多肽微量元素螯合物的研究进展

曾庆瑞，韩曜平，刘晶晶，施雪燕，张　颖，王梦娅

(1.中国矿业大学，江苏 徐州 221000；2.常熟理工学院，江苏 苏州 215500)



多肽微量元素螯合物的研究进展

曾庆瑞1，韩曜平2，刘晶晶2，施雪燕2，张颖2，王梦娅2

(1.中国矿业大学，江苏 徐州 221000；2.常熟理工学院，江苏 苏州 215500)

摘要：微量元素对促进机体生长发育、调节身体机能，维持人体新陈代谢都是十分重要的。多肽微量元素螯合物相比无机盐形式的微量元素更容易被人体吸收，其不仅能高效地提供生命活动必需的多种微量元素，同时还具有抗氧化、抗菌等生物活性，在食品、医药、化妆品等领域都具有广阔的应用前景。对多肽微量元素螯合物的螯合机理与结构、制备工艺、生物活性进行了综述，指出了多肽微量元素螯合物研究中存在的问题，并对未来的研究方向进行了展望。

关键词：微量元素；多肽；螯合物；吸收；生物活性

微量元素虽然在人体内含量很少，但对人体的生长发育等各项生命活动具有不可替代的作用。例如，人体缺乏铁元素可能导致贫血；缺乏锌可能引起细胞免疫功能低下，增加疾病的易感性[1]。研究表明，铜、铁、锌等微量元素金属离子可以在一定条件下与多肽反应生成多肽金属元素螯合物，这类有机微量元素螯合物可以通过多肽的吸收机制进入生物体内，相比无机盐形式的微量元素不仅更容易被生物体吸收[2]，而且还可以给生物体提供一些重要的氨基酸，是一种理想的微量元素补充剂。另外，多肽微量元素螯合物还具有抗氧化、抗菌、降血糖等生物活性，具有极大的研究价值和应用前景。作者就多肽微量元素螯合物的螯合机理和结构、制备工艺、生物活性及应用前景进行综述。

1多肽微量元素螯合物的螯合机理与结构

目前，研究人员利用紫外光谱、红外光谱以及X-射线衍射分析等技术，已经对多肽与金属元素的螯合机理进行了初步的研究，这种螯合理论同样适用于多肽与微量元素的螯合反应。多肽的羧基、氨基以及侧链中都含有很多具有孤对电子的氮、氧、硫原子，在一定条件下可以与金属阳离子以配位键结合形成络合物。Jin等[3]对骨胶原多肽和其加钙反应产物的紫外和红外光谱进行分析后发现，多肽的氨基和羧基的紫外和红外特征峰在加入钙离子后都发生了位移，骨胶原多肽加钙反应产物的X-射线衍射图谱出现了强的吸收峰，表明骨胶原多肽与钙离子发生了配位反应。由于一个多肽分子中有多个配位原子，这些配位原子与微量元素金属离子之间以多个配位键结合，所以它们反应生成的配合物多以环状的螯合形式存在。卢业玉等[4]认为锌离子可以与蛋白质中的羧基氧和氨基氮进行配合，形成一个五元环的螯合物。Armas等[5]研究表明，Zn2+与Humanin肽的第八位侧链氨基酸残基通过配位键形成了八面体的Zn-Humanin螯合物。

对多肽微量元素螯合物的结构研究现在还处于初级阶段，然而物质的结构可能会影响其生物活性，所以对多肽微量元素螯合物的结构进行深入研究具有重要意义。目前对于多肽微量元素螯合物结构研究的难点在于，传统工艺条件下制备的多肽微量元素螯合物都为复杂多样的混合物，对这些混合物再进行分离纯化难度较大，这给物质结构的研究带来了很大困难。对参与螯合的多肽先进行分离纯化再与特定金属离子螯合制备相对单一的多肽微量元素螯合物，然后对其进行构效等方面的深入研究是未来此领域发展的新方向。

2多肽微量元素螯合物的制备工艺

多肽微量元素螯合物一般是通过天然动植物蛋白的酶解多肽与锌、铜、铁等微量元素离子在一定配比、温度、pH值等条件下发生配位反应制得的。不同工艺条件下制得的多肽微量元素螯合物的螯合率和生物活性等方面差异较大，因此对多肽微量元素螯合物制备工艺的研究具有深远意义。

