《食品科学》：江苏省农业科学院张丽霞研究员等：蓝莓花青素/蚕豆蛋白复合物的相互作用机制及其理化性质与体外模拟消化分析

蓝莓（Vaccinium spp.）果实富含花青素类多酚物质，其中锦葵素-3-O-半乳糖苷和矢车菊素-3-O-半乳糖苷约占其总花青素含量的65%以上。蓝莓花青素（BA）作为黄酮类水溶性色素，能够通过清除自由基、调节炎症因子表达等多种途径发挥生物活性作用。然而，花青素稳定性较差，在光照、温度和pH值等环境因素影响下易发生降解，导致其生物利用度下降，这一特性限制了其在食品工业中的广泛应用。蛋白质作为一种天然大分子，具有良好的生物相容性和多样的功能特性，其独特的三维空间结构能够通过非共价相互作用包埋生物活性物质，在功能性成分递送方面显示出广阔前景。近年来，利用蛋白质载体提升花青素稳定性的研究逐渐受到关注。Ao Le等发现，花青素与蛋白质通过共价结合形成复合物，有助于维持花青素的稳定性。Ma Kaiyuan等证实，蛋白质二级结构重排可增强其与花青素之间的分子间作用力，从而改善花青素的稳定状态。Mutlu等研究指出，复合物产生的空间位阻效应减少了花青素与外界环境的接触，有利于保持其抗氧化活性。

蚕豆蛋白（VFP）因其营养均衡、氨基酸组成合理及独特的两亲性结构，被认为是一种具有潜力的功能性成分载体。然而，在接近其等电点或中性pH值条件下，其溶解性较差且易发生聚集沉淀，限制了实际应用。花青素可通过氢键、疏水作用等分子间作用力与蛋白质结合，形成稳定的复合物，从而改善蛋白质的功能特性。研究表明，花青素与蛋白质的结合可诱导蛋白质结构展开，进而增大其粒径并降低表面疏水性。Wang Yun等研究发现花青素-蛋白质复合物不仅能改善蛋白质的色泽，还可显著延缓其体外消化速率。Feng Yulin等进一步表明，花青素-蛋白质复合物能够显著增强蛋白质的持水性与持油性，拓展其在食品工业中的应用前景。目前，关于BA-VFP复合物的相互作用及其理化特性及体外模拟消化的研究鲜见报道。江苏省农业科学院农产品加工研究所王冰、张丽霞*，淮阴工学院生命科学与食品工程学院李松林以BA与VFP制备复合物，系统研究不同花青素添加量对复合物的相互作用、理化特性及体外消化稳定性的影响。采用粒径分布对复合物进行表征，运用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、分子对接等技术手段，探究花青素添加量对BA-VFP复合物相互作用的影响机制。在此基础上，系统分析相互作用对复合物的色泽、持水性与持油性、起泡性与泡沫稳定性、乳化性与乳化稳定性以及体外模拟消化特性，以期为BA-VFP复合物在功能性食品中的应用提供理论支撑。

 

1 BA-VFP复合物的相互作用

 1.1 复合物的粒径分布分析 

Span值和体积平均粒径D是评价颗粒体系特性的重要指标。前者反映粒径分布的均一程度，其数值越低表明分布越集中；后者表示体积加权平均粒径，二者共同用于评估样品的稳定性与分散状态。如表2和图1所示，BA和VFP的Span值均显著高于复合物（P＜0.05）。复合物的体积平均粒径介于VFP与BA之间，且随花青素添加量的增加而依次降低。该现象可能是因为花青素疏水基团与蛋白质疏水腔结合，诱导蛋白质构象紧凑化从而减小粒径；花青素酚羟基与蛋白质酰胺基团形成氢键网络从而增强分子内聚力，降低颗粒分散度；此外，花青素芳香环与蛋白质中色氨酸、苯丙氨酸等芳香氨基酸残基发生π-π堆积作用，有效稳定复合物结构从而抑制大颗粒的形成。

