食物源蛋白肽铁配合物的研究进展

黄 浩，赵 聪，陈贵堂

(中国药科大学食品质量与安全教研室，南京 211198)

食物源蛋白肽铁配合物的研究进展

黄 浩，赵 聪，陈贵堂

(中国药科大学食品质量与安全教研室，南京 211198)

综述食物源蛋白多肽铁配合物的制备、分离纯化、结构分析、生物活性以及安全性研究进展。

多肽铁配合物；补铁剂；缺铁性贫血

全球大概有10%～30%的人存在缺铁状况，机体缺铁会导致血红蛋白合成受阻，从而引发缺铁性贫血(IDA)[1]。缺铁性贫血在人群中发生情况较为严重的是儿童、孕妇和成年妇女等人[2]。机体内的铁主要来源于食物，但食物中的植物性铁吸收利用率低[3]，因此，补铁剂在预防和治疗IDA 上有着非常重要的作用。高吸收率、高生物利用率且无胃肠道副作用的多肽铁是治疗缺铁性贫血的理想补铁剂。铁元素经过配合反应后，是通过配位体的转运吸收系统被机体吸收的。Ashmead等[4]研究证实，配合物中心的铁元素是以整体的形式被小肠绒毛的刷状缘直接吸收。多肽的转运吸收系统具有能耗较低、转运吸收速度较快和不容易被饱和等优点[5]，因此，多肽铁配合物凭借多肽的转运吸收系统，能够有效提高铁在机体内的吸收利用率[6]。

利用化学合成法合成的多肽制备多肽铁配合物不仅成本高，而且存在化学物质残留等安全性问题[7]，因此，源于天然动植物蛋白的多肽具有较高的食用安全性和开发利用潜力。近年来，关于多肽铁配合物的研究报道中，用于制备多肽铁配合物的原料主要有大麦蛋白[8]、鹰嘴豆蛋白[9]、低值鱼蛋白[10，11]、猪血蛋白[12，13]、芝麻蛋白[14]、豆粕蛋白[15]、鱼鳞蛋白[16]、乌鸡蛋白[17]和鱼皮蛋白[18]等天然动植物蛋白。

1 食物源蛋白多肽铁配合物的制备

1.1 酶解

多肽铁配合物是将天然动植物蛋白酶解后得到的多肽，在一定温度和pH等条件下与铁元素经配位反应得到的一种生物活性物质。多肽的制备方法主要有生物酶解法、溶剂提取法和化学合成法。由于化学合成法和溶剂提取法存在操作步骤繁琐、制备成本相对较高以及化学物质残留等缺点，所以实际较少采用。大多数的研究报道采用条件更为温和、制备成本相对较低和食用更加安全的生物酶解法来制备多肽铁配合物。不同的蛋白酶解条件对后续的螯合反应以及螯合物的生物活性都有一定程度的影响。近年来的研究报道大都探索并优化了酶解条件，以期获得螯合能力和生物活性都较强的多肽。寻求最佳酶解工艺的研究，主要集中在最适酶的筛选、酶添加量、酶反应时间、酶反应温度、酶反应pH值等影响因素上，并以多肽水解度和肽铁螯合率为考察指标。林慧敏等[10]在带鱼蛋白多肽铁配合物的制备中，采用了双酶法酶解，并探究了酶添加量、酶解温度、酶解时间和pH等酶解条件。Wu等[11]通过单酶筛选试验发现，胰蛋白酶是制备鳀鱼肌肉蛋白多肽铁螯合物的最适酶，并且肽铁螯合率与多肽的水解度有较大的相关性。潘风光等[12]研究发现，胰蛋白酶是酶解制备猪血多肽铁配合物的最适酶。汪婵等[14]在制备芝麻蛋白多肽铁配合物的研究中发现，以胰蛋白酶为最适酶，在酶添加量为20 U/g、底物浓度为5%、酶解时间为5 h的最佳酶解条件下得到的芝麻蛋白多肽与铁的螯合率可达90.9%。

