不同來源多肽—礦物質螯合物活性研究進展

樓鈺航 徐紅艷 夏新秀 楊晰茗 王 超

(1. 延邊大學，吉林 延吉 133002；2. 延邊大學東北寒區(qū)肉牛科技創(chuàng)新教育部工程研究中心，吉林 延吉 133002)

人體內除碳、氫、氧以外的元素統(tǒng)稱礦物質元素，約占人體內元素4%，分為常量元素(鈣、硫、磷、鈉、鉀等)和微量元素(鐵、鋅、硒、錳、碘、銅等)。礦物質元素在構成人體組織和維持正常生理功能過程中發(fā)揮著重要作用[1]。多肽是蛋白質水解產物，具有良好的營養(yǎng)特性，還具有抗氧化、抗菌、抑菌、抗炎等生物活性，以及提高免疫力、降血壓和降低膽固醇的作用[2-4]。

由于礦物質在人體內吸收率較低，因此提高礦物質的吸收率一直以來都是較熱門的話題，新型礦物質補充劑受到研究者的廣泛關注。研究[5]發(fā)現，部分礦物質元素在一定條件下可與多肽反應生成多肽—礦物質螯合物，與螯合前相比礦物質更易被人體吸收，并可為人體提供一些重要氨基酸，其生物學利用度高于無機金屬鹽。由此可見，多肽礦物質螯合物是一種較理想的礦物質補充劑[6]。文章擬主要對近年來由不同副產物制備的多肽與不同礦物質螯合的制備方法及生物活性進行綜述，以期為多肽—礦物質螯合物此類新型礦物質補充劑的開發(fā)利用提供參考。

1 不同來源多肽—礦物質元素螯合物

1.1 植物來源蛋白

豆粕中的蛋白含量高、產量高且尚未被完全開發(fā)利用。吳瑞藍等[11]采用木瓜蛋白酶水解豆粕蛋白制備鋅螯合物，提高了大豆加工副產物資源的附加值；方燕凌等[12]利用曬干后的豆粕，通過正交試驗得到最佳酶解條件，并與鈣元素進行螯合，制得多肽螯合鈣；馬利華[13]利用豆粕中的多肽與鋅螯合，發(fā)現多肽—鋅螯合物清除自由基能力及還原能力均高于螯合前，清除羥基自由基與DPPH自由基能力較強于茶多酚。充分開發(fā)利用副產物中的蛋白，如核桃粕[14]、玉米胚芽粕[15]等都可作為多肽螯合物的植物蛋白來源，不僅能夠改善資源的浪費，還可解決油脂加工廠副產品利用不足的問題，對實現資源的充分利用具有重大意義。

1.2 動物來源蛋白

隨著中國畜禽養(yǎng)殖產業(yè)的興盛，其副產物的產量也隨之增加。動物骨粉中蛋白含量約23%，因此對于畜禽骨的開發(fā)有著巨大的經濟價值與社會效益。現如今中國對畜禽骨的開發(fā)及利用度還存在局限性，生產出高附加值、高利用率的產品，便成為了相關產品開發(fā)的研究熱點。高敏等[16]以螯合能力、鈣質量分數為指標螯合牛骨粉多肽與鈣元素，通過螯合前后穩(wěn)定性及結構變化的測定發(fā)現螯合物形成了更加緊密的環(huán)狀結構，說明螯合物更穩(wěn)定。Wu等[17-18]則采用豬骨膠原肽制備鈣螯合物并對其結構表征與穩(wěn)定性進行分析。結果顯示，多肽螯合鈣在胃腸道環(huán)境中有較好的穩(wěn)定性，可促進胃腸道對鈣離子吸收。螯合后可顯著改善Caco-2細胞單層鈣的轉運，逆轉磷酸鹽和植酸鹽對鈣吸收的抑制作用。上述研究表明，多肽與礦物質螯合后可作為一種新型礦物質補充劑，不僅提高了畜禽骨多肽的營養(yǎng)價值以及其副產品的利用價值，同時也促進了畜牧業(yè)的發(fā)展，具有深遠的現實意義及開發(fā)價值。

魚鱗、魚骨都是魚類加工業(yè)主要副產物，具有較大的土腥味，不易被大多數消費者接受，導致食用價值較低，但二者均富含優(yōu)質資源，如膠原蛋白、脂肪酸等。唐順博[19]研究了魚鱗多肽—亞鐵螯合物的制備工藝，分析了多肽在螯合前后的結構及性質變化，并對羅非魚鱗多肽—亞鐵螯合物的生物毒性與消化穩(wěn)定性進行了評價。魚骨中含有豐富的蛋白、不飽和脂肪酸、鈣、磷等營養(yǎng)成分，且鈣含量與磷含量的比值接近人體骨骼的鈣磷比(2∶1)[20]。周小敏等[21]以金槍魚的魚骨為原料，進行酶解獲取膠原多肽，并以螯合率為指標優(yōu)化膠原多肽與鈣的螯合工藝。基于這類資源通常被丟棄，既造成浪費，又污染環(huán)境，因此，充分利用其中的資源可有效提高此類水產品的綜合價值，可以實現“變廢為寶”、促進漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 多肽與不同礦物質元素的螯合物

