3种黄酮异构体羟基位置对明胶结构-性能关系的调控作用：结构重排、非共价结合机制及功能调控

《Food Chemistry》：Hydroxyl position of 3 flavonoid isomers modulate gelatin structure-properties relationship: Structural rearrangement, non-covalent binding mechanism and function regulation

　　

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  黄酮类化合物将氢键转变为离子键和疏水相互作用。
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  异鼠李素在将明胶有序状态转变为无序状态方面具有最佳能力。
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  黄酮类化合物的A-5-OH基团保护了明胶的三级构象免受改变。
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  基于对接和模拟，疏水口袋是结合位点。
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  黄酮类化合物改善了明胶的乳化、成胶和发泡性能。

引言

明胶是一种动物源性蛋白质，由各种动物组织（包括皮、骨和鳞片）中的胶原蛋白经部分水解制得。因其独特的发泡、成胶、乳化和成膜特性，在食品工业中得到了广泛应用，包括乳制品（Derkach等，2020年）、肉类和烘焙产品（Akbar & Putri，2026年）。哺乳动物副产品（包括猪皮和牛皮）是明胶提取的主要来源，约占全球明胶市场的46%，其次是骨骼（23%）和蹄部（29%）（Akhter等，2022年）。但朊病毒病和口蹄疫等潜在人畜共患疾病的风险是哺乳动物明胶面临的安全问题（Nitsuwat等，2021年）。源自海洋副产品的明胶因其市场潜力而受到越来越多的关注（Wu等，2023年）。然而，海洋明胶的利用受到限制，因为其成胶特性等功能特性较差（Tohmadlae等，2019年）。

黄酮类修饰是一种通过共价或非共价相互作用（如氢键、疏水相互作用、范德华力和π-烷基作用）增强蛋白质物理化学和功能特性的常用方法（Ma等，2024年）。木樨草素（LUT）与明胶的复合物可通过氢键和疏水相互作用增强苯甲酰异硫氰酸酯的稳定性和生物利用度，从而改善其肠道吸收（Liu等，2023年）。异鼠李素（FIS）与tau K18蛋白的结合主要通过氢键和范德华力抑制tau聚集和β-折叠的形成（Xiao等，2021年）。黄酮类化合物的结构是影响蛋白质修饰的关键因素，包括羟基的位置和数量以及分子量（Wu等，2018年）。C6–C3–C6骨架是黄酮类化合物的特征结构框架。儿茶素修饰的酪蛋白的结构-活性关系研究表明，B环C5位的羟基和C环C3位的没食子酰基（D环）在决定儿茶素与酪蛋白之间的结合位点、结合亲和力和结合强度方面起着至关重要的作用（Feng等，2025b）。此外，其他多酚在不同程度上改善了酪蛋白的结构和功能特性，这取决于其分子量、羟基取代位置、羟基数量和分子极性（Feng等，2025a）。我们之前的研究表明，明胶的结构和性质受到B环上具有不同羟基的黄酮类化合物（包括山奈酚（KA）、槲皮素（QU）、栎皮素（MYR）和槲皮苷（QUE））的影响。KA（1个OH）增强了明胶的体外消化性，QU（2个OH）改善了其乳化和成胶特性，MYR（3个OH）提高了其抗氧化能力，QUE（2个OH和C环上的鼠李糖）改善了其发泡性能（Fu等，2025年）。然而，不同羟基位置的异构黄酮类化合物如何影响明胶的结构和功能特性仍不清楚。

因此，本研究旨在阐明黄酮类异构体A、B、C环上羟基的位置分布如何影响其与明胶的相互作用，从而诱导构象变化并调节明胶的功能特性。本研究选择了三种黄酮类异构体——KA（A-5-OH、A-7-OH、B-4′-OH、C-3-OH）、LUT（A-5-OH、A-7-OH、B-3′-OH、B-4′-OH）和FIS（A-7-OH、B-3′-OH、B-4′-OH、C-3-OH）——构建明胶-黄酮类复合物。本研究将通过黄酮类结构调控为明胶基功能材料的理性设计提供新的见解。

章节摘要

材料

罗非鱼皮提取的明胶（分子量：100–250 kDa；布氏强度：220 g）购自武汉澜纳贝医药科技有限公司（中国武汉）。KA购自上海麦克林生化科技有限公司（中国上海），LUT和FIS由上海源叶生物科技股份有限公司提供（中国上海）。本研究中使用的化学品和试剂均为分析纯。

明胶-黄酮类溶液的制备

明胶溶液通过将0.5 g明胶溶于100 mL中制备

蛋白质组成

明胶的蛋白质组成和分布影响其高级结构和功能（Kozlu & Havlík，2025年）。不同黄酮类化合物对蛋白质组成和分子量（Mw）分布的影响如图1A所示。主要条带出现在240 kDa、125 kDa、105 kDa和80 kDa处，分别代表β链、α₁链、α₂链以及由α链部分断裂产生的低分子量肽（Geonzon等，2025年）。未显著观察到新的条带

结论

本研究系统评价了具有不同羟基位置的黄酮类异构体（KA、LUT和FIS）如何调节明胶的结构和性质。添加黄酮类化合物后，明胶中β-折叠含量增加，α-螺旋含量减少。KA和FIS中3-OH的存在与β-折叠比例的变化和无规卷曲含量的减少有关，而FIS中额外的3′-OH进一步影响了明胶的构象和表面性质。

CRediT作者贡献声明

付可欣：撰写——初稿，数据管理，概念化。高洁：撰写——审阅与编辑，可视化。赵方坤：方法学。朱雨桐：数据管理。赵晓南：调查研究。桑亚欣：资金获取。田桂芳：撰写——审阅与编辑，可视化，指导，资金获取，概念化。

未引用参考文献

10.1016/0010-4655(95)00042-E, 1995

10.1051/bioconf/20248701005, 2024

Arroyo-Maya and Campos-Terán, 2016

Babapour, Alimohammadi, Nafchi, Huda and Abedinia, 2023

Cartagena and Giura, 2024

Chen, Zhang, Yu and Ma, 2023

Cheng and Tu, 2023

Dalke, 1996

Deng and Li, 2024

Deng and Zhou, 2025

Derkach, Voron'ko, Kuchina and Kolotova, 2020

Feng and Xu, 2025

Forero and Osorio, 2021

Garcia and Rodrigues, 2025

Gubaidullin, Galeeva, Galyametdinov, Ageev, Piryazev, Ivanov, Ermakova, Nikiforova, Derkach, Zueva, and Zuev, 2025

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的经济利益冲突或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本研究得到了京津冀自然科学基金合作项目（25JJJJC0027和25JJJJC0039）和河北现代农业生产体系（HBCT2024170206）的资助。

付可欣|高洁|赵方坤|朱雨桐|赵晓南|桑亚欣|田桂芳