罗非鱼皮胶原蛋白自聚集动力学及其机制的研究

Self-aggregation is one of the important properties for tilapia (Oreochromis niloticus) skin collagen, and plays a vital role in its application. On what condition will the collagen self-aggregate? Why to aggregate and how to aggregate? Aiming at these problems, studies were made centering on the following two aspects. .(1) Determination of extraction method and the optimum conditions for self-aggregation of collagen from tilapia skin, mainly studying the effects of extraction methods, aggregation systems and exogenous high polymers on the self-aggregation property of collagen..(2) Study on the self-aggregation kinetics and mechanism of tilapia skin collagen. The research contents were as follows: the interaction between thioflavin T (ThT) and collagen was discussed; kinetic models of collagen self-aggregation were established by ThT fluorescence probe, and the effects of aggregation systems and exogenous high polymers on the collagen aggregation kinetics were studied on the basis of the models above; dynamic changes of aggregate structure were monitored in the process of collagen aggregation; the self-aggregation mechanism of collagen from tilapia skin was analyzed. .This investigation will provide the theoretical basis for development and application of tilapia skin collagen, and the theoretical support for the high value utilization of the low value resource.

自聚集性是罗非鱼皮胶原蛋白的重要性质之一，对其应用具有重要意义。该胶原蛋白在什么条件下易发生自聚集？为什么聚集？如何聚集？针对上述问题，本课题主要围绕两个方面进行研究。.（1）罗非鱼皮胶原蛋白提取方法及其自聚集最适条件的确定。包括提取方法、聚集体系和外源高分子物质对胶原蛋白自聚集性的影响。.（2）罗非鱼皮胶原蛋白自聚集动力学和机制的研究。包括硫黄素T（ThT）荧光探针与胶原蛋白的相互作用；运用ThT荧光探针法建立胶原蛋白自聚集动力学模型，以此为基础研究聚集体系和外源高分子物质对胶原蛋白自聚集动力学的影响；胶原蛋白自聚集过程中聚集体结构的动态变化；解析罗非鱼皮胶原蛋白的自聚集机制。.本研究课题将为罗非鱼皮胶原蛋白的开发应用提供理论基础和依据，为这一低值资源的高值化利用寻求理论支持。

自聚集性是胶原蛋白的重要性质之一，也是其在生物材料领域应用的重要基础。近年来，疯牛病、口蹄疫等流行病频发，国内外对哺乳动物胶原生物材料检疫非常严格。在这种情况下，生物材料逐渐倾向于水产胶原。我国已成为全球最大的罗非鱼生产国，由此产生大量鱼皮等副产物，若不加以处理，则会造成环境污染和资源浪费。鱼皮干物质70％以上为胶原。目前鱼皮胶原多生产多肽应用于食品和化妆品领域，而其在生物材料领域的研究和应用非常少。本研究以罗非鱼皮胶原蛋白为对象，研究了提取方法、自聚集体系和外源高分子物质对胶原自聚集性的影响，并探讨了应用硫黄素T（ThT）荧光探针研究胶原的自聚集动力学，以上述结果为基础分析了罗非鱼皮胶原蛋白的自聚集机制。研究结果可为鱼皮胶原蛋白在生物材料领域的应用提供基础和依据，有利于拓展水产胶原蛋白的应用领域。.研究发现：（1）罗非鱼皮胶原蛋白为I型，提取温度对其结构和自聚集性影响显著。当提取温度低于胶原的热变性温度时，胶原能够较好地保持分子的完整性，分子变性程度较低，从而能够自聚集形成具有D-周期性横纹的纤维；而当提取温度高于热变性温度时，胶原则失去了自聚集形成纤维的能力。（2）胃蛋白酶法提取胶原具有良好的溶解性和自聚集能力，具有开发成生物材料的潜力。（3）胶原浓度、温度、溶液pH和离子强度（NaCl浓度）均能够影响到胶原的自聚集动力学。胶原或NaCl浓度越大越有利于胶原晶核的形成，但是浓度过高却延缓胶原纤维的生长；聚集温度越接近胶原原料的生活温度或溶液pH偏碱性，胶原越容易自聚集。（4）自聚集温度对胶原自聚集体结构影响显著。当温度低于胶原热变性温度时，胶原能够自聚集形成丝状的胶原纤维，但是温度高于热变性温度时未发现纤维的形成。（5）海藻酸钠、硫酸软骨素和透明质酸能够促使胶原形成较大直径的纤维，而壳聚糖并未表现这种作用。（6）ThT荧光探针可与胶原活性单体发生相互作用，可用于确定胶原成核阶段晶核的大小。（7）罗非鱼皮I型胶原自聚集机制为：胶原在酸性溶液溶解后成为单体，在溶液中加入磷酸盐缓冲液（含NaCl）并调节pH为中性后，胶原单体被活化成为活性单体，随着自聚集的进行，1-2个活性单体组装成为晶核，在此基础上胶原首先自聚集形成单纤维，再进一步组装成纤维束。.目前该项目共发表论文3篇，SCI收录一篇；申请国家发明专利4项，授权一项，拟后续整理发表论文2-3篇，申请专利一项。