蛋白酶解工艺对多肽微量元素螯合物的制备和生物活性都有着重要的影响。用于多肽微量元素螯合物制备的多肽可以利用生物酶解法[6]、合成法[7]、抽提法[8]获得，其中合成法和抽提法不仅操作成本较高，而且化学残留大，因而很少被采用，而生物酶解法因具有操作条件要求低、方便快捷、产率高等优点而得到广泛应用[9]。姜良萍等[10]用胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶、碱性蛋白酶4种酶分别对脱脂后的鲢鱼肉蛋白进行酶解，酶解产物与Zn2+进行螯合，得到4种多肽锌螯合产物，其中风味蛋白酶水解多肽与锌离子螯合得到的多肽锌螯合物的抗菌活性最强。近年来，有研究人员对传统的“酶解法”进行了改进和创新。孟昌伟等[11]采用碱性蛋白酶和风味蛋白酶“两步酶解法”制备出纯度和水解度都较高的胶原多肽。汪婵等[12]对多肽水解度影响多肽与金属离子螯合的反应进行了更深入的研究，发现在一定水解度范围内，多肽与金属离子的螯合率随着多肽水解度的增大而升高。

微量元素盐的种类、原料配比、多肽浓度、反应温度、pH值对多肽与微量元素金属离子的反应影响极大。高红梅等[13]对小麦多肽与锌离子的螯合研究表明，在pH值6、多肽与锌的质量比2∶1、多肽浓度0.03g·mL-1、反应温度70 ℃、反应时间50min的条件下可以得到产率和螯合率最高的产品。通过正交实验发现，对螯合反应影响最大的是pH值，然后依次是原料配比、多肽浓度、反应温度和锌盐的种类。

多肽与微量元素反应后的产物可以通过不同体积分数的乙醇进行分级沉淀，以初步分离多肽微量元素螯合物。另外，还可以通过超滤[14]、亲和色谱[2]、反相色谱[15]等方法进行进一步分离纯化。通过对多肽与微量元素反应产物的分离，可得到不同种类、不同性质的多肽微量元素螯合物。从中找到一种具有高产率和高生物活性的种类，对以后的深入研究具有重要意义。邓尚贵等[16]对鱼肉酶解蛋白与亚铁离子螯合的产物进行分离，得到4种多肽亚铁螯合物，发现它们具有不同的铁含量，抗氧化和抗菌活性也有显著差异。

总之，影响多肽微量元素螯合物制备工艺的因素很多，一套完善的制备工艺可以获得产率高、生物活性强的多肽微量元素螯合物，并可以显著提高多肽微量元素螯合物的经济价值和实用价值，为其大规模工业化生产打下坚实的基础。

3多肽微量元素螯合物的生物活性

3.1　促进微量元素吸收的活性

微量元素是维持人体正常生理功能必不可少的元素，只能通过食物补充。杨杰等[17]对几组缺锌大鼠灌输同等剂量的小肽螯合锌、葡萄糖酸锌、硫酸锌(作为对照)，在补锌量相同的情况下补充小肽螯合锌组的小鼠肝脏和血清的含锌量远大于对照组。郑炯等[18]对几组缺铁的大鼠灌输同等剂量的血红蛋白源多肽螯合铁、葡萄糖酸亚铁、氯化亚铁，发现，当补铁量相同的情况下，补充血红蛋白源多肽螯合铁组的小鼠不仅体重增长最多，并且血液中血红细胞和铁含量也是最高的。以上研究表明，相对于无机盐形式的微量元素，多肽微量元素螯合物形式的微量元素更容易被动物体吸收。

动物体对多肽微量元素螯合物的吸收率远大于无机盐形式的微量元素，主要是因为吸收机制不同。Du等[19]研究表明，在生物体内，多肽螯合铜的吸收是通过生物体内多肽的吸收机制，而并非金属元素的吸收机制，这样不仅可以避免多肽微量元素螯合物与其它的无机金属离子在同一通道吸收时互相竞争，而且还使多肽微量元素螯合物具有多肽吸收机制的吸收快、能耗低、效率高、载体不易饱和等优点[20]，提高了微量元素的吸收率。另外，多肽微量元素螯合物整体呈电中性，微量元素被保护在多肽的中心，可以避免微量元素离子与体内的植物酸等结合形成难吸收的物质，从而提高微量元素的吸收效率[21]。大量研究发现，多肽微量元素螯合物相对于无机盐形式的微量元素生物学利用率高，这使得多肽微量元素螯合物已经成为一种高效补充微量元素的保健品和食品、饲料添加剂。

