肽与金属离子螯合物的研究进展

王孟丽，布冠好*

河南工业大学粮油食品学院（郑州 450001）

肽是生物体内的一类活性物质，参与机体许多重要的生理功能[1]。近年来，国内外学者开展一系列动植物蛋白源多肽的结构鉴定和功能活性研究[2-3]。结果发现：与蛋白质相比，肽更能以完整形式被吸收利用；肽的功能特性包括补充人体必须微量金属元素、抗菌、抗氧化等[4-5]。因为肽具有很高的生物活性而受到关注，在食品及其他领域逐渐被开发出来，成为近几年生命科学研究中的一大热点[6]。

钙、铁、锌是维持人体生命所必要的微量金属元素，中国普遍存在这些微量元素不足的形势，很多人体疾病和体内金属阳离子缺乏息息相关[7]，因此研究对人体有效利用的金属添加剂已然成为目前的热门课题。肽金属离子螯合物是一类新式的螯合物体系，同时也是一种新型的矿物质补充剂，相比于金属元素来说，它能直接以无机盐形式进入生物体内，利用肽在小肠内迅速消化吸收。有研究发现，肽金属离子螯合物有着独特的螯合体制和转运机制，比氨基酸螯合金属元素更易于吸收，具有更广阔的发展空间[8]。

针对肽的研究主要是在生物活性方面，比如降血压、抑菌和抗氧化等。而对于肽与金属离子螯合物的研究很少，就肽和多种金属离子进行螯合，对其螯合物的螯合机理、制备方法、应用现状、功能特性及前景展望进行综述。新型矿物质金属元素补充剂的开发对推动经济的发展及资源节约利用都具有重要现实意义。

1 肽金属离子螯合物的螯合机理

初步探究发现肽和金属离子的螯合机理是肽的末端羧基或氨基中含有比较多的氮原子、氧原子和硫原子，它们可与金属阳离子在合适的条件下形成配合物。通过光谱分析确定肽金属离子螯合物的螯合位点为肽的羧基、氨基和肽键。Kahlen等[9]以10个谷氨酸分子组成的肽链进行分子对接模拟Ca2+螯合的结构。分子质量大小最先影响其螯合活性，在一定程度下，螯合能力与肽分子质量是呈负相关的。Xia等[10]对来自于大麦谷蛋白的抗氧化肽进行结构表征时发现分子质量低于1 kDa的小肽螯合活性更强。氨基酸组成是影响螯合活性的第二种因素，有研究发现，在肽中含有半胱氨酸、组氨酸的情况下，螯合活性更容易进行。如酵母水解液中含有的铁螯合肽就发现有大量组氨酸、赖氨酸和天冬氨酸[11]。

2 肽金属离子螯合物的制备

肽金属离子螯合物是由金属离子和多个配位体通过共价键与肽连接而成的环状形式的配合物。肽金属离子螯合物制备过程一般第一步是先提取肽，常见的是以一些天然植物蛋白为原料，采用化学法、酶法、微生物法等各种方法来提取。相对于其他方法，常使用酶解法来制备肽，因为在制备过程中酶解法更安全、价格低廉、条件容易控制[12]。选取合适的蛋白酶水解植物蛋白，进行酶解条件的优化进而得到结合金属活性较高的多肽。第二步是肽与金属的螯合。肽金属合物是通过无机金属离子与多肽在一定条件下反应制得的。常用的是水体系合成法：将多肽与金属盐按一定比例泡合，水浴加热一定时间，加入有机溶剂使蓄合物沉淀，干燥得到肽金属合物。另外还有干粉体系合成法：将多肽与金属盐混合，在水浴中加热成糊状，蒸发干燥制得肽金属螯合物。第三步是螯合物与未螯合金属离子和肽进行分离，分离方法常用的是乙醇沉淀法和透析法。影响肽金属离子螯合物的制备要素主要有温度、时间、pH等，可通过改进其中的任意因素来得到纯度较高的肽金属离子螯合物。在一定温度范围内，反应温度越高，螯合反应的反应速率和平衡系数越大，然而，高温会导致多肽变性，从而导致多肽锌螯合能力下降[13]。有研究表明，以罗非鱼鳞胶原蛋白为原料制备肽锌螯合物，反应温度54 ℃，此时肽锌螯合得率最高[14]。

