肽與金屬離子螯合物的研究進(jìn)展

王孟麗，布冠好*

河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院（鄭州 450001）

肽是生物體內(nèi)的一類活性物質(zhì)，參與機(jī)體許多重要的生理功能[1]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展一系列動(dòng)植物蛋白源多肽的結(jié)構(gòu)鑒定和功能活性研究[2-3]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：與蛋白質(zhì)相比，肽更能以完整形式被吸收利用；肽的功能特性包括補(bǔ)充人體必須微量金屬元素、抗菌、抗氧化等[4-5]。因?yàn)殡木哂泻芨叩纳锘钚远艿疥P(guān)注，在食品及其他領(lǐng)域逐漸被開(kāi)發(fā)出來(lái)，成為近幾年生命科學(xué)研究中的一大熱點(diǎn)[6]。

鈣、鐵、鋅是維持人體生命所必要的微量金屬元素，中國(guó)普遍存在這些微量元素不足的形勢(shì)，很多人體疾病和體內(nèi)金屬陽(yáng)離子缺乏息息相關(guān)[7]，因此研究對(duì)人體有效利用的金屬添加劑已然成為目前的熱門課題。肽金屬離子螯合物是一類新式的螯合物體系，同時(shí)也是一種新型的礦物質(zhì)補(bǔ)充劑，相比于金屬元素來(lái)說(shuō)，它能直接以無(wú)機(jī)鹽形式進(jìn)入生物體內(nèi)，利用肽在小腸內(nèi)迅速消化吸收。有研究發(fā)現(xiàn)，肽金屬離子螯合物有著獨(dú)特的螯合體制和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，比氨基酸螯合金屬元素更易于吸收，具有更廣闊的發(fā)展空間[8]。

針對(duì)肽的研究主要是在生物活性方面，比如降血壓、抑菌和抗氧化等。而對(duì)于肽與金屬離子螯合物的研究很少，就肽和多種金屬離子進(jìn)行螯合，對(duì)其螯合物的螯合機(jī)理、制備方法、應(yīng)用現(xiàn)狀、功能特性及前景展望進(jìn)行綜述。新型礦物質(zhì)金屬元素補(bǔ)充劑的開(kāi)發(fā)對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及資源節(jié)約利用都具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 肽金屬離子螯合物的螯合機(jī)理

初步探究發(fā)現(xiàn)肽和金屬離子的螯合機(jī)理是肽的末端羧基或氨基中含有比較多的氮原子、氧原子和硫原子，它們可與金屬陽(yáng)離子在合適的條件下形成配合物。通過(guò)光譜分析確定肽金屬離子螯合物的螯合位點(diǎn)為肽的羧基、氨基和肽鍵。Kahlen等[9]以10個(gè)谷氨酸分子組成的肽鏈進(jìn)行分子對(duì)接模擬Ca2+螯合的結(jié)構(gòu)。分子質(zhì)量大小最先影響其螯合活性，在一定程度下，螯合能力與肽分子質(zhì)量是呈負(fù)相關(guān)的。Xia等[10]對(duì)來(lái)自于大麥谷蛋白的抗氧化肽進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征時(shí)發(fā)現(xiàn)分子質(zhì)量低于1 kDa的小肽螯合活性更強(qiáng)。氨基酸組成是影響螯合活性的第二種因素，有研究發(fā)現(xiàn)，在肽中含有半胱氨酸、組氨酸的情況下，螯合活性更容易進(jìn)行。如酵母水解液中含有的鐵螯合肽就發(fā)現(xiàn)有大量組氨酸、賴氨酸和天冬氨酸[11]。