1.2 螯合

在多肽与铁离子的螯合反应过程中，大多是以二价铁作为铁源，郑炯等[13]研究发现，二价铁中以氯化亚铁的螯合活性较好。为了避免二价铁被氧化，需添加一定量的抗氧化剂，杨华等[15]通过对比试验发现，抗坏血酸的抗氧化效果较好。pH值相对较低的条件下，溶液中的氢离子会与二价铁离子竞争多肽中的供电子基团；pH值相对较高的条件下，溶液中的羟基易与二价铁离子生成氢氧化铁沉淀，因此，适宜的pH才能保证螯合反应的有效进行，由此可见，优化多肽与铁的螯合工艺显得尤为重要。目前有关多肽铁配合物螯合工艺的研究主要集中在pH值、多肽与铁的质量比、反应时间和反应温度等影响因素上，并且以肽铁螯合率和螯合物得率为评价指标。

刘永等[16]在制备罗非鱼鳞胶原蛋白多肽铁配合物的研究中，通过响应面法优化得到反应时间为41 min、反应温度为40 ℃、pH值为5.4和肽铁质量比为3∶1的最佳螯合工艺条件。宋莎莎等[17]得到了制备乌鸡多肽铁配合物的最佳工艺条件，即肽浓度为4%、pH值为5、肽铁质量比为5∶1，并在最佳螯合反应条件下，测得螯合物得率为40.27 %、肽铁螯合率为84.76 %。蔡冰娜等[18]在制备鳕鱼皮胶原蛋白多肽铁配合物的研究中，运用响应面法优化得到了最佳螯合制备工艺：肽浓度为3.5%、肽铁质量比为4∶1、pH值为7.0。杨华等[15]在以大豆豆粕为原料制备大豆多肽亚铁配合物的研究中，在反应温度30 ℃、pH值为4.0、肽铁质量比1∶1、反应时间40 min的最佳螯合制备工艺条件下，螯合物得率可达46.49%、肽铁螯合率可达86.60%。

2 食物源蛋白多肽铁配合物的结构鉴定

2.1 分离纯化

在蛋白酶解过程中，由于蛋白酶的非专一性，导致了未水解蛋白、氨基酸、多肽和多肽铁配合物共存于多肽液中。为了进一步研究多肽铁配合物的结构、机理和活性等，需先进行分离纯化。利用无水乙醇等有机溶剂可以对螯合产物进行初步分离，然后通过盐析法 、亲和层析法、反相高效液相色谱法、超滤法、电泳法和凝胶色谱法等进行进一步分离纯化。

Torres-Fuentes等[9]研究发现，通过亲和层析和凝胶色谱法分离纯化后的鹰嘴豆蛋白多肽的铁螯合活性会增大，而且铁螯合活性与多肽中组氨酸的含量成正相关性。Guo等[19]采用亲和层析和反相高效液相法对鳕鱼蛋白多肽铁配合物进行分离纯化，发现其中有一种三肽具有很强的铁螯合活性。林慧敏等[20]采用超滤法对带鱼蛋白多肽铁配合物进行了分级分离纯化，得到了不同分子量的组分。de等[21]对甘蔗酵母提取物进行酶解，得到的多肽与铁螯合，经过亲和层析法分离纯化后，多肽铁配合物中赖氨酸和精氨酸的含量增加。Huang等[22]通过葡聚糖凝胶色谱和离子交换色谱对虾蛋白多肽进行分离纯化，结果发现分子质量为1～6 ku多肽的铁螯合能力最强。刘文颖等[23]采用凝胶色谱对乌鸡多肽铁配合物进行分离纯化，得到其分子量的分布图谱。

2.2 结构分析

对分离纯化后的多肽铁配合物进行进一步的结构分析，可以通过紫外和红外同时对多肽和多肽铁配合物进行光谱分析，比较二者官能团吸收光谱的变化以及分析鉴定多肽铁配合物的内部结构；还可采用氨基酸分析仪、质谱法以及液质联用技术等鉴定多肽铁配合物的分子量、氨基酸组成和序列结构。