 

 1.2 紫外-可见吸收光谱分析

如图2所示，在200～300 nm的紫外区，随着花青素添加量的增加，VFP的特征吸收峰发生明显红移，表明其三级结构可能发生构象折叠。该红移现象可能源于花青素与蛋白质中色氨酸残基的疏水结合所引起的微环境极性变化，以及氢键网络重构对酪氨酸羟基状态的影响，共同降低了n→π*跃迁能级。同时，该区域特征峰的吸光度由VFP的0.551 3±0.012 0显著升高至H-BA的0.988±0.025，说明复合物的形成改变了蛋白质的电子分布与发色团环境。在500～550 nm的可见区，521 nm处吸收峰强度与花青素添加量呈正相关，吸光度由VFP的0.089 5增强至H-BA的0.926，这可能是由于蛋白质疏水腔通过范德华力稳定了花青素的醌式碱基构型，从而提升了其在可见光区的吸收能力。

 1.3 内源荧光光谱分析

如图3所示，VFP的内源荧光光谱分析表明，其三级构象变化与BA添加量存在效应关系。蛋白质内源荧光主要源于色氨酸残基，初始最大发射峰位于342 nm。随着花青素添加量的增加，蛋白质的荧光强度从4 503.26显著降至1 120.03，猝灭效率高达75.1%（P＜0.05），该过程符合静态猝灭机制。这源于花青素与蛋白质通过氢键和疏水相互作用形成了复合物，从而引发非辐射能量转移，最终导致荧光猝灭。特征发射峰从342 nm（VFP）蓝移至331 nm（H-BA）（Δλ＝11 nm），这可能是由于花青素与蛋白质的结合将色氨酸残基包埋于内部 疏水空腔，限制了其与极性水分子的相互作用从而导致蓝移。

 

 1.4 同步荧光光谱分析

同步荧光光谱分析可用于区分蛋白质中酪氨酸与色氨酸残基的微环境极性变化。如图4所示，随着BA添加量增加，VFP中酪氨酸（Δλ＝15 nm）和色氨酸（Δλ＝60 nm）残基的特征荧光峰强度均逐渐减弱，且最大发射波长均发生蓝移，色氨酸残基从340 nm移至330 nm（Δλ＝10 nm），酪氨酸残基从278 nm移至275 nm（Δλ＝3 nm）。这一现象表明花青素与蛋白质结合后，酪氨酸与色氨酸残基所处微环境的疏水性增强且色氨酸残基的位移更为显著（P＜0.05）。复合物可能通过诱导蛋白质解折叠及其酪氨酸和色氨酸残基迁移，进而引发荧光峰的协同偏移。

 1.5 分子对接模拟

如图5所示，分子对接结果表明C3G与VFP可形成稳定复合物，其结合自由能为－8.2 kcal/mol，抑制常数约为1.0 μmol/L。结合主要涉及GLU-227、THR-65和ASP-63 等关键氨基酸残基：C3G的酚羟基（氢键供体）与GLU-227的羧基氧（氢键受体）之间形成了键长为4.6 Å的关键氢键；同时，THR-65的侧链羟基（供体）与C3G葡萄糖苷的C6-OH（受体）之间形成了键长为8.1 Å的氢键，进一步增强了结合强度；此外，ASP-63侧链羧基与C3G的B环芳环之间存在距离为5.7 Å的阴离子-π相互作用。综上，花青素与VFP之间通过疏水作用、氢键及π-阳离子等相互作用结合。

 

2 BA-VFP复合物的理化特性分析

 