2 肽金屬離子螯合物的制備

肽金屬離子螯合物是由金屬離子和多個(gè)配位體通過(guò)共價(jià)鍵與肽連接而成的環(huán)狀形式的配合物。肽金屬離子螯合物制備過(guò)程一般第一步是先提取肽，常見(jiàn)的是以一些天然植物蛋白為原料，采用化學(xué)法、酶法、微生物法等各種方法來(lái)提取。相對(duì)于其他方法，常使用酶解法來(lái)制備肽，因?yàn)樵谥苽溥^(guò)程中酶解法更安全、價(jià)格低廉、條件容易控制[12]。選取合適的蛋白酶水解植物蛋白，進(jìn)行酶解條件的優(yōu)化進(jìn)而得到結(jié)合金屬活性較高的多肽。第二步是肽與金屬的螯合。肽金屬合物是通過(guò)無(wú)機(jī)金屬離子與多肽在一定條件下反應(yīng)制得的。常用的是水體系合成法：將多肽與金屬鹽按一定比例泡合，水浴加熱一定時(shí)間，加入有機(jī)溶劑使蓄合物沉淀，干燥得到肽金屬合物。另外還有干粉體系合成法：將多肽與金屬鹽混合，在水浴中加熱成糊狀，蒸發(fā)干燥制得肽金屬螯合物。第三步是螯合物與未螯合金屬離子和肽進(jìn)行分離，分離方法常用的是乙醇沉淀法和透析法。影響肽金屬離子螯合物的制備要素主要有溫度、時(shí)間、pH等，可通過(guò)改進(jìn)其中的任意因素來(lái)得到純度較高的肽金屬離子螯合物。在一定溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)溫度越高，螯合反應(yīng)的反應(yīng)速率和平衡系數(shù)越大，然而，高溫會(huì)導(dǎo)致多肽變性，從而導(dǎo)致多肽鋅螯合能力下降[13]。有研究表明，以羅非魚(yú)鱗膠原蛋白為原料制備肽鋅螯合物，反應(yīng)溫度54 ℃，此時(shí)肽鋅螯合得率最高[14]。

3 肽金屬離子螯合物的營(yíng)養(yǎng)功能

3.1 肽鐵螯合物的營(yíng)養(yǎng)功能

鐵具有多種重要的生理作用[15]，如補(bǔ)血、提高免疫作用、促進(jìn)智力發(fā)育，此外，鐵還參與構(gòu)成細(xì)胞色素和某些酶類，參與能量的代謝。缺鐵引起的缺鐵性貧血（IDA）可能導(dǎo)致多種病理，尤其是兒童發(fā)育和行為延遲[16]，精神萎靡不振，影響人體生長(zhǎng)發(fā)育等癥狀。因此，通常使用強(qiáng)化食品來(lái)抵制IDA[17-18]。但是這類補(bǔ)鐵劑穩(wěn)定性低，對(duì)胃腸道有強(qiáng)烈的刺激作用，而且在腸道中會(huì)受到有機(jī)酸的沉淀，生物利用度急劇下降，而金屬元素和多肽螯合可以彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，因?yàn)殡慕饘衮衔锬艽蠓忍嵘饘俚纳锢枚取?/p>

肽鐵螯合物還具有一定抗氧化活性，當(dāng)鐵離子和肽以配位鍵結(jié)合后，能形成一種相對(duì)穩(wěn)定的螯合物，這種螯合物能保留或者增強(qiáng)多肽的抗氧化性，一般來(lái)說(shuō)，肽鐵螯合物抗氧化性在一定范圍內(nèi)隨著肽的質(zhì)量濃度的增加而提高。有研究發(fā)現(xiàn)，以大豆多肽為原料制備肽鐵螯合物時(shí)，隨著濃度的增加，其螯合物的抗氧化能力也隨著增加，并且其抗氧化活性顯著高于大豆多肽[19]。肽鐵螯合物在抑菌方面也發(fā)揮很大作用。林慧敏等[20]在研究魚(yú)的多肽時(shí)發(fā)現(xiàn)其并沒(méi)有抑菌性，但是與鐵螯合之后的肽鐵螯合物對(duì)一些不同細(xì)菌都有不同抑菌活性，其抗菌活性是由于能夠競(jìng)爭(zhēng)細(xì)菌生長(zhǎng)過(guò)程中所需的鐵元素。