黄赛博等[24]对带鱼蛋白多肽和螯合后的多肽铁配合物进行了紫外和红外光谱分析，经过配位反应后，紫外光谱分析结果显示，氨基酸残基吸收减小、肽键吸收增大，由此可知，螯合反应形成了和肽键相似的结构；红外光谱分析发现，氨基吸收峰向高波方向发生位移，羰基吸收峰往低波方向发生位移，更加说明亚铁离子与多肽的氨基和羧基形成了共价键。Lee等[25]通过液相与电喷雾质谱联用技术确定了猪血蛋白多肽铁配合物中多肽的氨基酸序列结构。Guo等[26]利用液质联用技术，测定出鳕鱼胶原蛋白经胰蛋白酶解后螯合活性较强的10个多肽的序列结构。张滨等[27]利用基质辅助激光解析串联飞行时间质谱测定出猪血蛋白多肽铁配合物的相对分子质量以及氨基酸序列结构。

3 食物源蛋白多肽铁配合物的功能

3.1 多肽铁是一种优良的补铁剂

补铁剂主要有无机铁、有机铁、氨基酸铁和多肽铁。硫酸亚铁等无机铁较容易和日常饮食中的植酸等物质发生反应生成难溶性化合物，从而导致其在机体内吸收利用较差[28]。葡萄糖酸亚铁等有机铁比无机铁的吸收利用率稍高，但和无机铁一样有铁锈异味和对胃肠道刺激大。在机体内，氨基酸铁的吸收利用率是硫酸亚铁的2倍左右[29]，并且在小肠中直接以螯合物的形式被整体吸收[30]。由于小肠粘膜细胞上有吸收多肽的载体[31]，多肽铁可以被肠粘膜细胞直接吸收进入机体组织，而且与氨基酸相比，多肽的吸收效率更高且不易饱和，例如二肽和三肽的吸收速度高于同一组份的氨基酸[32]。多肽铁是一种生物态铁剂，没有胃肠道刺激等副作用和异味，具有高生物利用度和吸收率，且对缺铁性贫血有显著防治效果，故而是一种优良的补铁剂。郑炯等[33]通过对比研究发现，猪血蛋白多肽铁配合物可以明显改善大鼠的缺铁性贫血，并且其补铁效果远远优于氯化亚铁和葡萄糖酸亚铁。

3.2 多肽铁的生物活性

3.2.1 免疫活性 补铁剂在改善机体缺铁状况的同时，还具有一定的免疫调节作用[34]。冯国强等[35]研究发现，在饲料中添加80、120 mg/ kg甘氨酸亚铁和160 mg/ kg硫酸亚铁均能促进42日龄肉鸡胸腺的发育；此外，添加 120 mg/kg和160 mg/ kg甘氨酸亚铁能显著提高21 d龄肉鸡血清免疫球蛋白的含量。王晓玲等[36]通过动物试验来研究了多肽铁配合物的免疫活性，将不同浓度的带鱼蛋白多肽铁配合物加进小龙虾的饲料中，在带鱼蛋白多肽铁配合物的浓度为200 mg/kg和400mg/kg的条件下喂养30d后，发现小龙虾的生长性能指标和非特异性免疫酶的活力并无明显提高；在800mg/kg以上的高浓度条件下喂养60 d后，发现小龙虾的生长性能和非特异性免疫酶活力等均明显增强。

