soyasaponin[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(6): 3424-3433. DOI:10.26599/FSHW.2023.9250027.

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意

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