2.1 多肽—鈣螯合物

鈣是人體中最豐富的無機元素，約占總體重1.5%～2.0%，能保證人體細胞、骨骼和牙齒正常功能的發(fā)揮，及體內部分機制的運行[22]。早期的鈣補充劑(如碳酸鈣、乳酸鈣等)在堿性腸道環(huán)境中易形成沉淀，嚴重降低鈣元素的吸收和生物利用率[23]。Wang等[24]通過對小麥胚芽多肽與鈣離子螯合，發(fā)現與單純水解產物相比，鈣離子螯合率顯著提高。蠶蛹中蛋白質含量約15%，可為多肽鈣螯合物提供優(yōu)質且豐富的蛋白資源，趙梓月等[25]以蠶蛹為原料，利用響應面法對其螯合條件進行優(yōu)化，制得蠶蛹多肽螯合鈣。研究[26]發(fā)現，在腸道吸收方面，多肽與鈣離子螯合后能量消耗更少，運輸速度更快且載體不易飽和，比螯合前更具優(yōu)勢。Wang等[27]以從黃瓜籽中提取的蛋白為原料，采用液體發(fā)酵法制得黃瓜籽多肽，發(fā)現當多肽分子量<6 000 Da時，其結構表征發(fā)生變化，存在大量結合位點，更易形成多肽螯合鈣。多肽分子與鈣離子發(fā)生螯合反應所形成的肽鈣復合物結構穩(wěn)定，消化時即使pH發(fā)生變化，仍可保持可溶且不易發(fā)生化學變化，并能被腸道直接吸收。Chen等[28]以扁舵鰹為原料，采用酶解法和膜分離法制備多肽，發(fā)現純化后的多肽與鈣的結合能力更強。多肽螯合鈣在提高鈣元素的生物利用率的同時還可以改善人體健康，可作為一種新型鈣元素補充劑。

2.2 多肽—鐵螯合物

鐵元素廣泛存在于人體組織中，在紅細胞中以血紅蛋白的形式存在(65%)；在肌肉中以肌紅蛋白和酶的形式存在(10%)；其余鐵元素以鐵蛋白和含鐵血黃素的形式存在于各個組織器官中(15%～20%)。鐵元素在人體中發(fā)揮著重要作用，缺乏鐵元素會導致缺鐵性貧血，甚至影響人體行為及智力發(fā)育[29]。

食物中的鐵元素大部分以三價鐵的形式存在，吸收效率低，當以二價鐵形式存在時，生物利用率更高且結構更加穩(wěn)定，更易被人體胃腸道消化吸收。Wu等[30]對多肽螯合鐵結構活性及影響因素進行研究，建立了Caco-2細胞單層吸收模型，發(fā)現多肽與鐵螯合后更利于人體對鐵的吸收。多肽螯合鐵作為補鐵劑，可被腸黏膜細胞直接吸收，對腸道副作用極低，吸收率比無機鐵高約2倍[31]。鐵元素在蛋白質酶解、物質與能量代謝以及生理免疫過程中發(fā)揮重要作用。研究人員使用不同儀器對多肽與鐵離子螯合、反應前后變化進行分析，Vo等[32]對日本毛蝦中的蛋白進行酶解，利用超濾法分級后與鐵螯合，發(fā)現多肽分子量為1 000～3 000 Da時，螯合率最高。Palika等[33]利用蛋清中的多肽，通過層析、反相高效液相色譜法進行純化并建立Caco-2細胞單層模型。結果表明，消化過程中，多肽與鐵螯合后可促進腸道對鐵元素吸收。在營養(yǎng)方面，多肽螯合鐵作為增加鐵元素吸收和生物利用度的天然產品，可滿足缺鐵性貧血人群的需求。

