李晨，陳復生，布冠好

河南工業(yè)大學糧油食品學院（鄭州 450001）

鋅被稱為“生命元素”，對于維持人體正常的生命活動和生理狀態(tài)起著不可替代的作用。缺鋅會使人體健康受損，兒童缺鋅會延緩其生長發(fā)育，成人缺鋅會損傷機體的性腺機能，同時會導致神經機能障礙以及免疫功能失調[1]。補鋅主要通過2種途徑：一是利用富鋅食物進行補鋅；二是通過服用補鋅劑進行補鋅。補鋅劑主要有4種形式：以無機鋅鹽作配體合成的補鋅劑、以有機弱酸作配體合成的補鋅劑、以氨基酸作配體合成的補鋅劑和以肽作配體合成的補鋅劑[2-3]。研究發(fā)現(xiàn)，食物衍生肽由于其鋅螯合能力可以作為膳食鋅載體[4]。一些肽結構中含有金屬配體，如His、Cys、Asp、Glu和Ser，它們可以形成可溶性鋅螯合物，從而增強礦物質的吸收性并防止其與植酸鹽的絡合。許多食物蛋白中可以提取出鋅螯合肽，例如芝麻蛋白[1]、乳蛋白[5]、牦牛酪蛋白[6]和牡蠣蛋白[7]。并且相對于無機鋅鹽而言，肽鋅螯合物中的鋅能被胃腸更好地吸收[8]。

肽鋅螯合物通過肽的C端羧基、N端氨基、氨基酸側鏈以及肽鏈中的亞氨基和羰基與鋅離子配位形成。它不僅提高了鋅離子的生物利用率，同時還具有高生物活性、高安全性和高溶解性，具有非常廣闊的研究前景。因此，主要對肽鋅螯合物的研究現(xiàn)狀予以概述，以期為肽鋅螯合物的未來應用和進一步深入研究提供參考。

1 肽鋅螯合物及其制備

1.1 肽鋅螯合物的制備

肽鋅螯合物以共價化學鍵作用肽和二價金屬鋅離子，生成化學性質較為穩(wěn)定的多元環(huán)狀螯合物[9]。肽中α-氨基酸羧基端的碳原子、氨基端的氮原子及側鏈中含有諸如硫基、咪唑基和酚基等基團，在適當條件下可以作為配位體與二價金屬鋅離子發(fā)生共價作用，形成十分穩(wěn)定的肽鋅螯合鹽。

鋅螯合肽的初步制備主要是通過物理、化學等方法將蛋白分解成多肽。由于酶解法具有成本低、安全性高、條件溫和、水解過程易控制等優(yōu)點，逐漸發(fā)展為鋅螯合肽初期制備的主要方法[10]。周亮[11]以草魚鱗為原料，利用堿性蛋白酶酶解膠原蛋白，采用水相法進行膠原小肽與鋅離子的螯合反應，并確定最佳提取工藝：時間75 min、溫度70 ℃、pH 6.5、肽鋅摩爾比2∶1.2，此條件下鋅肽螯合比率（質量比）為5.79%。牟雪姣等[12]以木瓜蛋白酶結合中性蛋白酶法制備玉米蛋白水解物，并在pH 8.0，玉米蛋白水解物與鋅質量比3∶1的最佳條件下進行肽鋅螯合，該條件下螯合物得率和螯合率分別為77.8%和97.7%。李庭[13]確定復合胰蛋白酶米渣限制性酶解最佳工藝條件后，由單因素試驗和正交試驗確定螯合最佳工藝條件：米蛋白肽與二價鋅質量比4.56∶1，pH 5.0、螯合溫度60℃、螯合時間90 min，此條件下米蛋白肽螯合鋅的鋅含量為15.33%。高紅梅等[14]、侯利霞等[15]、張亞茹[16]分別從谷朊粉蛋白、芝麻蛋白、榛子蛋白中提取鋅螯合肽，并制備相應肽鋅螯合物。

影響肽與鋅離子螯合反應的因素有反應時間、pH、溫度和物料的質量比等，不同的螯合工藝所得的螯合產物的理化性質和螯合率都有所差異[17]。高素蘊[18]通過對大豆源肽鋅螯合物制備工藝條件的研究表明pH對螯合反應影響最大，其后依次是酸度調節(jié)劑、肽鋅質量比、多肽反應液濃度、鋅鹽種類、反應時間和溫度，它們對鋅的螯合率及螯合物得率有較顯著影響。除了常規(guī)的螯合反應外，有學者借助超聲波手段輔助反應。閆偉[19]在超聲輔助條件下將真鯛魚皮膠原蛋白多肽與硫酸鋅進行螯合反應，同常規(guī)螯合反應相比，超聲波明顯加快螯合反應的進行，減短螯合反應的時間，并且提高螯合率，螯合率達96.07%。

1.2 鋅螯合肽的分離與純化

肽鋅螯合機理是近年來的一大研究熱點，研究螯合肽螯合機理首先需要將鋅螯合肽進行分離純化。螯合肽的分離純化方法有凝膠柱層析、固定化金屬親和層析、離子柱層析和超濾等。電噴霧電離質譜和反相高效液相色譜也已被廣泛應用于獲得單個肽分子及其肽序列[20]。

