一种基于分子模拟研究烘烤香物质香气相互作用的方法

本发明涉及食品风味化学，涉及一种基于分子模拟研究烘烤香物质香气相互作用的方法，特别涉及一种基于分子模拟研究烘烤吡嗪类物质香气相互作用的方法。

背景技术：

1、食品烘烤过程中产生的香气物质是影响食品感官品质和消费者接受度的关键因素。烘烤食品的香气复杂多变，涉及美拉德反应、焦糖化以及脂肪氧化等多种化学反应。烘烤香气是由挥发性化合物所引起的，通过气相色谱-质谱联用技术(gc-ms)等手段鉴定，包括醛、酮、酸、醇、酯等不同化学类别的物质。

2、由于食品香气成分的复杂性，导致食品香气物质之前的相互作用成为一个难以预测的问题。目前关于香气之间相互作用的研究方法主要有阈值法、s型曲线、oav法、σ-τ图法，然而上述这些方法多依据于实验者和测试者的主观感受为主要数据，或用电子鼻等仪器来辅助测试，如果能通过计算机辅助技术-分子模拟来进行香气物质在分子层面相互作用的模拟以及测试，那么就能进一步地说明香气物质在分子层面对于人体嗅觉受体所产生的影响，提升科研人员对研究体系深层次认知，便于调整实验条件和优化实验设计，同时从客观角度进一步地证实通过阈值法、s型曲线、oav法、σ-τ图法所得到的香气协同的结果。

3、随着分析技术的进步和分子生物学的应用，预计将有更多未知的香气物质被应用于食品烘烤工艺。因此，开发一种能够多角度、多层面地对烘烤香物质香气相互作用进行研究/评价的方法极具现实意义。

技术实现思路

1、由于现有技术存在上述缺陷，本发明提供了一种能够快捷方便地对烘烤香物质香气相互作用进行研究/评价的方法，具体是一种基于分子模拟研究烘烤香物质香气相互作用的方法。

2、为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种基于分子模拟研究烘烤香物质香气相互作用的方法，包括以下步骤：

4、(1)获取嗅觉受体蛋白以及基础香料物质、附加香料物质的相关数据；

5、(2)对嗅觉受体蛋白以及基础香料物质、附加香料物质的相关数据进行处理；

6、对嗅觉受体蛋白的相关数据进行处理的具体操作为先删除嗅觉受体蛋白分子上水分子和其他配体小分子，再对分子进行加氢操作，最后计算电荷和添加原子类型，得到受体数据；

7、对基础香料物质、附加香料物质的相关数据进行处理的具体操作为在进行加氢、计算电荷和添加原子类型操作后，对小分子指定root和可旋转键操作，得到配体数据；处理过程目的在于对配体进行构型优化，使分子能量达到最低，使结构最稳定；

8、(3)对配体数据和受体数据进行对接，筛选得到能够生成结合能最大的构象的配体的构象文件，记为最佳构象文件；

9、(4)对基础香料物质对应的最佳构象文件和嗅觉受体蛋白对应的构象文件进行处理得到基础香料物质与嗅觉受体蛋白的结合位置图及相互作用图，对附加香料物质对应的最佳构象文件和嗅觉受体蛋白对应的构象文件进行处理得到附加香料物质与嗅觉受体蛋白的结合位置图及相互作用图，对基础香料物质对应的最佳构象文件、附加香料物质对应的最佳构象文件和嗅觉受体蛋白对应的构象文件进行处理得到混合香料与嗅觉受体蛋白的结合位置图及相互作用图；

10、(5)对步骤(4)所得各图进行数据处理，获取结合评价参数；

11、(6)基于各图的结合评价参数来确定附加香料物质与基础香料物质的作用类型。

12、分子对接(molecular docking)技术是通过计算机模拟程序将配体小分子放在受体蛋白的活性位点处，按照几何互补和能量互补的原则，通过打分函数筛选出配体与受体间最佳结合模式的一种技术。

13、本发明的基于分子模拟研究烘烤香物质香气相互作用的方法，从分子角度解决对香气物质相互作用方法研究空缺的问题，运用分子对接模拟配体小分子与受体蛋白的活性对接，进而筛选出结合能最大的构象，而后将其与受体蛋白构象结合，获取结合评价参数，基于结合评价参数评价作用类型，上述方法可从数据的角度完成对香料物质相互作用的评价，可重复性强且可靠性好，应用前景好。

14、本发明通过考察烘烤类香气物质与不同香韵物质对接后结合能的变化，并利用autodock软件进行对接和pymol 2.2.0绘制结合位点的三维结构图，以此研究烘烤类香气物质间的相互作用效果，是一种全新的研究烘烤类香气物质间相互作用的方法，弥补了香气物质间相互作用研究技术的不足，该方法简单快速，结果直观可靠，适用性广泛，分子模拟研究对不同香气物质之间的相互作用给予了合理的解释，为进一步研究不同香韵香气物质之间的相互作用奠定了基础。

15、作为优选的技术方案：

16、如上所述的一种基于分子模拟研究烘烤香物质香气相互作用的方法，嗅觉受体蛋白相关数据是从pdb数据库获取的；

17、基础香料物质、附加香料物质的相关数据是从pubchem数据库获取的，获取数据格式为sdf，利用openbabel软件将sdf格式转换为pdb格式保存。

18、如上所述的一种基于分子模拟研究烘烤香物质香气相互作用的方法，步骤(2)是利用autodocktools进行数据处理的。

19、如上所述的一种基于分子模拟研究烘烤香物质香气相互作用的方法，步骤(3)是利用vina程序完成分子对接的，通过程序预测对接位点以及考虑是否保留对接口袋附近的水分子或金属离子。分子对接是采用半柔性对接，这是因为半柔性对接既能考察柔性也能保证较高的计算速率，适用于处理大分子与小分子之间的对接，半柔性对接过程中除了对接口袋数值改变外，其余均为软件默认值。对接结束后分析对接模型，下载最优构象。