3.2　抗氧化活性

包怡红等[22]研究发现，在等量样品的条件下，大豆多肽和其硒螯合物对非生理自由基(DPPH自由基)的清除率分别为58.96%和75.12%，说明大豆多肽硒螯合物的抗氧化能力强于大豆多肽。林慧敏等[23]对舟山海域4种低值鱼酶解蛋白亚铁螯合物进行抗氧化研究时发现，未螯合前的多肽对DPPH自由基没有明显的清除能力，而它们的螯合物对DPPH自由基有较强的清除能力。Megas 等[24]研究发现，向日葵多肽铜螯合物富含组氨酸和精氨酸，具有较强的抗氧化活性，抗氧化活性与β-胡萝卜素相当。以上研究表明，多肽在螯合一些微量元素后拥有了其不曾有的抗氧化活性，或者增强了自身的抗氧化能力。

关于多肽微量元素螯合物的抗氧化机理尚未有详细的研究报道，一般认为多肽微量元素螯合物的抗氧化能力与其多肽结构有很大关系。很多研究都表明一些小肽自身就具有抗氧化能力[25]，当微量元素离子与其以配位键结合后，能形成一种稳定性适中的螯合物，这种螯合物既能保留多肽的一些性质(如抗氧化性)，又能改变这些性质的强度，但详细的机理有待进一步研究。

作为一种天然的新型抗氧化物质，多肽微量元素螯合物比化学抗氧化物质的安全系数高，在食品和化妆品领域具有很大的应用潜力和优势。

3.3　抗菌活性

林慧敏等[23]研究发现，舟山海域的4种低值鱼酶解后的多肽没有抗菌活性，而其与亚铁离子螯合后的多肽亚铁螯合物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌都具有不同程度的抗菌活性。Dashper等[26]将从牛奶中分离提取的抗菌多肽Kappacin与Zn2+螯合得到一种多肽锌螯合物，发现该多肽锌螯合物的抗菌活性比抗菌多肽Kappacin有显著提高。以上研究表明，一些小分子多肽和微量元素离子螯合后生成的多肽微量元素螯合物具有小分子多肽不具备的抗菌活性，或者可以增强小分子多肽的抗菌活性。

目前多肽微量元素螯合物的抗菌机理还有待深入研究。霍健聪等[27]对带鱼多肽亚铁螯合物的研究表明，带鱼多肽亚铁螯合物能够在细菌外膜表面形成一个跨膜的离子通道，通过破坏细菌的膜结构使菌体细胞内容物外泄，最终导致细胞死亡。同时，带鱼多肽亚铁螯合物还可以与微生物细胞竞争正常生长所需的铁元素，从而具有抗菌活性。

作为一种天然产物与微量元素离子螯合而成的抗菌物质，多肽微量元素螯合物不仅有广谱的抗菌作用，还有较高的安全性，在食品和医药领域具有很高的应用价值。

3.4　其它生物活性

多肽微量元素螯合物除了有促进微量元素吸收和抗菌、抗氧化活性外，还有很多其它生物活性。王秀丽等[28]、刘安军等[29]研究发现，猪皮胶原蛋白多肽-铬(Ⅲ)螯合物可以调节患糖尿病小鼠体内的糖代谢，从而具有明显降低血糖的功能。另外，猪皮胶原蛋白多肽-铬(Ⅲ)螯合物还可以通过增加小鼠体内T细胞的数量来增强小鼠T细胞的免疫功能，调节小鼠的免疫系统。Tamamura等[30]研究发现，抗艾滋病多肽T22与Zn2+螯合形成多肽锌螯合物后的抗艾滋病活性显著增强。赵海军等[31]研究表明，大豆多肽锌可以通过增强小鼠肝脏的抗氧化能力减缓小鼠的衰老。多肽微量元素螯合物的这些生物活性使其在医药领域具有巨大的应用潜力。

4展望

目前国内外对多肽微量元素螯合物的大量研究表明，多肽微量元素螯合物相比无机盐形式的微量元素更容易被吸收，并且在补充微量元素的同时又能给生物体提供一些必需氨基酸，因此其在保健品及食品领域具有明显的优势和巨大潜力。另外，多肽微量元素螯合物的抗氧化、抗菌、降血糖、免疫调节、抗衰老等生物活性可应用于食品防腐及新药开发领域。