3.2 肽鋅螯合物的營(yíng)養(yǎng)功能

鋅也是生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中必需的金屬元素之一。在機(jī)體發(fā)育過(guò)程中起著必不可少的作用，常被人們贊譽(yù)成“智力之源”。鋅能夠維持人體正常食欲，促進(jìn)智力發(fā)育，促進(jìn)細(xì)胞組織再生[21-22]。缺鋅會(huì)產(chǎn)生一些生理上的不良現(xiàn)象，如腹瀉、皮損、毛發(fā)干燥等[23]。市面上補(bǔ)鋅劑常見(jiàn)的主要有硫酸鋅，但是會(huì)對(duì)胃造成劇烈刺激，而從飲食中補(bǔ)充的鋅元素容易與植酸形成不溶性絡(luò)合物從而降低鋅的生物利用度[24]，因此肽鋅螯合物成為補(bǔ)鋅的一個(gè)最佳選擇。

肽鋅螯合物在醒酒護(hù)肝方面具有很好的功效。肽鋅螯合物可以增加血液中亮氨酸濃度，進(jìn)而加強(qiáng)酒精代謝過(guò)程中的輔助因子煙酰胺腺嘌呤二核苷酸含量，增強(qiáng)酒精代謝速率，從而發(fā)揮醒酒作用。谷草轉(zhuǎn)氨酶在檢測(cè)肝功能中起到重要作用，肝臟壞死會(huì)促使血清中谷草轉(zhuǎn)氨酶酶活提高，而肽鋅螯合物能明顯使谷草轉(zhuǎn)氨酶活性降低，能夠達(dá)到護(hù)肝的功效。除此之外，肽鋅螯合物還可以降低人體血糖的能力，Sarah等[25]將肽鋅螯合物+胰島素和胰島素分別注入患糖尿病的小鼠體內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肽鋅螯合物與胰島素共同使用后降血糖能力增強(qiáng)，而單獨(dú)使用胰島素降血糖能力較弱。

肽鋅螯合物具有顯著的抗氧化特性，它能顯著降低血清中丙二醛含量，增強(qiáng)超氧化物歧化酶活力，能夠作為一種良好的抗氧化劑使用。馬利華[26]研究的豆粕多肽鋅螯合物的體外抗氧化性證明這點(diǎn)。

3.3 肽鈣螯合物的營(yíng)養(yǎng)功能

鈣在人類生長(zhǎng)中有著不可替代的作用。對(duì)青年人來(lái)說(shuō)，能夠促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)發(fā)育；對(duì)于老年人來(lái)說(shuō)，可以防止骨質(zhì)疏松。鈣對(duì)細(xì)胞內(nèi)的代謝、骨骼生長(zhǎng)、凝血、神經(jīng)傳導(dǎo)、肌肉收縮和心臟功能都有重要作用[27]。鈣缺乏會(huì)表現(xiàn)佝僂病、骨質(zhì)疏松、多汗等癥狀。常用的補(bǔ)鈣產(chǎn)品主要有碳酸鈣、有機(jī)酸鈣等，但吸收效果不好。而氨基酸鈣螯合物雖然補(bǔ)鈣效果比較好，但是成本比較高，而且長(zhǎng)期服用氨基酸螯合鈣可能會(huì)對(duì)人體某些代謝途徑、生理功能產(chǎn)生負(fù)面影響，甚至可導(dǎo)致致畸突變。肽鈣螯合物在模擬腸道消化過(guò)程中具有良好的生物穩(wěn)定性，是吸收和輸送鈣元素的良好載體。因?yàn)樵隗w外模擬腸道消化過(guò)程中，肽鈣螯合物能依賴于胃酸的酸化，能緩慢釋放Ca2+，相對(duì)于碳酸鈣的快速釋放，其能減少對(duì)胃的刺激，而且有更高的生物利用度。另外，肽與鈣離子形成配合物時(shí)，在提高肽的利用率的同時(shí)還可以被腸道直接吸收利用[28]，因?yàn)樗軌蛞种齐拿傅乃饣钚?，同時(shí)使鈣離子以整體形式被轉(zhuǎn)運(yùn)，還能將它做成咀嚼片形式，具有攜帶方便、溶速快、服用方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足人們對(duì)方便、快捷型營(yíng)養(yǎng)品的需求。

