近年來,隨著“食品感官組學”概念的興起,研究者逐漸認識到食品風味物質的價值不僅體現在感官特性上,更與神經愉悅效應存在潛在關聯。感官組學的研究揭示了食品風味的多感官特性,這種特性不僅僅依賴于味覺和嗅覺,還涉及到視覺、觸覺等多種感官的綜合作用,這種多感官的整合使得風味體驗更加復雜和豐富。在食品風味的研究中,代謝組學的應用為揭示風味物質的化學組成及其感官特性提供了新的視角。代謝組學不僅能夠全面分析食品中的化學成分,還能揭示這些成分在食品加工過程中的變化及其功能。這種方法的應用使得研究者能夠更準確地評估食品的感官特性,并通過與感官評價結果的結合,揭示風味物質與神經愉悅效應之間的關系。現有研究指出食醋攝入可能提升情緒狀態,但其中風味分子與嗅覺受體(ORs)之間的具體作用機制仍不明確。傳統感官評價與電生理實驗雖能驗證風味物質的整體效應,卻難以揭示“配體-受體”結合的動態過程、空間構象變化及能量穩定化機制。
計算生物學方法的突破為食品風味研究提供了全新視角。其中,分子對接(Molecular Docking, MD)與分子動力學模擬(Molecular Dynamics Sirmulation,MDS)技術憑借其高分辨率解析能力和動態過程捕捉優勢,成為破解配體-受體互作機制的利器。
基于上述背景與方法學進展,本研究首次將分子對接與分子動力學模擬技術整合應用于曬醋風味物質研究中,旨在從分子層面系統揭示高OAV風味化合物與愉悅受體相互作用的動態機制。首先,基于感官組學分析篩選曬醋中OAV>1的關鍵風味活性物質,再通過6enecards數據連管找開構建愉悅相關受體(PROR)如點群(波蓋內呼肽受體、多巴胺受體、而清玄受體及噪覺受體)。接看利用ALtoDock Vina等工具進行分子對接,預測風味分子與受體的最佳結合模式及結合自由能,識別關鍵作用位點,進而通過GROMACS實施毫秒級分子動力學模擬,分析復合物穩定性、構象漲落、結合能貢獻及信號傳導相關結構變化,最后通過感官評價驗證分子結合穩定性與愉悅度的相關性。從而解析曬醋中高OAV風味物質與神經受體相互作用的分子機制,不僅能夠揭示傳統發酵食品的“風味-愉悅”橋梁,也為開發具有情緒調節功能的新型食品提供了理論依據。
材料和方法
01試驗材料
四川曬醋(總酸(以乙酸計)>4g/100mL,產品執行標準:T/YTXTZH1-2020),四川太源井醋業有限公司;氯化鈉,天津市科密歐化學試劑有限公司;辛酸甲酯,上海麥克林生化科技有限公司;苯乙醇,上海麥克林生化科技有限公司;1,1-二甲基乙基-二甲基苯酚,上海化源世紀貿易有限公司;2-苯乙酸乙酯,上海麥克林生化科技有限公司;y-苯基-y-丁內酯,上海麥克林生化科技有限公司;4-乙基-2-甲氧基苯酚,上海麥克林生化科技有限公司;苯乙酸乙酯、上海麥克林生化科技有限公司;乙酸,上海麥克林生化科技有限公司。
02QDA感官評價驗證
按照GB/T 10220-2012挑選8名評價人員(男女各4名,年齡22-35歲,無嗅覺疾病史),采用正已醛(10 μg/L)、苯乙醇(50 pg/L)、Y-苯基-y-丁內酯(10 μg/L)等標準嗅味劑進行5天訓練,每日校準嗅覺敏感度與評分一致性,訓練后Kappa系數>0.75,確保評價可靠性,并布置感官評價環境。將分子對接中得到的結合能較低的幾組復合物所對應的六種單體化合物溶解于4.15%的乙酸水溶液中,采用10分制QDA方法評估曬醋化合物的愉悅度,0分代表無愉悅度,5分代表中等愉悅度,10分代表高愉悅度。
01試驗材料
四川曬醋(總酸(以乙酸計)>4g/100mL,產品執行標準:T/YTXTZH1-2020),四川太源井醋業有限公司;氯化鈉,天津市科密歐化學試劑有限公司;辛酸甲酯,上海麥克林生化科技有限公司;苯乙醇,上海麥克林生化科技有限公司;1,1-二甲基乙基-二甲基苯酚,上海化源世紀貿易有限公司;2-苯乙酸乙酯,上海麥克林生化科技有限公司;y-苯基-y-丁內酯,上海麥克林生化科技有限公司;4-乙基-2-甲氧基苯酚,上海麥克林生化科技有限公司;苯乙酸乙酯、上海麥克林生化科技有限公司;乙酸,上海麥克林生化科技有限公司。
02QDA感官評價驗證
按照GB/T 10220-2012挑選8名評價人員(男女各4名,年齡22-35歲,無嗅覺疾病史),采用正已醛(10 μg/L)、苯乙醇(50 pg/L)、Y-苯基-y-丁內酯(10 μg/L)等標準嗅味劑進行5天訓練,每日校準嗅覺敏感度與評分一致性,訓練后Kappa系數>0.75,確保評價可靠性,并布置感官評價環境。將分子對接中得到的結合能較低的幾組復合物所對應的六種單體化合物溶解于4.15%的乙酸水溶液中,采用10分制QDA方法評估曬醋化合物的愉悅度,0分代表無愉悅度,5分代表中等愉悅度,10分代表高愉悅度。