張亞茹[16]將榛子蛋白水解產物超濾處理后，5～10 kDa肽段的螯合率和螯合物得率分別為47.89%±0.27%和16.90%±0.20%。將其經離子交換層析分離獲得F1和F2這2個組分，經Sephadex G-25凝膠柱層析分離獲得F3和F4這2個組分，其中F2組分對鋅的螯合能力最強，螯合率為59.855%±0.45%。

Chen等[7]通過固定化金屬離子親和色譜（IMACZn2+）分級分離牡蠣蛋白水解產物。通過反相高壓液相色譜鑒定并通過液相色譜質譜法測序的牡蠣鋅螯合肽（從N至C末端的序列）具有1 882.0 Da的分子量。肽（HLRQEEKEEVTVGSLK）的鋅結合能力為6.56 μg/mg，并且在體外模擬消化時保持其原始水平的85.98%。UV-vis和FTIR光譜表明，屬于羧酸鹽基團的氨基氮原子和氧原子是Zn2+的主要結合位點。

黃晶晶等[21]用堿性蛋白酶水解菜籽蛋白制備水解物，運用固定金屬親和層析（IMAC-Zn2+）和葡聚糖凝膠G-25（Sephadex G-25）層析分離純化鋅螯合肽，利用反相高效液相色譜和電噴霧電離質譜鑒定序列。研究發(fā)現(xiàn)，其中Asn-Ser-Met鋅螯合率最高，它來源于菜籽蛋白NADH-enoyl-ACP reductase Chain A序列中的296～298氨基酸殘基。

Zhu等[22]以小麥胚芽蛋白為原料，使用固定化金屬離子親和層析（IMAC-Zn2+）和大孔吸附樹脂DA201-C，從小麥胚芽水解產物中分離和純化鋅螯合肽。通過MALDI TOF/TOF鑒定的2種主要鋅螯合肽是NAPLPPPLKH和HNAPNPGLPYAA。其中，HNAPNPGLPYAA具有91.67%±0.81%的高鋅螯合能力，并且在Caco-2細胞中具有比ZnSO4更高的鋅生物利用度（p＜0.05）。

Wang等[1]使用固定化金屬親和層析（IMAC-Zn2+）從胰蛋白酶處理的芝麻蛋白水解產物中分離金屬螯合肽。此外，用反相高效液相色譜和質譜鑒定6種鋅螯合肽。合成這些金屬螯合肽中的3種（Ser-Met、Leu-Ala-Asn和Asn-Cys-Ser），并檢測肽的金屬螯合能力。Asn-Cys-Ser肽顯示出最高的鋅和鐵螯合能力，甚至高于還原型谷胱甘肽。

2 肽鋅螯合物的主要特性

2.1 肽鋅螯合物的功能特性

肽鋅螯合物可以通過削弱不溶性鋅化合物的形成來改善消化道中的礦物質吸收，促進鋅通過腸道吸收膜的轉運[23-24]。Wang等[25]報道，牦牛乳酪蛋白水解物（YCH）可與鋅離子結合形成復合物，使鋅在模擬腸道條件下比醋酸鋅更易溶解。Zhu等[22]發(fā)現(xiàn)，與來自小麥胚芽蛋白的肽螯合鋅在Caco-2細胞中具有比ZnSO4更高的鋅生物利用度。馬婷等[26]研究表明珍珠貝外套膜膠原蛋白肽鋅螯合物（POMCP-Zn）可以提高骨鈣素蛋白的分泌量，促進成骨細胞分化階段Ⅰ型膠原蛋白，同時有利于成骨細胞礦化階段骨結節(jié)的形成。10 μg/mL的POMCP-Zn將成骨細胞的堿性磷酸酶活性提高到1.48倍，有望成為預防骨質疏松癥的潛在功能性食品。有研究表明，牡蠣肽鋅螯合物具有改善抗氧化劑生物活性和鋅生物可接近性的潛在功能成分[27]。除了促進礦物質生物利用度之外，還觀察到肽-金屬絡合物的抗微生物活性[28]。

由于世界對化學防腐劑的認識，食品行業(yè)正在關注天然GRAS（通常認為安全）防腐劑及消費者對更安全添加劑的看法[29]。抗菌肽（AMPs）作為化學防腐劑的抗菌替代品受到關注。AMP是各種生物體中非特異性宿主防御或先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分。當這些肽與二價金屬離子如鋅復合時，抗微生物肽的活性增加[30-31]。研究表明由風味酶水解產物制備的肽-鋅復合物（PZCs）表現(xiàn)出最高的抗菌活性。其中5種PZCs均具有較強的抗菌活性，但無抗真菌活性。在序列中具有更多酸性氨基酸殘基的肽可以比具有更少酸性氨基酸殘基的肽結合更多鋅離子，富含酸性氨基酸的肽的鋅配合物顯示出更強的抗菌活性[32]。除此之外，有學者表征了由桿菌肽-鋅對金黃色葡萄球菌的抗菌活性的機制[31]。