3 肽金属离子螯合物的营养功能

3.1 肽铁螯合物的营养功能

铁具有多种重要的生理作用[15]，如补血、提高免疫作用、促进智力发育，此外，铁还参与构成细胞色素和某些酶类，参与能量的代谢。缺铁引起的缺铁性贫血（IDA）可能导致多种病理，尤其是儿童发育和行为延迟[16]，精神萎靡不振，影响人体生长发育等症状。因此，通常使用强化食品来抵制IDA[17-18]。但是这类补铁剂稳定性低，对胃肠道有强烈的刺激作用，而且在肠道中会受到有机酸的沉淀，生物利用度急剧下降，而金属元素和多肽螯合可以弥补这一缺点，因为肽金属螯合物能大幅度提升金属的生物利用度。

肽铁螯合物还具有一定抗氧化活性，当铁离子和肽以配位键结合后，能形成一种相对稳定的螯合物，这种螯合物能保留或者增强多肽的抗氧化性，一般来说，肽铁螯合物抗氧化性在一定范围内随着肽的质量浓度的增加而提高。有研究发现，以大豆多肽为原料制备肽铁螯合物时，随着浓度的增加，其螯合物的抗氧化能力也随着增加，并且其抗氧化活性显著高于大豆多肽[19]。肽铁螯合物在抑菌方面也发挥很大作用。林慧敏等[20]在研究鱼的多肽时发现其并没有抑菌性，但是与铁螯合之后的肽铁螯合物对一些不同细菌都有不同抑菌活性，其抗菌活性是由于能够竞争细菌生长过程中所需的铁元素。

3.2 肽锌螯合物的营养功能

锌也是生长发育过程中必需的金属元素之一。在机体发育过程中起着必不可少的作用，常被人们赞誉成“智力之源”。锌能够维持人体正常食欲，促进智力发育，促进细胞组织再生[21-22]。缺锌会产生一些生理上的不良现象，如腹泻、皮损、毛发干燥等[23]。市面上补锌剂常见的主要有硫酸锌，但是会对胃造成剧烈刺激，而从饮食中补充的锌元素容易与植酸形成不溶性络合物从而降低锌的生物利用度[24]，因此肽锌螯合物成为补锌的一个最佳选择。

肽锌螯合物在醒酒护肝方面具有很好的功效。肽锌螯合物可以增加血液中亮氨酸浓度，进而加强酒精代谢过程中的辅助因子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸含量，增强酒精代谢速率，从而发挥醒酒作用。谷草转氨酶在检测肝功能中起到重要作用，肝脏坏死会促使血清中谷草转氨酶酶活提高，而肽锌螯合物能明显使谷草转氨酶活性降低，能够达到护肝的功效。除此之外，肽锌螯合物还可以降低人体血糖的能力，Sarah等[25]将肽锌螯合物+胰岛素和胰岛素分别注入患糖尿病的小鼠体内，结果发现，肽锌螯合物与胰岛素共同使用后降血糖能力增强，而单独使用胰岛素降血糖能力较弱。

肽锌螯合物具有显著的抗氧化特性，它能显著降低血清中丙二醛含量，增强超氧化物歧化酶活力，能够作为一种良好的抗氧化剂使用。马利华[26]研究的豆粕多肽锌螯合物的体外抗氧化性证明这点。

