《深度学习》不同结构的多酚交联对胶原水凝胶理化性质的影响

DOI:10.19677/j.issn.1004-7964.2023.05.001

《皮革科学与工程》, 2023, 33(5): 1-7+15

不同结构的多酚交联对胶原水凝胶理化性质的影响

乐薇1,2，张旭3，秦子波1,2，余小月1,2，熊善柏1,2，胡杨1,2,4*

（1. 华中农业大学食品科学技术学院，湖北 武汉 430070；2. 国家大宗淡水鱼加工技术研发分中心，湖北 武汉 430070；3. 广东省医疗器械质量监督检验所，广东 广州 510663；4. 湖北省生物活性肽技术工程研究中心，湖北 荆州 434000）

摘要

牛跟腱胶原水凝胶在生物医用材料等领域应用广泛，但理化特性有待提升。选取原花青素（PA）、没食子酸（GA）、表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）3种典型多酚对胶原水凝胶进行交联，通过测定水凝胶持水性、溶胀率、力学性能等，研究多酚结构对水凝胶理化特性的影响。结果表明，3种多酚交联后的水凝胶持水性有所下降，但均在95%以上。随着多酚浓度增加，水凝胶溶胀率均有所降低，力学性能、耐酶解性和动态流变学特性逐渐增强，其中9 mmol/L PA交联的水凝胶理化特性提升显著，硬度达882 g，降解率仅为2.47%，储能模量约在4 000 Pa以上。研究了3种多酚对胶原水凝胶的交联改性效果，可望为牛跟腱的高值化利用提供一定理论和技术支撑。

☆ 图文导读 ☆

图1 不同多酚交联制备的胶原水凝胶FT-IR图谱

图2 不同多酚交联制备的胶原水凝胶力学特性1）

1）不同字母表示同一指标中不同处理之间的显著差异（P＜0.05），下同

图3 不同多酚交联制备的胶原水凝胶持水性

图4 不同多酚交联制备的胶原水凝胶溶胀率

图5 不同多酚交联制备的胶原水凝胶降解率

图6 不同多酚交联对胶原水凝胶动态粘弹性的影响（G'：储能模量；G''：损耗模量；tanδ：损耗因子）

图7 不同多酚交联胶原水凝胶的原子力显微镜图1）

1）图中G、E、P分别代表GA、EGCG、PA组，其中3、5、9分别代表多酚浓度（mmol/L）；白色箭头表示后续扫描选择的区域，A是幅度误差图像，B是对A中白色箭头后续扫描的3D图像

表1 D-周期带及纤维直径平均值1）

1）不同字母表示同一指标中不同处理之间的显著差异（P＜0.05）

图8 多酚交联胶原示意图

结论

（1）GA、EGCG或PA交联后牛跟腱胶原水凝胶中胶原分子仍然保持了其特有的三股螺旋结构，但分子间相互作用（氢键、疏水相互作用或多酚醌式结构导致的交联）使得胶原水凝胶的网络结构更为致密，溶剂在水凝胶网络内部扩散和流动性变差，从而导致水凝胶的持水性和溶胀率降低。

（2）随着多酚浓度的增加，水凝胶的力学性能、耐酶解性和储能模量逐渐增强，其中9 mmol/L PA组的硬度和降解率均达到极值，分别为882 g和2.47%。这是由于相同浓度下，PA结构中含有更多的酚羟基，能提供更多与胶原发生交联的作用位点，此时水凝胶的储能模量最大（约在4 000 Pa以上），且显著大于其损耗模量，具有典型的凝胶特性。

（3）AFM结果显示，三种多酚的加入均会显著提高胶原分子组装过程中D-周期带的宽度，其中PA组增加幅度最大，在9 mmol/L时达到77.90 nm。同时其胶原纤维直径亦达到最大值244.31 nm，分子间相互作用强化了胶原分子的侧向聚集，这也与其宏观性能的提升相印证。

☆ 作者简介 ☆

第一作者

乐薇，华中农业大学食品科学技术学院研究生，主要研究方向为水产品加工及副产物高值化利用，攻读硕士期间以第一作者发表研究论文1篇，申请发明专利1项。

通信作者

胡杨，副教授，博士生导师，华中农业大学狮山硕彦计划青年英才，江苏省淮安市科技创新领军人才，Collagen and Leather杂志杰出青年编委（2022年度），Foods杂志客座主编。研究方向为（1）胶原/胶原肽的高质化加工；（2）水产品品质保持与调控机制。主持国家自然基金和国家重点研发计划子课题等16项。以第一或通讯作者发表论文45篇（SCI收录26篇/ESI高被引拓展版3篇）；申请国家发明专利20余项，授权6项；获教育部科技进步二等奖1项。