肽與金屬離子螯合物的研究進展

王孟麗，布冠好*

河南工業大學糧油食品學院（鄭州 450001）

肽是生物體內的一類活性物質，參與機體許多重要的生理功能[1]。近年來，國內外學者開展一系列動植物蛋白源多肽的結構鑒定和功能活性研究[2-3]。結果發現：與蛋白質相比，肽更能以完整形式被吸收利用；肽的功能特性包括補充人體必須微量金屬元素、抗菌、抗氧化等[4-5]。因為肽具有很高的生物活性而受到關注，在食品及其他領域逐漸被開發出來，成為近幾年生命科學研究中的一大熱點[6]。

鈣、鐵、鋅是維持人體生命所必要的微量金屬元素，中國普遍存在這些微量元素不足的形勢，很多人體疾病和體內金屬陽離子缺乏息息相關[7]，因此研究對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，同時也是一種新型的礦物質補充劑，相比于金屬元素來說，它能直接以無機鹽形式進入生物體內，利用肽在小腸內迅速消化吸收。有研究發現，肽金屬離子螯合物有著獨特的螯合體制和轉運機制，比氨基酸螯合金屬元素更易于吸收，具有更廣闊的發展空間[8]。

針對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行螯合，對其螯合物的螯合機理、制備方法、應用現狀、功能特性及前景展望進行綜述。新型礦物質金屬元素補充劑的開發對推動經濟的發展及資源節約利用都具有重要現實意義。

1 肽金屬離子螯合物的螯合機理

初步探究發現肽和金屬離子的螯合機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，它們可與金屬陽離子在合適的條件下形成配合物。通過光譜分析確定肽金屬離子螯合物的螯合位點為肽的羧基、氨基和肽鍵。Kahlen等[9]以10個谷氨酸分子組成的肽鏈進行分子對接模擬Ca2+螯合的結構。分子質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量是呈負相關的。Xia等[10]對來自于大麥谷蛋白的抗氧化肽進行結構表征時發現分子質量低于1 kDa的小肽螯合活性更強。氨基酸組成是影響螯合活性的第二種因素，有研究發現，在肽中含有半胱氨酸、組氨酸的情況下，螯合活性更容易進行。如酵母水解液中含有的鐵螯合肽就發現有大量組氨酸、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配位體通過共價鍵與肽連接而成的環狀形式的配合物。肽金屬離子螯合物制備過程一般第一步是先提取肽，常見的是以一些天然植物蛋白為原料，采用化學法、酶法、微生物法等各種方法來提取。相對于其他方法，常使用酶解法來制備肽，因為在制備過程中酶解法更安全、價格低廉、條件容易控制[12]。選取合適的蛋白酶水解植物蛋白，進行酶解條件的優化進而得到結合金屬活性較高的多肽。第二步是肽與金屬的螯合。肽金屬合物是通過無機金屬離子與多肽在一定條件下反應制得的。常用的是水體系合成法：將多肽與金屬鹽按一定比例泡合，水浴加熱一定時間，加入有機溶劑使蓄合物沉淀，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、時間、pH等，可通過改進其中的任意因素來得到純度較高的肽金屬離子螯合物。在一定溫度范圍內，反應溫度越高，螯合反應的反應速率和平衡系數越大，然而，高溫會導致多肽變性，從而導致多肽鋅螯合能力下降[13]。有研究表明，以羅非魚鱗膠原蛋白為原料制備肽鋅螯合物，反應溫度54 ℃，此時肽鋅螯合得率最高[14]。

3 肽金屬離子螯合物的營養功能

3.1 肽鐵螯合物的營養功能

鐵具有多種重要的生理作用[15]，如補血、提高免疫作用、促進智力發育，此外，鐵還參與構成細胞色素和某些酶類，參與能量的代謝。缺鐵引起的缺鐵性貧血（IDA）可能導致多種病理，尤其是兒童發育和行為延遲[16]，精神萎靡不振，影響人體生長發育等癥狀。因此，通常使用強化食品來抵制IDA[17-18]。但是這類補鐵劑穩定性低，對胃腸道有強烈的刺激作用，而且在腸道中會受到有機酸的沉淀，生物利用度急劇下降，而金屬元素和多肽螯合可以彌補這一缺點，因為肽金屬螯合物能大幅度提升金屬的生物利用度。

肽鐵螯合物還具有一定抗氧化活性，當鐵離子和肽以配位鍵結合后，能形成一種相對穩定的螯合物，這種螯合物能保留或者增強多肽的抗氧化性，一般來說，肽鐵螯合物抗氧化性在一定范圍內隨著肽的質量濃度的增加而提高。有研究發現，以大豆多肽為原料制備肽鐵螯合物時，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揮很大作用。林慧敏等[20]在研究魚的多肽時發現其并沒有抑菌性，但是與鐵螯合之后的肽鐵螯合物對一些不同細菌都有不同抑菌活性，其抗菌活性是由于能夠競爭細菌生長過程中所需的鐵元素。