2.3 多肽—鋅螯合物

鋅元素作為人體內第二豐富的營養(yǎng)元素，存在于所有具有催化功能的組織中。其中，肌肉和骨骼中鋅含量占總量90%，肝臟中占5%[34]。鋅缺乏會引起多種疾病，包括免疫系統(tǒng)紊亂、皮膚炎癥和腹瀉等[35]。通過飲食直接攝入鋅元素易與植酸產生不可溶性結合物使鋅元素生物利用率降低[36]。鋅元素螯合后能借助多肽吸收特性，以螯合物形式使腸道主動吸收，防止在體內產生不可溶物，進而改善鋅元素吸收。富天昕等[37]對綠豆螯合鋅條件進行優(yōu)化，通過體外模擬胃腸道消化，發(fā)現鋅離子溶解率和透析率均顯著高于無機鋅鹽。梁春輝等[38]以牡蠣為主要原料，利用中性蛋白酶制得牡蠣多肽—鋅螯合物。測定了幾種常見的自由基清除能力及抗氧化活性，并研究了其體外抗氧化作用。豆類中蛋白含量較高，可通過蛋白酶水解制得多肽螯合鋅。鄭英敏等[39]以大豆為原料制備多肽螯合鋅，對其初級結構進行表征。結果表明，多肽與鋅元素螯合后化學性質穩(wěn)定且有較高溶解性，同時為補鋅劑的應用提供了“鋅”思路。

2.4 多肽—硒螯合物

硒元素是人體內不可缺少的微量營養(yǎng)素之一，可維持生物體生長、發(fā)育、繁衍等。同時，硒能夠增強機體免疫力。人體內缺少硒元素可能導致重要器官功能失調，也會提高患不同類型慢性疾病(如克山病、大骨節(jié)病、心血管疾病、貧血、糖尿病、腫瘤等)的發(fā)病率[40]。劉曉美等[41]通過對玉米肽的酶解，制得具有更高活性的玉米多肽，優(yōu)化了玉米肽與硒元素螯合工藝，并通過肝損傷的小鼠模型，證實了其對肝臟具有保護作用，多肽—硒螯合物其實是一種將無機硒轉化成有機硒的新型硒元素補充劑。Qin等[42]與林棟等[43]分別從豌豆、核桃中提取多肽，與亞硒酸鈉制備多肽—硒螯合物后，進行抗氧化活性及還原能力檢測，由于螯合后分子量較低，更易被吸收。由于人體自身不具備產生硒元素能力，因此只能通過日常飲食攝入，Sayra等[44]比較了發(fā)芽鷹嘴豆不同蛋白組分中硒積累及其對蛋白水解物消化率和細胞抗氧化活性的影響，螯合后鷹嘴豆芽球蛋白消化率較高。綜上所述，多肽螯合硒的生物利用度高于無機硒，且毒副作用方面也低于無機硒，可作為補硒劑的研究重點。

3 多肽及其礦物質螯合物的生物活性

3.1 抗氧化性

自由基作為機體內許多生化反應中間代謝產物，當體內自由基過量時，會攻擊人體內正常細胞，促使人體衰老，各種疾病也因此產生[45]。

研究[46-47]發(fā)現，蛋白質水解物即多肽具有較好的抗氧化活性。Lu等[48]采用雙酶體系水解芝麻蛋白，結果發(fā)現溫度、pH、金屬離子對抗氧化活性均有影響。芝麻經蛋白酶水解蛋白肽可預防一些慢性代謝疾病，如：糖尿病、高血壓等，在相關功能性食品中具有廣闊的應用前景。Ramak等[49]利用肽組學分析方法測定抗氧化活性，發(fā)現與其他蛋白酶相比，木瓜蛋白酶水解制得的多肽及螯合物的ABTS+自由基清除能力及螯合率均最高，有更好抗氧化活性，多肽與亞鐵的螯合率也有所提高。蛋白質在水解過程中，水解度過高可能會導致苦味肽的產生，對產品的口感也會有所損害[50]，不可單純根據水解度高低進行蛋白酶的篩選。因此，在今后研究過程中，抗氧化活性應成為蛋白酶篩選的影響因素之一。Karami等[51]利用不同蛋白酶水解蛋白并采用反相高效液相色譜法對蛋白質水解液進行分餾，通過測定其抗氧化活性發(fā)現不同蛋白酶對抗氧化及其他生物活性均有影響。Feng等[52]從板栗蛋白中分離出新的抗氧化肽，通過測定ABTS+自由基清除能力分析其抗氧化活性，通過模擬消化后發(fā)現其有良好的抗氧化活性。肖玉娟等[53]利用藍圓鲹蛋白進行酶解，超濾法進行分級，以自由基清除率為指標與鐵元素進行螯合，結果發(fā)現多肽與鐵離子螯合后的抗氧化性強于螯合前。Canabady-Rochelle等[54]根據多肽—礦物質螯合物的抗氧化活性提出了一種新的方法，利用表面等離子體共振直接篩選粗水解物中的金屬螯合肽，縮小了其在工業(yè)應用中的局限性。以上研究表明，多肽—礦物質螯合物的自由基清除活性以及體內、體外抗氧化活性等已成為研究熱點。