由于合成多肽微量元素螯合物的多肽大多以天然蛋白质为原料经酶解法获得，制备过程化学残留极少，安全系数高，因此具有很强的优势和发展前景。但目前对多肽微量元素螯合物的研究存在一些问题，如多肽与微量元素无机盐螯合后的产物较复杂，使得多肽微量元素螯合物的总体生物活性有所下降。如果对螯合后的产物进行分离纯化，由于蛋白酶解生成多肽的复杂性，以及多肽与金属离子螯合方式的多样性，造成制备出的螯合物更加复杂，传统的分离技术很难纯化出单一的多肽微量元素螯合物，同时还存在着分离成本高、产品损失等问题。今后可以尝试先对蛋白酶解后的多肽进行分离纯化，然后用相对单一的多肽与金属元素进行螯合，理论上可以得到较纯的多肽微量元素螯合物。另外，通过多肽微量元素螯合物制备分离工艺的优化，以及随着检测技术的发展，可以对多肽微量元素螯合物的结构与生物活性的关系进行更深层次的研究。目前，探索出一条成本低、纯度高、产量高的多肽微量元素螯合物制备工艺路线是多肽微量元素螯合物的研究重点。总之，多肽微量元素螯合物在食品和医药领域具有一定的发展潜力和十分广阔的应用前景。

参考文献：

[1]张军.微量元素与人体健康[J].实用预防医学,2006,11(5):1070-1071.

[2]ZHU K X,WANG X P,GUO X N.Isolation and characterization of zinc-chelating peptides from wheat germ protein hydrolysates[J].Journal of Functional Foods,2015,12:23-32.

[3]JIN Y G,FU W W,MA M H.Preparation and structure characterization of soluble bone collagen peptide chelating calcium[J].African Journal of Biotechnology,2011,10(50):10204-10211.

[4]卢业玉,罗宗铭,张煜,等.Zn(Ⅱ)-锌试剂络合物与蛋白质的显色反应及其应用研究[J].理化检验(化学分册),2001,37(7):303-304,308.

[5]ARMAS A,SONOIS V,MOTHES E,et al.Zinc(Ⅱ) binds to the neuroprotective peptide humanin[J].Journal of Inorganic Biochemistry,2006,100(10):1672-1678.

[6]毛跟年，吕婧，张轲易，等.魔芋多肽酶解法制备工艺研究[J].粮食与油脂,2014,27(11):21-24.

[7]李永振,贺继东,彭政,等.多肽的合成与应用进展[J].化学与生物工程，2010,27(4)：9-14.

[8]张晓斌.燕麦多肽提取工艺及特性研究[J].粮食与油脂，2011，(7):47-49.

[9]李云涛.虾蛄活性肽的制备和生物活性研究[D].舟山：浙江海洋学院，2013．

[9]杨燊,邓尚贵,秦小明.低值鱼蛋白多肽-钙螯合物的制备和抗氧化、抗菌活性研究[J].食品科学,2008,29(1):202-206.

[10]姜良萍,李博,罗永康,等.鲢鱼源多肽锌的制备工艺对其抑菌活性的影响[J].食品科技,2013,38(2):125-130.

[11]孟昌伟，陆剑锋，宫子慧，等.鮰鱼骨胶原多肽的制备工艺研究[J].肉类工业，2011，(9):35-39.

[12]汪婵,陈敏,李博.芝麻蛋白制备金属螯合肽的酶解工艺研究[J].食品科技，2011,36(9):184-189.

[13]高红梅,桑宏庆,李淑贤.小麦肽-锌螯合物的制备[J].饮料工业,2013,16(7):23-26.

[14]林慧敏,邓尚贵,庞杰,等.超滤法制备高抗菌抗氧化活性带鱼蛋白亚铁螯合肽(Fe-HPH)的工艺研究[J].中国食品学报,2012,12(6):16-21.

[15]GUO L D,HOU H,LI B F,et al.Preparation,isolation and identification of iron-chelating peptides derived from Alaska pollock skin[J].Process Biochemistry,2013,48(5-6):988-993.

[16]邓尚贵,杨燊,秦小明.低值鱼蛋白多肽-铁(Ⅱ)螯合物的酶解制备及其抗氧化、抗菌活性[J].湛江海洋大学学报,2006,26(4):54-58.

[17]杨杰,赵洪雷,徐淑芬,等.鱼蛋白小肽螯合锌对小鼠的补锌效果及抗氧化作用[J].华中农业大学学报,2011,30(4):516-520.