3.2 肽鋅螯合物的營養功能

鋅也是生長發育過程中必需的金屬元素之一。在機體發育過程中起著必不可少的作用，常被人們贊譽成“智力之源”。鋅能夠維持人體正常食欲，促進智力發育，促進細胞組織再生[21-22]。缺鋅會產生一些生理上的不良現象，如腹瀉、皮損、毛發干燥等[23]。市面上補鋅劑常見的主要有硫酸鋅，但是會對胃造成劇烈刺激，而從飲食中補充的鋅元素容易與植酸形成不溶性絡合物從而降低鋅的生物利用度[24]，因此肽鋅螯合物成為補鋅的一個最佳選擇。

肽鋅螯合物在醒酒護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，進而加強酒精代謝過程中的輔助因子煙酰胺腺嘌呤二核苷酸含量，增強酒精代謝速率，從而發揮醒酒作用。谷草轉氨酶在檢測肝功能中起到重要作用，肝臟壞死會促使血清中谷草轉氨酶酶活提高，而肽鋅螯合物能明顯使谷草轉氨酶活性降低，能夠達到護肝的功效。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，結果發現，肽鋅螯合物與胰島素共同使用后降血糖能力增強，而單獨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。

3.3 肽鈣螯合物的營養功能

鈣在人類生長中有著不可替代的作用。對青年人來說，能夠促進骨骼生長發育；對于老年人來說，可以防止骨質疏松。鈣對細胞內的代謝、骨骼生長、凝血、神經傳導、肌肉收縮和心臟功能都有重要作用[27]。鈣缺乏會表現佝僂病、骨質疏松、多汗等癥狀。常用的補鈣產品主要有碳酸鈣、有機酸鈣等，但吸收效果不好。而氨基酸鈣螯合物雖然補鈣效果比較好，但是成本比較高，而且長期服用氨基酸螯合鈣可能會對人體某些代謝途徑、生理功能產生負面影響，甚至可導致致畸突變。肽鈣螯合物在模擬腸道消化過程中具有良好的生物穩定性，是吸收和輸送鈣元素的良好載體。因為在體外模擬腸道消化過程中，肽鈣螯合物能依賴于胃酸的酸化，能緩慢釋放Ca2+，相對于碳酸鈣的快速釋放，其能減少對胃的刺激，而且有更高的生物利用度。另外，肽與鈣離子形成配合物時，在提高肽的利用率的同時還可以被腸道直接吸收利用[28]，因為它能夠抑制肽酶的水解活性，同時使鈣離子以整體形式被轉運，還能將它做成咀嚼片形式，具有攜帶方便、溶速快、服用方便等優點，能夠滿足人們對方便、快捷型營養品的需求。

肽鈣螯合物具有顯著的抗氧化和抑菌功能。研究證實沒有通過乙醇沉淀的螯合鈣的抗氧化性能相當于生育酚的94.43%，而通過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。

4 肽金屬離子鰲合物的應用

4.1 肽金屬離子鰲合物在養殖方面的應用

有研究發現在動物試驗中，向哺乳母豬飼料中添加螯合肽鐵，可大幅提高母豬產仔量和仔豬出生時質量，同時也提高仔豬體內的貯存鐵和血紅蛋白含量。郭存榮等[29]通過試驗驗證，以羅非魚為對象，向飼料中添加肽鋅配合物，結果發現顯著改善羅非魚生長。研究表明肽金屬離子螯合物可作為動物飼料應用魚養殖行業中。

4.2 肽金屬離子鰲合物在醫學方面的應用

有試驗顯示增加鉻元素能改進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，對于臨床糖尿病患者來說是一種福音。有研究報道鋅與L-肌肽形成的螯合物在醫學方面就已經應用到，如在日本被用作治療胃潰瘍的藥物。Yang等[30]研究發現肽銅螯合物在體外試驗時能提高自身的溶解血栓能力，為新藥開發提供依據。

4.3 肽金屬離子鰲合物在食品方面的應用

因為肽金屬離子鰲合物具有吸收速度快、抗氧化和無毒副作用等優點，可用來代替無機鹽或者有機酸鹽作為一種新型的金屬補充劑在食品中應用。楊文英等[31]以大鼠為研究對象來研究肽硒螯合物的抗氧化性，結果發現，它可顯著提高超氧化物歧化酶和過氧化物酶的活性，達到清除體內自由基的目的，被用作一種有效的食品抗氧化劑。另外有研究采用魚產品加工廢料魚骨制備骨膠原肽，在骨膠原肽溶液中加入鈣源進行螯合反應，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鈣和增加骨密度作用，有效開發利用魚骨資源，提高其利用率及附加值，可用補鈣類保健品的制備，也為相關功能食品開發利用奠定理論基礎。

5 結語與展望

研究表明，肽金屬離子鰲合物具有良好生物穩定性，可作為金屬元素的輸送載體，進而提高金屬元素吸收，同時又具有高營養、抗氧化、抑菌等功能特性，可用于食品、保健品，以及新藥開發等領域，具有廣闊的應用前景。隨著人們對肽金屬螯合物認識逐步提高，人們認識到肽金屬螯合物營養的必要性，越來越多的人關注其營養功能，加強對肽金屬螯合物研究。但是由于體內消化吸收機制復雜，受到客觀試驗條件限制，許多肽金屬離子螯合物在體內的消化吸收情況需進一步通過動物試驗詳細的研究。其毒理學安全性并沒有被人們完全掌握，應做進一步試驗探究。