《深度學習》不同結構的多酚交聯對膠原水凝膠理化性質的影響

DOI:10.19677/j.issn.1004-7964.2023.05.001

《皮革科學與工程》, 2023, 33(5): 1-7+15

不同結構的多酚交聯對膠原水凝膠理化性質的影響

樂薇1,2，張旭3，秦子波1,2，餘小月1,2，熊善柏1,2，胡楊1,2,4*

（1. 華中農業大學食品科學技術學院，湖北 武漢 430070；2. 國家大宗淡水魚加工技術研發分中心，湖北 武漢 430070；3. 廣東省醫療器械質量監督檢驗所，廣東 廣州 510663；4. 湖北省生物活性肽技術工程研究中心，湖北 荊州 434000）

摘要

牛跟腱膠原水凝膠在生物醫用材料等領域應用廣泛，但理化特性有待提升。選取原花青素（PA）、沒食子酸（GA）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）3種典型多酚對膠原水凝膠進行交聯，通過測定水凝膠持水性、溶脹率、力學性能等，研究多酚結構對水凝膠理化特性的影響。結果表明，3種多酚交聯後的水凝膠持水性有所下降，但均在95%以上。隨着多酚濃度增加，水凝膠溶脹率均有所降低，力學性能、耐酶解性和動態流變學特性逐漸增強，其中9 mmol/L PA交聯的水凝膠理化特性提升顯著，硬度達882 g，降解率僅爲2.47%，儲能模量約在4 000 Pa以上。研究了3種多酚對膠原水凝膠的交聯改性效果，可望爲牛跟腱的高值化利用提供一定理論和技術支撐。

☆ 圖文導讀 ☆

圖1 不同多酚交聯製備的膠原水凝膠FT-IR圖譜

圖2 不同多酚交聯製備的膠原水凝膠力學特性1）

1）不同字母表示同一指標中不同處理之間的顯著差異（P＜0.05），下同

圖3 不同多酚交聯製備的膠原水凝膠持水性

圖4 不同多酚交聯製備的膠原水凝膠溶脹率

圖5 不同多酚交聯製備的膠原水凝膠降解率

圖6 不同多酚交聯對膠原水凝膠動態粘彈性的影響（G'：儲能模量；G''：損耗模量；tanδ：損耗因子）

圖7 不同多酚交聯膠原水凝膠的原子力顯微鏡圖1）

1）圖中G、E、P分別代表GA、EGCG、PA組，其中3、5、9分別代表多酚濃度（mmol/L）；白色箭頭表示後續掃描選擇的區域，A是幅度誤差圖像，B是對A中白色箭頭後續掃描的3D圖像

表1 D-週期帶及纖維直徑平均值1）

1）不同字母表示同一指標中不同處理之間的顯著差異（P＜0.05）

圖8 多酚交聯膠原示意圖

結論

（1）GA、EGCG或PA交聯後牛跟腱膠原水凝膠中膠原分子仍然保持了其特有的三股螺旋結構，但分子間相互作用（氫鍵、疏水相互作用或多酚醌式結構導致的交聯）使得膠原水凝膠的網絡結構更爲緻密，溶劑在水凝膠網絡內部擴散和流動性變差，從而導致水凝膠的持水性和溶脹率降低。

（2）隨着多酚濃度的增加，水凝膠的力學性能、耐酶解性和儲能模量逐漸增強，其中9 mmol/L PA組的硬度和降解率均達到極值，分別爲882 g和2.47%。這是由於相同濃度下，PA結構中含有更多的酚羥基，能提供更多與膠原發生交聯的作用位點，此時水凝膠的儲能模量最大（約在4 000 Pa以上），且顯著大於其損耗模量，具有典型的凝膠特性。

（3）AFM結果顯示，三種多酚的加入均會顯著提高膠原分子組裝過程中D-週期帶的寬度，其中PA組增加幅度最大，在9 mmol/L時達到77.90 nm。同時其膠原纖維直徑亦達到最大值244.31 nm，分子間相互作用強化了膠原分子的側向聚集，這也與其宏觀性能的提升相印證。

☆ 作者簡介 ☆

第一作者

樂薇，華中農業大學食品科學技術學院研究生，主要研究方向爲水產品加工及副產物高值化利用，攻讀碩士期間以第一作者發表研究論文1篇，申請發明專利1項。

通信作者

胡楊，副教授，博士生導師，華中農業大學獅山碩彥計劃青年英才，江蘇省淮安市科技創新領軍人才，Collagen and Leather雜誌傑出青年編委（2022年度），Foods雜誌客座主編。研究方向爲（1）膠原/膠原肽的高質化加工；（2）水產品品質保持與調控機制。主持國家自然基金和國家重點研發計劃子課題等16項。以第一或通訊作者發表論文45篇（SCI收錄26篇/ESI高被引拓展版3篇）；申請國家發明專利20餘項，授權6項；獲教育部科技進步二等獎1項。