20、如上所述的一种基于分子模拟研究烘烤香物质香气相互作用的方法，步骤(4)中，所述结合位置图是将香料物质对应的最佳构象文件和嗅觉受体蛋白对应的构象文件导入pymol后生成的；

21、所述相互作用图是使用ligplot+软件分析结合位置图生成的。

22、如上所述的一种基于分子模拟研究烘烤香物质香气相互作用的方法，所述结合评价参数为结合能或结合氢键长度。

23、如上所述的一种基于分子模拟研究烘烤香物质香气相互作用的方法，基于各图的结合评价参数来确定附加香料物质与基础香料物质的作用类型的规则如下：

24、如a＞b+c则作用类型为加成作用，如a＝b+c则作用类型为无作用，如a＜b+c则作用类型为掩盖作用；

25、a为混合香料与嗅觉受体蛋白的结合位置图及相互作用图所得的结合能，b为基础香料物质与嗅觉受体蛋白的结合位置图及相互作用图所得的结合能，c为附加香料物质与嗅觉受体蛋白的结合位置图及相互作用图所得的结合能。

26、如上所述的一种基于分子模拟研究烘烤香物质香气相互作用的方法，基于各图的结合评价参数来确定附加香料物质与基础香料物质的作用类型的规则如下：

27、如x＜{y,z}min则作用类型为加成作用，如x＝{y,z}min则作用类型为无作用，如x＞{y,z}min则作用类型为掩盖作用；

28、x为混合香料与嗅觉受体蛋白的结合位置图及相互作用图所得的氢键长度，y为基础香料物质与嗅觉受体蛋白的结合位置图及相互作用图所得的氢键长度，z为附加香料物质与嗅觉受体蛋白的结合位置图及相互作用图所得的氢键长度。

29、如上所述的一种基于分子模拟研究烘烤香物质香气相互作用的方法，还包括：

30、(7)以经过多配体分子对接获得的复合物构象作为分子动力学模拟的初始构象，进行分子动力学模拟，对分子动力学模拟生成的轨迹文件进行分析，算得模拟分子结构的均方根偏差和各原子的均方根涨落，以均方根偏差评估模拟分子结构与参考分子结构之间的差异，以各原子的均方根涨落评估分子动力学模拟中各氨基酸的稳定性。

31、具体地，分子动力学模拟是使用gromacs程序完成的，进行分子动力学模拟能够获得更加稳定的构象，其具体操作为创建分子拓扑文件，以受体蛋白为中心构建了形状为立方体的盒子，并向盒子中填充or52d1水模型，向盒中添加钠离子及氯离子，对系统分别在等温等容系综(nvt系综，系统在模拟过程中的粒子数、体积和温度保持恒定)和等温等压系综(npt系综，系统在模拟过程中的粒子数、压力和温度保持恒定)进行预平衡，进行10ns的模拟，分析配体体系与or52d1之间的相互作用的动态变化。整个系统的能量最小化采用最陡下降方法。

32、使用gromacs2023.3软件包对分子动力学模拟生成的轨迹文件进行深入的分析。轨迹文件包含了模拟期间分子的坐标、速度及能量等详细信息。通过终端命令行输入特定的命令对轨迹文件中记录的各种信息进行了系统的统计和分析。具体分析方法如下：“gmxrms”命令用于计算模拟分子结构的均方根偏差(rmsd)、“gmx rmsf”命令用于分析各原子的均方根涨落(rmsf)。

33、均方根偏差(rmsd)是一个关键的度量指标，用于定量评估模拟分子结构与参考分子结构之间的差异。较小的rmsd值代表模拟分子结构与参考结构之间的相似度较高，而较大的rmsd值则暗示两者之间存在显著的差异。rmsd是评价模拟稳定性和结果可靠性的重要工具。例如，若在模拟过程中，系统的rmsd值随时间的变化幅度较小，这则表明模拟过程的稳定性较好，系统达到稳定状态，即配体与受体可以稳定结合。

34、均方根涨落(rmsf)能够反映动力学模拟中受体蛋白中各个氨基酸的波动情况，是氨基酸稳定性的一种评价标准。rmsf常常用于研究蛋白质或其他大分子的动态行为。例如，通过计算蛋白质各个氨基酸残基的rmsf，可以了解蛋白质的柔性区域(rmsf值较大的区域)和刚性区域(rmsf值较小的区域)。这对于理解蛋白质的结构稳定性和功能性质非常重要。

35、本发明通过gromacs软件来分析配体体系与蛋白之间的相互作用的动态变化以此研究烘烤类吡嗪物质香气相互作用效果，利用分子模拟技术即可模拟配体与蛋白的动态结合过程，该步骤可以用于验证分子对接(步骤(6))得出结果的准确性。

36、以上技术方案仅为本发明的一种可行的技术方案而已，本发明的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求合理调整具体设计。

37、上述发明具有如下优点或者有益效果：

38、本发明的基于分子模拟研究烘烤香物质香气相互作用的方法，从分子角度解决对香气物质相互作用方法研究空缺的问题，运用分子对接模拟配体小分子与受体蛋白的活性对接，进而筛选出结合能最大的构象，而后将其与受体蛋白构象结合，获取结合评价参数，基于结合评价参数评价作用类型，上述方法可从数据的角度完成对香料物质相互作用的评价，可重复性强且可靠性好，通过分子模拟研究对不同香气物质之间的相互作用给予了合理的解释，在分子层面为进一步研究不同香韵香气物质之间的相互作用奠定了基础，应用前景好。