3.2 抗菌性

隨著人們對健康生活質量要求的不斷提高，關于食品的質量安全問題備受關注。現如今抗生素、磺胺等抗菌藥物的使用不斷增加，導致細菌耐藥能力也隨之提高，因此效率高、殘留少、毒害低的抗菌物便成為了預防細菌感染的重點[55]。

天然的抗菌肽是一種從動植物中提取的小分子，也被稱作天然防腐劑[56]，李敏晶等[57]選擇了一種海洋生物提取多肽，并研究其抑菌活性。結果發(fā)現，多肽的濃度越高抑菌能力越強，菌株種類和多肽分子量共同決定了抑菌的效果。張囡[58]利用香菇柄中分離純化得到的不同分子質量的多肽，發(fā)現其不僅具有抑菌作用，還有較強的還原能力。天然提取物具有能夠抑制甚至直接殺死病原菌，同時不產生耐藥性并提高機體的免疫力等功能[59-61]。有研究顯示，礦物質與多肽螯合后不僅能提高礦物質的吸收率，同時使多肽的抑菌效果顯著提高。如：Lin等[62]從一種低價值魚類的蛋白水解物中分離得到了多肽并與亞鐵離子螯合，通過自由基清除能力的測定，發(fā)現螯合后的多肽螯合亞鐵不僅具有營養(yǎng)特性，易于消化吸收，而且具有抑菌及抗氧化的功效。因為絕大多數多肽來源于食物自身，所以天然抗菌肽對人體不產生副作用，而且還可以促進傷口痊愈。Fang等[63]以章魚下角料中蛋白為原料制備多肽螯合鋅，并對其抗菌活性進行了表征，發(fā)現多肽螯合鋅對金黃色葡萄球菌的抑菌能力顯著。楊玉蓉等[64]利用桃仁與3種不同植物中多肽與金屬螯合抗菌能力進行比較，發(fā)現螯合后的抗菌能力強于螯合前。多肽—礦物質螯合物作為一種天然抑菌劑應用于食品加工行業(yè)，有著巨大的潛力。

3.3 其他活性

人體免疫系統(tǒng)被稱為人體衛(wèi)士，與體外或已進入體內的細菌、病毒進行對抗，以確保機體健康運行。疾病發(fā)生的基本原因是人體免疫調節(jié)功能的失效。除了注意個人衛(wèi)生、增加鍛煉、充足睡眠、保持積極心態(tài)，還可通過攝入營養(yǎng)補充劑來提高自身免疫力。潘天齊等[65]發(fā)現菜籽多肽可提高細胞免疫能力，增強吞噬細胞和NK細胞的吞噬活性，具有降血壓、抗凝血及抗癌等功效。Yuan等[66]發(fā)現灰樹花多肽與鐵元素螯合后，不僅可以促進脾細胞和腹腔巨噬細胞的增殖，還有提高免疫的能力。目前已有研究[67]發(fā)現，不同蛋白酶水解同一來源蛋白所得的生物活性肽往往生物活性也不同，其中經胃蛋白酶酶解后的多肽通常具備較好的增強免疫力效果。Huang等[68]對帶魚尾蛋白中制得的多肽—亞鐵螯合物進行抗氧化活性、氨基酸組成及螯合速率的測定，經大鼠試驗得出，含多肽螯合鐵可有效改善疲勞能力。綜上，生物活性肽與礦物質螯合后具有提高免疫力、抗疲勞、輔助降血壓等功能，作為當前食品領域較熱門的研究課題，具有廣闊的發(fā)展前景。

4 結語

多肽—礦物質螯合物作為一種新型的礦物質補充劑，引起了人們的廣泛關注，對其研究也日益增多。近幾年研究發(fā)現，多肽—礦物質螯合物具有抗氧化、抗菌、增強免疫力、抗癌等生物活性。目前，學者通常將多肽與金屬元素(鈣、鐵、鋅等)進行螯合，而與非金屬元素(硒等)螯合的研究較少，而且肽鏈結合位置、化學結構、動態(tài)過程、蛋白酶的選擇對其生物活性影響均需進行深入研究。除此之外，現階段的研究都局限于多肽與單一礦物質螯合，關于多肽與多種礦物質共同螯合達到“一食多補”效果的研究尚未發(fā)現，有待進一步考證。同時，開發(fā)多肽—礦物質螯合物功能性食品并實現工業(yè)化生產，對促進身體健康、合理利用資源，均具有深遠的現實意義，也為今后的進一步研究提供了新的思路。