3.2.2 抗氧化活性 铁是机体内过氧化氢酶等含铁酶类的重要组成成分，有研究表明有些多肽存在抗氧化活性，这些多肽与铁螯合后能够保留一定程度的活性，如抗氧化活性[37]。吕莹等[38]研究发现，核桃肽与铁螯合活性越大，其抗氧化能力也会越强，这可能是亚铁离子与多肽中的酪氨酸和组氨酸等结合，而这些氨基酸对多肽铁配合物的抗氧化起着重要作用[39]。林慧敏等[40]研究发现，梅童鱼蛋白多肽铁配合物清除羟自由基的作用较强，而马鲛鱼蛋白多肽铁配合物清除DPPH自由基的作用较强。此外，Cian等[41]研究发现，红藻蛋白多肽铁配合物同时具有抗氧化和防龋齿活性。汪学荣等[42]研究发现，猪血多肽铁配合物的抗氧化能力强于猪血多肽而弱于维生素C，并且猪血多肽铁配合物清除过氧化氢和超氧阴离子的能力都很强。谢超等[43]将带鱼蛋白多肽铁配合物经不同浓度的无水乙醇沉淀，研究显示，抗氧化能力最强的是经50%无水乙醇沉淀获得的组分。

3.2.3 抗菌活性 不同来源的多肽铁配合物具有不同程度的抗菌活性，其抗菌谱也并不相同。带鱼蛋白多肽铁配合物对枯草芽胞杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和沙门氏菌等都具有一定的抑制作用，具有较为广谱的抗菌活性，尤其对巨大芽胞杆菌的抑制效果最佳[44]。谢超等[43]将带鱼蛋白多肽铁配合物经不同浓度的无水乙醇沉淀，研究显示，抑菌能力最强的是经80%无水乙醇沉淀得到的组分，且具有较为广谱的抗菌活性。林慧敏等[40]研究发现，马鲛鱼蛋白多铁配合物没有明显的抗菌活性，而带鱼蛋白多肽铁配合物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽胞杆菌都存在明显的抑菌能力。

4 食物源蛋白多肽铁配合物的安全性评价研究

多肽铁配合物作为一类新的补铁剂，需科学地评价其食用的安全性。汪学荣等[45]通过小鼠急性毒性和大鼠喂养30 d的试验来评价猪血多肽铁配合物的安全性，结果表明小鼠在灌喂猪血多肽铁配合物后无明显的毒性反应，喂养30 d后大鼠的血液生化指标、行为活动和生长发育都表现为正常。王丽霞等[46]研究发现，猪血多肽铁配合物和Na-Fe-EDTA均能显著改善缺铁性贫血状况，而且猪血多肽铁配合物的疗效远远好于Na-Fe-EDTA；此外，给小鼠不断灌胃大剂量的猪血多肽铁配合物后，小鼠的行为活动表现依旧正常，脏器也不存在异常。因此，多肽铁配合物作为优良的补铁剂长期口服安全有效，不会产生明显的毒副作用。

5 结论

目前，食物源蛋白多肽铁配合物的研究主要集中在制备工艺条件的优化以及生物活性研究，有关食物源蛋白多肽铁配合物的安全性研究报道较少，且其活性机制不清楚，以后有必要深入研究其生物活性与内在结构之间的关系。后续研究重点不仅可以优化制备工艺和研究活性机理，而且可以将更多不同来源的动植物，特别是食品加工下脚料应用于多肽铁配合物的研究中，提高资源的综合利用率。随着后续研究的不断深入以及相应技术的发展，食物源蛋白多肽铁配合物势必将发挥出其巨大的潜力。◇

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(责任编辑 李燕妮)

Research Progress of Polypeptide Iron Chelate from Food Protein

HUANG Hao，ZHAO Cong，CHEN Gui-tang

(Department of Food Quality and Safety，China Pharmaceutical University，Nanjing 211198，China)

This paper reviewed research progress on the preparation，separation and purification，structural analysis，biological activity and safety of polypeptide iron chelate from food protein.

polypeptide iron chelate；iron supplement；iron deficiency anemia(IDA)

中国药科大学中央高校基本科研业务费重点项目(项目编号：2016ZZD001)。

黄浩(1993— )，男，在读硕士研究生，研究方向：食品营养与功能食品学。

陈贵堂(1977— )，男，博士，副教授，研究方向：食品化学与营养学。