四川曬醋中香氣活性物質的感官評價
為驗證分子對接與動力學模擬結果對感官愉悅度的關聯,以6種核心香氣活性物質的感官評價得分為依據,分析愉悅感強度及潛在機制,配置乙酸-水溶液作為溶劑與陰性對照,樣本濃度等條件與前期檢測到的香氣活性成分(表1)一致。
為驗證分子對接與動力學模擬結果對感官愉悅度的關聯,以6種核心香氣活性物質的感官評價得分為依據,分析愉悅感強度及潛在機制,配置乙酸-水溶液作為溶劑與陰性對照,樣本濃度等條件與前期檢測到的香氣活性成分(表1)一致。
感官評價結果顯示(圖8),各樣本得分由高到低分別為M10、M19、M20、M14、M25、M5,不同樣本得分差異顯著(箱線圖中位值、25%-75%區間分布不同)。M10得分最高,推測對應香氣活性物質與受體作用強,分子動力學模擬后構象穩定,能高效觸發愉悅感,其OAV值為19973,該化合物嗅覺愉悅度較高,但其OAV值遠超其余化合物,過高的濃度可能使得M10溶液易造成嗅覺疲勞、采用 IBM SPSS Statistics 26 進行單因素方差分析,顯著性水平設為a=0.05,結果顯示,M10(8.2±0.5分)與M19 (7.9±0.6分)的愉悅度無顯著差異(P-0.32)。M19得分次之,其香氣活性物質可能通過疏水、氫鍵等協同作用,在感官層面呈現較好適配性與Liu Mingxiu等人的研究結果類似。M20、M14得分中等,或因氣味層次單一、OAV值低,雖結合靶點較好,但感官愉悅度受香氣復雜度限制。這兩種化合物中M20的OAV值為47.13,低于M14的65.4,但總體看來,M20的愉悅度更高,這可能是由于M20與靶點蛋白的結合性能更好,在低OAV的情況下依然能帶來高愉悅度;M25、M5得分低,可能與成分在感官層面的協同效應弱、香氣層次不足有關;MO為4.15%的乙酸溶液的對照組,僅有一定的刺激性氣味,故得分最低。
高得分樣本的愉悅感,源于分子層面與受體的穩定結合,在感官層面表現為香氣層次豐富、與天然嗅覺受體適配度高;低得分樣本則因結合后感官觸發機制不足(風味單一、OAV低),導致愉悅感弱。此結果呼應前期分子對接與動力學模擬結論-一分子結合穩定性與感官愉悅度正相關,但需疊加香氣復雜度、OAV值等感官因素,共同決定最終愉悅感強度,為從“分子作用”到“感官體驗”的關聯機制提供驗證,也為香氣活性物質篩選、調配優化提供依據。


結論
本研究整合感官組學、分子對接與分子動力學模擬技術,系統解析了四川曬醋中高OAV風味物質與愉悅相關受體的相互作用機制。通過篩選符合血腦屏障滲透性及理化參數(LogS>-4、LogP<5、分子量<300 Da)的23種關鍵風味活性物質,結合PPI網絡分析確定DRD2、MAOB、HTR2A、HTR2C為核心靶點,揭示了其通過G蛋白偶聯信號通路調控愉悅感知的分子基礎。
本研究整合感官組學、分子對接與分子動力學模擬技術,系統解析了四川曬醋中高OAV風味物質與愉悅相關受體的相互作用機制。通過篩選符合血腦屏障滲透性及理化參數(LogS>-4、LogP<5、分子量<300 Da)的23種關鍵風味活性物質,結合PPI網絡分析確定DRD2、MAOB、HTR2A、HTR2C為核心靶點,揭示了其通過G蛋白偶聯信號通路調控愉悅感知的分子基礎。
分子對接結果顯示,75%的受體-配體對結合自由能小于-4.25 kcal/mol,其中1.1-二甲基乙基-二甲基苯酚(M10)與MAOB結合能最低(-8.0 kcal/mol),y-苯基-y-丁內酯(M19)與DRD2、2-苯乙酸乙酯(M14)與HTR2A、4-乙基-2-甲氧基苯酚(M20)與HTR2C均形成穩定復合物,氫鍵與疏水作用為主要結合力。100 ns分子動力學模擬進一步證實,四類復合物通過“疏水核心錨定-極性作用輔助”機制維持結構穩定,芳香族與脂肪族殘基形成的疏水網絡及動態氫鍵共同保障結合特異性,自由能景觀圖顯示強穩定復合物呈集中能量簇,為信號傳導提供結構基礎。
感官評價驗證了分子結合穩定性與愉悅度的正相關,M10與M19得分最高,印證了高OAV物質通過受體靶向作用增強愉悅感知的機制。本研究首次在分子尺度構建了曬醋“風味成分-愉悅受體-信號通路”的關聯網絡,建立的“感官組學篩選-分子模擬驗證”研究范式,為解析傳統發酵食品的“風味-愉悅”關聯及開發情緒調節功能食品提供了理論依據與技術支撐。