肽鈣螯合物具有顯著的抗氧化和抑菌功能。研究證實(shí)沒(méi)有通過(guò)乙醇沉淀的螯合鈣的抗氧化性能相當(dāng)于生育酚的94.43%，而通過(guò)80%乙醇沉淀的螯合物則具有一定的抗菌活性，如抑制枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)。

4 肽金屬離子鰲合物的應(yīng)用

4.1 肽金屬離子鰲合物在養(yǎng)殖方面的應(yīng)用

有研究發(fā)現(xiàn)在動(dòng)物試驗(yàn)中，向哺乳母豬飼料中添加螯合肽鐵，可大幅提高母豬產(chǎn)仔量和仔豬出生時(shí)質(zhì)量，同時(shí)也提高仔豬體內(nèi)的貯存鐵和血紅蛋白含量。郭存榮等[29]通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，以羅非魚(yú)為對(duì)象，向飼料中添加肽鋅配合物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)顯著改善羅非魚(yú)生長(zhǎng)。研究表明肽金屬離子螯合物可作為動(dòng)物飼料應(yīng)用魚(yú)養(yǎng)殖行業(yè)中。

4.2 肽金屬離子鰲合物在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

有試驗(yàn)顯示增加鉻元素能改進(jìn)糖尿病患者的糖耐量，使血糖含量下降。膠原蛋白肽鉻螯合物能夠增加人體對(duì)鉻的攝取，降低肝糖元分解，減少肝糖的輸出，從而降低血糖濃度，對(duì)于臨床糖尿病患者來(lái)說(shuō)是一種福音。有研究報(bào)道鋅與L-肌肽形成的螯合物在醫(yī)學(xué)方面就已經(jīng)應(yīng)用到，如在日本被用作治療胃潰瘍的藥物。Yang等[30]研究發(fā)現(xiàn)肽銅螯合物在體外試驗(yàn)時(shí)能提高自身的溶解血栓能力，為新藥開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

4.3 肽金屬離子鰲合物在食品方面的應(yīng)用

因?yàn)殡慕饘匐x子鰲合物具有吸收速度快、抗氧化和無(wú)毒副作用等優(yōu)點(diǎn)，可用來(lái)代替無(wú)機(jī)鹽或者有機(jī)酸鹽作為一種新型的金屬補(bǔ)充劑在食品中應(yīng)用。楊文英等[31]以大鼠為研究對(duì)象來(lái)研究肽硒螯合物的抗氧化性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，它可顯著提高超氧化物歧化酶和過(guò)氧化物酶的活性，達(dá)到清除體內(nèi)自由基的目的，被用作一種有效的食品抗氧化劑。另外有研究采用魚(yú)產(chǎn)品加工廢料魚(yú)骨制備骨膠原肽，在骨膠原肽溶液中加入鈣源進(jìn)行螯合反應(yīng)，得海洋骨膠原肽鈣螯合物。骨膠原肽鈣螯合物具有良好的補(bǔ)鈣和增加骨密度作用，有效開(kāi)發(fā)利用魚(yú)骨資源，提高其利用率及附加值，可用補(bǔ)鈣類保健品的制備，也為相關(guān)功能食品開(kāi)發(fā)利用奠定理論基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

研究表明，肽金屬離子鰲合物具有良好生物穩(wěn)定性，可作為金屬元素的輸送載體，進(jìn)而提高金屬元素吸收，同時(shí)又具有高營(yíng)養(yǎng)、抗氧化、抑菌等功能特性，可用于食品、保健品，以及新藥開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著人們對(duì)肽金屬螯合物認(rèn)識(shí)逐步提高，人們認(rèn)識(shí)到肽金屬螯合物營(yíng)養(yǎng)的必要性，越來(lái)越多的人關(guān)注其營(yíng)養(yǎng)功能，加強(qiáng)對(duì)肽金屬螯合物研究。但是由于體內(nèi)消化吸收機(jī)制復(fù)雜，受到客觀試驗(yàn)條件限制，許多肽金屬離子螯合物在體內(nèi)的消化吸收情況需進(jìn)一步通過(guò)動(dòng)物試驗(yàn)詳細(xì)的研究。其毒理學(xué)安全性并沒(méi)有被人們完全掌握，應(yīng)做進(jìn)一步試驗(yàn)探究。