醋酸水溶液体系中玉米醇溶蛋白纤维化分子机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31901641
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2002.食品生物化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

As a natural non-allergenic plant protein, zein can form micro-and/or nano-aggregates with particular structures and functions through molecular self-assembly, which are widely applied in the food industry. The result from our preliminary experiment shows that zein could form filamentous nanofibers in aqueous acetic acid, which is quite different from the previous reports that zein commonly forms spherical nanoparticles in aqueous ethanol. The finding indicates that different solvents would affect the self-assembly behavior of biopolymers. In the current project, the aqueous acetic acid is chosen as the model system and the effects of intermolecular forces mediated by different experimental parameters on zein molecular structure and its fibrillation behavior will be explored. The molecular dynamics simulation techniques will be applied to analyze the formation process of zein fibers and to reveal the fibrillation mechanism of zein in terms of molecular interactions. Based on the glass transition characteristics of zein, the antisolvent precipitation method by adding cold distilled water to the hot aqueous acetic acid of zein is going to be developed for preparing zein nanofibers, and system temperatures will be optimized to achieve the oriented structural design and regulation of zein nanofibers. The relationship between the fiber structure and dough rheological properties of zein will be clarified. The implementation of this project would improve the present available theory of protein fibrillation, and provide a technical support for zein nanofibers to be a new kind of functional food ingredients.
玉米醇溶蛋白为天然非致敏性植物蛋白,通过分子自组装可形成特定结构与功能的微纳米聚集体,在食品领域应用广泛。目前研究多聚焦在乙醇水溶液体系中解析其形成纳米颗粒的自组装特性。申请人新近发现,玉米醇溶蛋白在醋酸水溶液体系中可形成丝状纳米纤维,说明不同溶剂体系对分子自组装行为产生重要影响。本项目以醋酸水溶液为模式体系,探究不同实验参数介导的分子作用力对玉米醇溶蛋白分子结构及其纤维化行为的影响规律,结合分子动力学模拟纤维形成过程,在分子驱动力层面揭示玉米醇溶蛋白纤维形成机制;基于玉米醇溶蛋白玻璃化转变特征,构建热溶冷反法制备玉米醇溶蛋白纳米纤维,通过调节体系温度,实现纳米纤维结构定向设计与调控;深入挖掘玉米醇溶蛋白纤维结构与玉米醇溶蛋白面团流变特性之间的关联,阐明其内在关系。本项目实施不仅可丰富与完善现有蛋白质纤维化基础研究理论,而且为醇溶蛋白纳米纤维作为新型食品功能配料提供技术支撑。

结项摘要

分子自组装是蛋白分子在一定条件下通过非共价相互作用自发形成具有特定结构与功能聚集体的过程,解析该过程对蛋白质的功能及应用研究至关重要。玉米醇溶蛋白是从玉米淀粉加工副产物中提取得到的天然蛋白质,是玉米副产物综合开发利用高附加值产品中的一种。与致敏性小麦蛋白不同,玉米醇溶蛋白为非致敏性蛋白,且具有独特自组装特性、成膜性、生物相容性和可降解性,是公认为安全的食品级原料。本项目以玉米醇溶蛋白为代表性植物蛋白原料,以乙醇水溶液和醋酸水溶液为模式体系,通过控制实验参数,调节分子内和分子间疏水作用和静电作用,发现玉米醇溶蛋白可形成蠕虫状、棒状、丝状纤维等多尺度微纳米聚集体,突破了现有报道玉米醇溶蛋白仅形成单一球形聚集体形貌的局限性,为制备结构多样、功能丰富的新型食品配料奠定理论依据与技术支撑。此外,基于分子工程原理,通过调控玉米醇溶蛋白分子内相互作用和蛋白分子与溶液间相互作用的微平衡,建立了一种自下而上热诱导分子自组装方法,实现了玉米醇溶蛋白分子自组装形貌的定向设计与调控,研制了玉米蛋白面筋、植物蛋白奶酪、脂肪替代等产品,为非致敏性植物基食品开发提供重要技术支撑。围绕上述研究结果,在Food Hydrocolloids等权威杂志上发表SCI第一标注论文5篇,授权发明专利3项。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Prolamin-based complexes: Structure design and food-related applications.
基于醇溶蛋白的复合物:结构设计和食品相关应用。
  • DOI:
    10.1111/1541-4337.12713
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    Comprehensive reviews in food science and food safety
  • 影响因子:
    14.8
  • 作者:
    Jingru Song;Cuixia Sun;Khalid Gul;Analucia Mata;Yapeng Fang
  • 通讯作者:
    Yapeng Fang
Zein molecules in aqueous acetic acid solution: Self-assembling behaviors and formation mechanism of gluten-free doughs
乙酸水溶液中的玉米醇溶蛋白分子:无麸质面团的自组装行为和形成机制
  • DOI:
    10.1016/j.ifset.2022.103092
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
    Elsevier
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Cuixia Sun;Zheqiang Xiong;Yuyang Chang;Saiya Li;Yin Zhang;Yapeng Fang
  • 通讯作者:
    Yapeng Fang
Fabrication of Composite Structures of Lysozyme Fibril–Zein using Antisolvent Precipitation: Effects of Blending and pH Adjustment Sequences
使用反溶剂沉淀制备溶菌酶原纤维 - 玉米醇溶蛋白的复合结构:混合和 pH 调节顺序的影响
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.0c03757
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Agricultural and Food Chemistry
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Song Jingru;Cuixia Sun;Xiang Yanwei;Xie Yun;Analucia Mata;Yapeng Fang
  • 通讯作者:
    Yapeng Fang
Environmental parameters-dependent self-assembling behaviors of α-zein in aqueous ethanol solution studied by atomic force microscopy
原子力显微镜研究α-玉米醇溶蛋白在乙醇水溶液中的环境参数依赖性自组装行为
  • DOI:
    10.1016/j.foodchem.2020.127349
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Food Chemistry
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Cuixia Sun;Zheqiang Xiong;Junwei Zhang;Yapeng Fang
  • 通讯作者:
    Yapeng Fang
Fabrication, Characterization, and Formation Mechanism of Zein- Gum Arabic Nanocomposites in Aqueous Ethanol Solution with a High Ethanol Content
高乙醇含量乙醇水溶液中玉米醇溶蛋白阿拉伯胶纳米复合材料的制备、表征及形成机制
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.9b08179
  • 发表时间:
    2020-11-18
  • 期刊:
    JOURNAL OF AGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Song, Jingru;Sun, Cuixia;Fang, Yapeng
  • 通讯作者:
    Fang, Yapeng

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  • 通讯作者:
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植物蛋白纳米纤维调控大豆分离蛋白分子聚集行为及高湿挤压组织化特性的机制研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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