 2.1 pH值对BA-VFP复合物的色泽影响 

不同pH值对BA-VFP复合物的色泽影响如表3和图6所示。随pH值由2增至8，BA的明度（L*值）上升，绿色特征（a*值负值减小）减弱，而黄蓝色调（b*值）则保持相对稳定。这可能是因为花青素随pH值升高由黄烊盐阳离子向醌式碱基的结构转变，其共轭体系的延长导致吸收光谱红移，从而引起明度上升与绿色调减弱。在复合物中，花青素添加量与pH值共同调控颜色表现，呈现出明显的构效关系。总色差（ΔE）的变化直观反映了复合物显色强度与稳定性之间的平衡关系。花青素浓度与pH值分别通过调控分子聚集状态和电离状态，协同决定了复合物的最终色泽表现。L-BA在pH 3时L*值和a*值达峰值，且b*值为负，呈现偏蓝特征，表明该条件下形成了高显色能力的特异性复合结构；M-BA的红度（a*值）整体低于L-BA；H-BA的颜色参数变化趋于平缓，红度降低，说明过量花青素可能引发分子聚集，削弱其与蛋白质的有序结合及发色效率，导致颜色响应弱化与体系稳定性增强。花青素浓度可能通过调控复合物的聚集状态与发色基团可及性影响颜色，而pH值则通过调节分子电离状态与相互作用方式发挥作用，二者协同决定了复合物的最终色泽。

 

 

 2.2 持水性分析

蛋白质的持水性主要取决于其分子结构，通常结构越有序且凝胶网络越发达，持水能力越强。如图7所示，复合物的持水性显著高于VFP，其中M-BA的持水性最高（8.453 g/g）（P＜0.05）。这可能是由于花青素与VFP结合后诱导蛋白质发生构象变化，使更多羟基、氨基和羧基等亲水基团暴露于分子表面，从而增强了与水分子之间的氢键作用，提升了持水性能。然而，过量添加BA会引发蛋白质过度聚集，一方面通过疏水作用或共价交联减少亲水基团的可及性，另一方面降低复合物表面电荷并削弱静电排斥作用，最终导致持水性下降。

 

 2.3 持油性分析

蛋白质通过疏水作用与凝胶网络结构截留油脂，持油性越高，则抑制脂肪析出和稳定产品品质的效果越好。由图8所示，复合物持油性均显著高于VFP （P＜0.05）。随着花青素添加量增加，复合物的持油性呈降低的趋势。L-BA的持油性达到最大值，为7.171 g/g。这可能是由于与花青素复合后蛋白质构象发生改变，暴露出更多疏水区域，从而增强其与油脂的结合能力，促使持油性提升。然而，过量添加花青素会引发蛋白质过度聚集，造成其柔性结构受损与疏水基团可及性降低，最终导致持油性下降。

 

 2.4 起泡性及泡沫稳定性分析 

蛋白质的两亲性结构是维持其起泡性与泡沫稳定性的分子基础，二者共同调控蛋白质在气-液界面上的吸附与成膜行为。如图9所示，与VFP相比，复合物的起泡性及泡沫稳定性均显著降低（P＜0.05），且随花青素添加量增加持续下降。花青素与蛋白质的相互作用虽然可能增强界面膜强度，但其主要通过降低蛋白质疏水性、促进分子聚集并增大分子尺寸，从而系统性地削弱蛋白质在界面的吸附能力与液膜稳定性，最终导致起泡性与泡沫稳定性同步下降。

 

 2.5 乳化性及乳化稳定性分析

蛋白质的两亲性结构使其能够通过界面吸附与成膜发挥乳化作用，其乳化性与乳化稳定性越高，反映物质的乳化效率与乳液稳定性越强。如图10所示，随着花青素添加量的增加，复合物的乳化性和乳化稳定性均呈下降趋势，其中L-BA的乳化性最高（1 147.26 m²/g）。适量添加花青素可能诱导蛋白质构象展开，促进疏水基团暴露从而增强其在油-水界面的吸附能力，提升乳化性能；同时，花青素作为强抗氧化剂能够抑制脂质氧化，并通过调节复合物表面电荷增强液滴间静电排斥作用进而抑制液滴聚集，改善乳化稳定性。然而，过量添加花青素会促使复合物形成聚集态结构，阻碍其在界面处的有效吸附，最终导致乳化性能下降。

