南昌大学涂宗财、胡月明团队综述发文:揭示糖基化诱导的食品蛋白质构效关系:从技术创新到AI辅助设计
南昌大学涂宗财、胡月明团队综述发文：揭示糖基化诱导的食品蛋白质构效关系：从技术创新到AI辅助设计
近日，南昌大学食品学院涂宗财教授、胡月明副研究员（通讯作者）在食品科学领域国际著名综述期刊《Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety》（IF=14.1，中科院1区Top期刊）上发表题为“Unraveling glycation-induced structure–function nexus in food proteins: from analytical innovations to AI-assisted design”的综述性论文。该工作得到了国家自然科学基金、江西省自然科学基金和重庆市自然科学基金的资助。
糖基化反应是食品加工中常见的蛋白质修饰方式，能够改善蛋白质的溶解性、乳化性、起泡性和凝胶性等功能特性。然而，现有综述多聚焦于糖基化带来的功能提升效果，对其如何通过结构变化调控功能的内在机制关注较少。糖基化反应具有高度复杂性和动态性，传统线性模型难以准确预测其构效关系，制约了糖基化技术在食品中的理性设计与精准应用。本文首先系统阐述了糖基化诱导的蛋白质结构变化与功能特性之间的内在联系。糖基化主要通过调节分子柔性、疏水基团暴露程度、二硫键动态变化以及空间位阻效应等结构单元，进而影响蛋白质的界面行为和体相性质。例如，表面疏水性的提升有助于改善乳化与起泡性能，而二级结构中α-螺旋向β-折叠的转变则与凝胶性和热稳定性密切相关。在此基础上，文章梳理了当前糖基化分析技术的前沿进展，包括高光谱成像结合化学计量学、氢氘交换质谱、稳定同位素标记质谱、计算模拟及多源数据库等。这些技术从不同层面揭示了糖基化位点、修饰程度及构象变化。进一步介绍了人工智能在糖基化蛋白设计中的应用，涵盖分子特征工程、机器学习模型（如卷积神经网络、循环神经网络、图神经网络、Transformer）以及反向设计策略，文中还展示了AI与传统分析技术协同提升糖基化分析与预测能力的案例。未来研究可从6个方向深入：多源异构食品数据的深度整合、反向设计策略的持续优化、糖基化蛋白的生物活性与体内效应评估、糖基化反应在风味前体开发中的应用、功能性食品的糖基化改造，以及低温糖化技术的节能与可持续发展。这些方向的推进将有助于实现糖基化蛋白构效关系的可预测、可设计，为食品工业提供更具针对性的技术支撑。FIGURE 1 Schematic representation of glycation reaction regulating food proteins functional properties through modifying structures.FIGURE 2 Overview of the glycation reaction in food proteinsFIGURE 3 The modification mechanism of glycation reaction. (a) Schematic diagram of structural alteration in the formation of glycated proteins. (b) Amadori and Heyn’s rearrangements in the initial stage of MR.FIGURE 4 (a) The schematic diagram of the primary and secondary mass spectra in glycated proteins. (b) Novel technologies in analytical strategies for glycated proteins. Created with BioRender.com.FIGURE 5 (a) The mechanism for the heat aggregation of MP and the effects of CCG on the MP structure. (b) The effects of amino acid composition on melting point. (c) The relationship between the experimental and predicted melting point. (d-f) represent the relationship between fat binding capacity, emulsifying activity, and emulsion stability with the hydrophobicity and solubility. (g) The correlation between protein hydrophobicity and foaming capacity. (h) The changes in protein conformation units in glycation reactions. The mechanisms underlying effects of glycation reaction on allergenicity (i) and digestibility (j).FIGURE 6 The artificial intelligence framework applied to protein design.FIGURE 7 (a) Schematic representation of the reverse design framework for the rational design of glycated proteins. GAN (b) and AAE (c) models for reverse design, reproduced with permission from Al-Sarayreh et al. ( 2023 ). Copyright 2023, Elsevier.https://doi.org/10.1111/1541-4337.70477
涂宗财，教授，博士生导师，南昌大学原党委常委、副校长，江西师范大学原副校长，国家淡水鱼加工技术研发专业中心主任，入选国家“新世纪百千万人才工程”，享受国务院政府特殊津贴专家，全国优秀科技工作者，国家“十四五”重点研发计划首席科学家，国家自然科学基金重点基金项目获得者等。主要从事食品水产加工、蛋白胶制备及精深加工关键技术研究和健康产品研发。主持国家自然科学基金重点基金项目、国家“十四五”重点研发计划等国家级项目（课题）25项，省部级课题35项；出版专著9部，公开发表学术论文400余篇，其中SCI/EI收300多篇；获得国家发明专利授权56件；获江西省自然科学一等奖、国家教育部高等学校科学研究优秀成果奖、江西省科技进步一等奖等省部级奖10项；获江西省教学成果一等奖3项。胡月明，博士生导师，南昌大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室副研究员，为赣鄱俊才-主要学科学术和技术带头人、江西省农业科技特派员、江西省优秀创新创业导师、吉安市“百博百企”签约人员、南昌大学青年岗位能手、南昌大学井冈山绿色食品新质生产力转化中心副主任。主要从事以下方向的研究：不同加工下蛋白质的糖基化反应及分子机制；水产品精深加工；功能性蛋白/肽制备；食物资源的高值化利用。在Food Hydrocolloids、Journal of Agricultural and Food Chemistry等国内外学术期刊上发表论文90余篇，其中SCI论文70余篇。获江西省科技进步奖一等奖1项，科技成果鉴定4项，发明专利授权20件。主持国家重点研发计划课题等国家级项目4项，省部级及横向等项目10余项。担任《Journal of Future Foods》、《食品工业科技》、《食品研究与开发》青年编委，Foods客座编辑。本文转载自“食品放大镜”微信公众号。转载仅用于学术分享，若有侵权，请后台留言联系修改或删除！