3.3 肽钙螯合物的营养功能

钙在人类生长中有着不可替代的作用。对青年人来说，能够促进骨骼生长发育；对于老年人来说，可以防止骨质疏松。钙对细胞内的代谢、骨骼生长、凝血、神经传导、肌肉收缩和心脏功能都有重要作用[27]。钙缺乏会表现佝偻病、骨质疏松、多汗等症状。常用的补钙产品主要有碳酸钙、有机酸钙等，但吸收效果不好。而氨基酸钙螯合物虽然补钙效果比较好，但是成本比较高，而且长期服用氨基酸螯合钙可能会对人体某些代谢途径、生理功能产生负面影响，甚至可导致致畸突变。肽钙螯合物在模拟肠道消化过程中具有良好的生物稳定性，是吸收和输送钙元素的良好载体。因为在体外模拟肠道消化过程中，肽钙螯合物能依赖于胃酸的酸化，能缓慢释放Ca2+，相对于碳酸钙的快速释放，其能减少对胃的刺激，而且有更高的生物利用度。另外，肽与钙离子形成配合物时，在提高肽的利用率的同时还可以被肠道直接吸收利用[28]，因为它能够抑制肽酶的水解活性，同时使钙离子以整体形式被转运，还能将它做成咀嚼片形式，具有携带方便、溶速快、服用方便等优点，能够满足人们对方便、快捷型营养品的需求。

肽钙螯合物具有显著的抗氧化和抑菌功能。研究证实没有通过乙醇沉淀的螯合钙的抗氧化性能相当于生育酚的94.43%，而通过80%乙醇沉淀的螯合物则具有一定的抗菌活性，如抑制枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的生长。

4 肽金属离子鳌合物的应用

4.1 肽金属离子鳌合物在养殖方面的应用

有研究发现在动物试验中，向哺乳母猪饲料中添加螯合肽铁，可大幅提高母猪产仔量和仔猪出生时质量，同时也提高仔猪体内的贮存铁和血红蛋白含量。郭存荣等[29]通过试验验证，以罗非鱼为对象，向饲料中添加肽锌配合物，结果发现显著改善罗非鱼生长。研究表明肽金属离子螯合物可作为动物饲料应用鱼养殖行业中。

4.2 肽金属离子鳌合物在医学方面的应用

有试验显示增加铬元素能改进糖尿病患者的糖耐量，使血糖含量下降。胶原蛋白肽铬螯合物能够增加人体对铬的摄取，降低肝糖元分解，减少肝糖的输出，从而降低血糖浓度，对于临床糖尿病患者来说是一种福音。有研究报道锌与L-肌肽形成的螯合物在医学方面就已经应用到，如在日本被用作治疗胃溃疡的药物。Yang等[30]研究发现肽铜螯合物在体外试验时能提高自身的溶解血栓能力，为新药开发提供依据。

4.3 肽金属离子鳌合物在食品方面的应用

因为肽金属离子鳌合物具有吸收速度快、抗氧化和无毒副作用等优点，可用来代替无机盐或者有机酸盐作为一种新型的金属补充剂在食品中应用。杨文英等[31]以大鼠为研究对象来研究肽硒螯合物的抗氧化性，结果发现，它可显著提高超氧化物歧化酶和过氧化物酶的活性，达到清除体内自由基的目的，被用作一种有效的食品抗氧化剂。另外有研究采用鱼产品加工废料鱼骨制备骨胶原肽，在骨胶原肽溶液中加入钙源进行螯合反应，得海洋骨胶原肽钙螯合物。骨胶原肽钙螯合物具有良好的补钙和增加骨密度作用，有效开发利用鱼骨资源，提高其利用率及附加值，可用补钙类保健品的制备，也为相关功能食品开发利用奠定理论基础。

5 结语与展望

研究表明，肽金属离子鳌合物具有良好生物稳定性，可作为金属元素的输送载体，进而提高金属元素吸收，同时又具有高营养、抗氧化、抑菌等功能特性，可用于食品、保健品，以及新药开发等领域，具有广阔的应用前景。随着人们对肽金属螯合物认识逐步提高，人们认识到肽金属螯合物营养的必要性，越来越多的人关注其营养功能，加强对肽金属螯合物研究。但是由于体内消化吸收机制复杂，受到客观试验条件限制，许多肽金属离子螯合物在体内的消化吸收情况需进一步通过动物试验详细的研究。其毒理学安全性并没有被人们完全掌握，应做进一步试验探究。