[18]郑炯,汪学荣,阚建全.血红蛋白多肽螯合铁的抗贫血功能研究[J].食品工业科技,2009，(10)：312-313,304.

[19]DU Z,JACKSON J A,TRAMMELL D S.Utilization of copper in copper proteinate,copper lysine,and cupric sulfate using the rat as an experimental model[J].Journal of Animal Science，1996,74(7):1657-1663.

[20]RÉRAT A,NUNES C S,MENDY F,et al.Amino acid absorption and production of pancreatic hormones in non-anaesthetized pigs after duodenal infusions of a milk enzymic hydrolysate or of free amino acids[J].The British Journal of Nutrition,1988,60(1):121-136.

[21]袁书林,刘益娟,杨明君,等.微量元素氨基酸螯合物的研究与应用[J].中国饲料，2002，(22):11-13.

[22]包怡红,王芳,王文琼.大豆多肽硒螯合物的制备及抗氧化活性分析[J].食品科学,2013,34(16)：27-32.

[23]林慧敏,张宾,邓尚贵,等.舟山海域4种低值鱼酶解蛋白亚铁螯物自由基清除活性与抑菌活性研究[J].中国食品学报,2012,12(1):19-24.

[24]MEGAS C,PEDROCHE J,YUST M M,et al.Production of copper-chelating peptides after hydrolysis of sunflower proteins with pepsin and pancreatin[J].LWT-Food Science and Technology，2008，41(10):1973-1977.

[25]徐艳,丁静,孙桂红,等.猴头菌丝多肽的制备及抗氧化活性研究[J].中国酿造,2014,33(6)：91-95.

[26]DASHPER S G,LIU S W,REYBNOLDS E C.Antimicrobial peptides and their potential as oral therapeutic agents[J].International Journal of Peptide Research and Therapeutics,2007,13(4):505-516.

[27]霍健聪,邓尚贵,童国忠.鱼蛋白酶水解物亚铁螯合修饰物抑菌特性及机理研究[J].中国食品学报,2010,10(5):83-90.

[28]王秀丽,刘安军,李琨,等.胶原蛋白多肽-铬(Ⅲ)螯合物的降血糖机理探讨[J].食品研究与开发,2006,27(5)：125-126,48.

[29]刘安军,张旭,张国蓉,等.胶原蛋白多肽-铬(Ⅲ)螯合物对小鼠的免疫调节作用[J].现代食品科技,2008,24(5):401-404,408.

[30]TAMAMURA H,OTAKA A,MURAKAMI T,et al.An anti-HIV peptide,T22,forms a highly active complex with Zn(Ⅱ)[J].Biochemical and Biophysical Research Communications,1996,229(2):648-652.

[31]赵海军,王宝贵,张桂英,等.大豆多肽螯合锌对自然衰老小鼠的作用[J].中国老年学杂志,2009,29(12):1501-1502.

Research Progress on Polypeptide Trace Element Chelates

ZENG Qing-rui1,HAN Yao-ping2,LIU Jing-jing2,SHI Xue-yan2,ZHANG Ying2,WANG Meng-ya2

(1.ChinaUniversityonMining&Technology,Xuzhou221000,China；

2.ChangshuInstituteofTechnology,Suzhou215500,China)

Abstract：Trace elements play an important role in promoting growth and development of body,regulating bodily functions,and maintaining human body′s metabolism.Polypeptide trace element chelates are more easily absorbed in human body compared to inorganic forms of trace elements.Polypeptide trace element chelates not only can efficiently provide the trace elements necessary for body life activities,but also have antioxidant,antibacterial and other biological activities.Peptide trace element chelates show a broad prospect of application in the field of food,medicine and cosmetics.The chelating mechanism and structure,preparation,biological activities of polypeptide trace element chelaes are reviewed.The problems in studing polypeptide trace element chelates are pointed out.The directions for future research are prospected.

Keywords：trace element;polypeptide;chelates;absorb;bioactivity

中图分类号：O 623.736

文献标识码：A

文章编号：1672-5425(2016)01-0017-04

作者简介：曾庆瑞(1988-)，男，河南新野人，硕士研究生，研究方向：生物活性蛋白的分离纯化，E-mail:tszengqingrui@163.com；通讯作者：韩曜平，教授，E-mail:975683768@qq.com。

基金项目：苏州市科技计划项目(SYN201303)

收稿日期：2015-09-29

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.01.004