2025年11月，浙江工商大学陈忠秀教授课题组在国际期刊Food Chemistry（Q1，IF: 9.8）发表题为“Medium effects of polysaccharides: bidirectional regulation of invertase activity by sodium alginate and fenugreek gum”的研究性论文。该论文获国家自然科学基金（NSFC, NO. 32372460）、浙江省自然科学资金（NO. LTGN23C200009）。该研究深入揭示了不同多糖通过其独特的物理化学性质（粘度阻滞效应、排斥体积效应、软相互作用）对消化酶活性产生截然相反影响的内在机制。
人体的消化过程其实是一套精密的“生物化工体系”，而膳食中的多糖不仅是纤维，更可能悄悄影响消化酶的表现。有些多糖产生粘滞空间，让酶行动缓慢，活力下降；有些多糖却营造特殊空域，让酶高效工作，这涉及到“隐形调节员”——大分子介质效应。例如 PEG2000 或部分多糖可促进脂质消化，而葡聚糖可能抑制脂肪酶活性，Ficoll 则提高其稳定性。（Food Chemistry. 2023, 436, 137763; Food Chemistry. 2022, 405, 134979; Food Chemistry. 2020, 341, 128211; Thermochimica Acta. 2018, 70-78）。我们关注的问题是，不同大分子构建的限域空间有没有普遍的物理化学规律？如何构建大分子介质支配这种双向调控的共性物化参数？
近期工作已利用 Huggins、Kraemer 常数及一系列粘度、排斥体积与软相互作用参数构建预测脂肪酶活性的模型（J Phys Chem B. 2025;129(9):2335-2347）。鉴于多糖溶液在物化性质及非共价作用机制上的共性，该模型有望推广至其他碳水化合物水解酶。基于此，本研究选择在肠道碳水化合物终末水解中占主导地位的蔗糖转化酶作为代表性糖苷酶，系统考察海藻酸钠与胡芦巴胶构建的多糖介质。通过结合酶动力学、光谱与流变学测定，并提取关键介质参数，旨在揭示多糖调控蔗糖转化酶活性的机制并构建通用的大分子介质效应描述框架。
研究亮点
海藻酸钠（SA）提升了蔗糖转化酶的活性，而胡芦巴胶（FG）的作用则相反。SA表现出正排斥体积作用，具有较小的排斥体积并能增强水合作用。FG表现出负排斥体积作用，具有较大的排斥体积且水合作用较弱。本研究提出了“多糖介质效应”对蔗糖转化酶的影响，包括粘度、排斥体积作用和软相互作用。
研究结论
1. 多糖介质对蔗糖转化酶活性具有双向调节作用。海藻酸钠（SA）能增强蔗糖转化酶转化酶活性，而胡芦巴胶（FG）则抑制其活性。酶动力学分析表明，SA使催化效率（kcat/Km）提升19.2%，而FG使其降低36%。SA降低了米氏常数（Km），增强了酶与底物的亲和力，并略微提高了催化常数（kcat），最终使催化效率（kcat/Km）提升了19.2%。而FG则增加了Km，显著降低了kcat，导致催化效率下降36%。
2. 荧光光谱与FRET分析表明，SA与蔗糖转化酶的结合距离随浓度增加而缩短，相互作用为焓驱动（ΔH < 0, ΔS < 0），主导作用力为氢键；FG与酶的相互作用则为熵驱动（ΔH > 0, ΔS > 0），主导作用力为疏水相互作用。FT-IR光谱显示，SA增加了蔗糖转化酶中α-helix和β-sheet的含量，提高了有序结构的比例；而FG则降低了β-折叠含量，增加了无规卷曲含量，提升了无序结构的比例，从而导致酶活性发生相应变化。
3. 多糖的介质效应是决定酶活性的关键。该效应由粘度、排斥体积和软相互作用共同构成。SA表现出正拥挤因子（ln Γ > 0）、较小的排斥体积和较高的水合数，意味着其能构建一个热力学有利的拥挤环境，并通过形成结构化水合层稳定酶构象。FG则表现出负拥挤因子（ln Γ < 0）、较大的排斥体积和较低的水合数，其疏水作用会扰动酶的水合层，破坏结构稳定性。
4. SA显示出较低的分子扩散性、较高的粘度和较大的复数模量，而FG与之相反。按经典观点应当限制酶的构象灵活性并降低催化效率，但本研究却发现 SA 反而增强了蔗糖转化酶活性。这表明酶活性并非由粘度或扩散限制单独决定，而是由粘度阻滞效应、排斥体积作用与软相互作用共同主导的“介质效应”所调控。在SA体系中，正向的排斥体积作用和有利的软相互作用能够抵消并超过高粘度带来的抑制作用。相反，在FG中缺乏这种有益的拥挤效应导致催化效率降低。