 

 2.6 体外模拟消化分析

2.6.1 消化过程中花青素保留率的变化

由图11A可知，花青素保留率均呈下降趋势，其中H-BA的花青素保留率显著高于BA（P＜0.05）。消化结束时，H-BA的花青素保留率为74.34%，显著高于BA（52.94%）。这可能是因为蛋白质在花青素表面形成的物理屏障可有效阻隔消化液的直接接触，并在胃部酸性环境中通过凝胶网络进一步包裹花青素，延缓其释放；同时，花青素与蛋白质间通过氢键、疏水及静电作用形成稳定的复合结构，能够抑制其氧化与水解降解；此外，VFP固有的抗酶解特性、所含胰蛋白酶抑制剂及复合物产生的空间位阻效应，共同延缓了消化酶对复合物的分解，从而显著提升了花青素的保留率。

2.6.2 消化过程中抗氧化活性的变化

由图11B～D可知，随消化时间延长，样品的抗氧化活性均呈下降趋势，但复合物的抗氧化活性总体显著高于BA（P＜0.05）。消化结束后，H-BA的DPPH自由基清除率为65.19%，显著高于BA（49.40%）。在初始阶段，BA、L-BA、M-BA和H-BA的DPPH自由基清除率分别为77.69%、75.17%、78.64%和82.29%；消化结束后分别降至49.40%、52.16%、56.57%和65.19%。此外，BA的铁离子还原力下降幅度达66.7%，显著高于L-BA的47.4% （P＜0.05）。这可能是因为VFP通过形成致密包埋结构及胃酸诱导的凝胶网络，构建有效的物理屏障并阻隔消化液与花青素的直接接触；花青素酚羟基与蛋白质官能团通过氢键、疏水及静电作用形成稳定复合物，抑制其在消化过程中的氧化与水解降解，有效维持其自由基清除能力及还原力。

 

3 结 论

本研究以BA和VFP为原料制备BA-VFP复合物，研究不同BA添加量对复合物相互作用及其理化特性与体外模拟消化的影响。BA的添加使蛋白质粒径降低、分布更为均一，并引起紫外吸收光谱红移和荧光强度显著猝灭（P＜0.05）；同步荧光光谱分析表明色氨酸与酪氨酸残基的微环境疏水性增强。分子对接结果显示，花青素主要通过氢键、疏水作用及π-阳离子相互作用与蛋白质的GLU-227、THR-65和ASP-63等残基结合。与VFP相比，复合物的持水性与持油性显著提升（P＜0.05），但起泡性、乳化性及相关稳定性均随花青素添加量增加而降低。体外消化模拟实验结果显示，BA-VFP复合物中花青素含量在模拟消化过程中有一定程度降解，消化结束后，H-BA的花青素保留率达74.34%，ABTS阳离子自由基清除率、DPPH自由基清除率及铁离子还原力均显著高于BA（P＜0.05），表明复合物形成有效维持花青素稳定性及其抗氧化活性。本研究为BA-VFP复合物在功能性食品中的应用提供了理论依据。当前结果主要基于体外实验，复合物在实际食品体系中的稳定性与体内生物利用度仍需进一步验证，后续研究应聚焦于复合物在体内代谢动力学特征。

 

引文格式：王冰, 李松林, 张丽霞. 蓝莓花青素/蚕豆蛋白复合物的相互作用机制及其理化性质与体外模拟消化分析[J]. 食品科学, 2026, 47(14): 126-135.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-20260108-067. 

WANG Bing, LI Songlin, ZHANG Lixia. Interaction mechanism, physicochemical properties, and in vitro simulated digestion characteristics of blueberry anthocyanin/fava bean protein complexes[J]. Food Science, 2026, 47(14): 126-135.(in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20260108-067. 

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