有研究表明，鰱魚源多肽鋅螯合物對冷藏過程中的草魚有明顯的防腐保鮮作用，能減緩草魚感官品質的下降，有效抑制草魚TBA值、TVB-N值、pH升高及細菌生長，與未添加多肽鋅的涂膜處理組草魚相比，多肽鋅處理后草魚的保鮮期可延長4 d[33]。

研究表明肽鋅螯合物還具有一定的抗氧化能力和促進乳酸菌增殖的能力。在試驗濃度范圍內，肽鋅螯合物的濃度與羥自由清除能力、總還原力和ABTS陽離子自由基清除能力均呈正相關。在MRS培養(yǎng)基中，肽鋅螯合物部分替代MRS培養(yǎng)基中的有機氮源時，肽鋅螯合物會在一定程度上促進乳酸菌的生長；肽鋅螯合物完全替代MRS培養(yǎng)基中的有機氮源時，反而會抑制乳酸菌的產酸活力和人乳酸菌的生長繁殖。在脫脂乳培養(yǎng)基中，乳酸菌的產酸活力和乳酸菌的生長繁殖會隨著添加肽鋅螯合物量的增加更增強[34]。

除此之外，通過使用高通量表面等離子體共振（SPR）分析研究，發(fā)現(xiàn)新型鋅結合肽已顯示出在確保遺傳物質穩(wěn)定性的試驗條件下具有mcDNA結合和回收的合適性質。更重要的是，采用簡單的仿生配體進行mcDNA捕獲的直接方法有助于開發(fā)純化DNA生物制藥的新技術[35]。

2.2 肽鋅螯合物的穩(wěn)定性

肽鋅螯合物在胃相中的穩(wěn)定性是礦物質輸送的重要因素。在胃消化期間從肽鋅螯合物中釋放的鋅在進入十二指腸時可被肌醇六磷酸競爭性結合，從而降低生物可接近性[36]。肽鋅螯合物的穩(wěn)定性受到pH的影響，這是因為大多數(shù)肽配體（包括末端氨基和羧酸根陰離子、Asp、Glu和His）響應pH變化，導致其金屬配合物的締合或解離。這些配體在中性堿性pH下去質子化，然后增加與金屬離子的靜電吸引力從而加強復合體[37]。相反，酸性環(huán)境會導致這些殘留物的質子化，并且往往會削弱吸引力。因此，肽鋅螯合物很可能在胃的酸性pH下解離，如果最終形成不溶性復合物，最終會導致金屬難以接近。如之前的一項研究報導牦牛酪蛋白肽鋅螯合物在pH 2.0下比在微酸性或堿性pH下釋放更多鋅離子[6]。肽的結構性質可以影響其金屬絡合物的穩(wěn)定性。肽與金屬離子相互作用的能力可取決于它們的凈表面電荷，使得高負電荷可增強金屬離子親和力并增強金屬絡合物[38]。Wang等[39]使用兩階段體外消化模型研究3種肽（Ser-Met、Asn-Cys-Ser、谷胱甘肽）及其鋅-肽復合物的降解特征。在該研究中檢測酶抗性肽和鋅-肽螯合物、抗氧化活性和消化酶釋放的游離氨基酸。結果顯示，這3種肽及其鋅-肽復合物對胃蛋白酶具有抗性，但對胰酶不具有抗性。胰酶可部分水解肽和鋅-肽復合物，但其中1/2以上在胃腸道消化后保持其原始形式。由于螯合物的溶解度較低并且影響胃蛋白酶和胰酶的水解位點，鋅的配位改善肽的酶抗性。鋅-Asn-Cys-Ser對酶水解具有高度抗性并且以可溶形式保持鋅離子，可能具有提高鋅的生物利用度的潛力。

3 結語與展望

天然蛋白源制得的肽鋅螯合物除了可以作為補鋅劑外，還能以抗氧化劑、抑菌劑、有機肥料、動物飼料等產品應用到工業(yè)生產，較一些無機抗氧化劑、抑菌劑或鋅離子補充劑而言，具有更優(yōu)良的生物學效價，幾乎無不良毒副作用，具有很高的商業(yè)價值[40]。關于鋅螯合肽的分離純化及構效關系的分析國內外已有諸多報道，但仍有部分問題尚待解決，如鋅離子與肽的螯合率、鋅螯合肽在人體內的生物利用度等的提高問題，以及鋅螯合肽與鋅離子作用的具體構效關系等仍需要進一步揭示。另外，尋找和鑒定其他天然的新型鋅螯合肽也將會是一個十分有意義的挑戰(zhàn)。肽鋅螯合物作為一種新型鋅離子螯合物，因其特殊的生物活性屬性和在食用藥用等方面的優(yōu)勢使其有十分廣闊的研究和應用前景。

對肽鋅螯合物近年來的研究發(fā)展進行了總結，肽鋅螯合物作為一種新型鋅離子螯合物，其特殊的生物活性屬性和在食用藥用等方面的優(yōu)勢使其有十分廣闊的研究和應用前景。