慈傲特，王 彪，何 瑋，陳雪晴

(安慶醫(yī)藥高等專科學(xué)校 藥學(xué)院，安徽 安慶 246052)

鐵是一種重要的微量營養(yǎng)素，參與人體必要的生化過程。例如，人體中不同價態(tài)的鐵之間進(jìn)行電子傳遞，參與體內(nèi)氧氣運輸。鐵還是細(xì)胞色素酶和還原酶的重要構(gòu)成部分。與三羧酸循環(huán)相關(guān)的酶中，有一半以上都含有鐵離子，若缺乏鐵會導(dǎo)致能量代謝紊亂，影響人體生長發(fā)育。此外，鐵廣泛參與特異性免疫系統(tǒng)和非特異性免疫系統(tǒng)的功能調(diào)控。細(xì)胞內(nèi)鐵穩(wěn)態(tài)水平可以調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的分化，鐵缺乏將導(dǎo)致免疫系統(tǒng)應(yīng)答水平的降低[1]。缺鐵也是最常見的微量元素缺乏癥之一。鐵缺乏將導(dǎo)致機(jī)體認(rèn)知能力、生長發(fā)育和免疫系統(tǒng)的功能障礙。全球約有20億人口面臨著鐵缺乏，是全球發(fā)生率最高的營養(yǎng)性疾病之一。雖然很多食物中都含有鐵，但是鐵的吸收利用率不同：動物食物的血紅素鐵的生物利用度高于植物來源的非血紅素鐵，并且鐵的吸收容易受到食物中其他成分，如膳食纖維、草酸、植酸等的影響[2]。食物中含有的鐵是有限的，有時候在人體內(nèi)并不能夠完全消化吸收。單純地依靠食物并不能完全滿足缺鐵性貧血人群對鐵的需求。因此，目前主要采用口服補鐵劑進(jìn)行治療，或改善鐵缺乏癥狀。

當(dāng)前市面上的鐵補充劑主要有三種類型：首先，出現(xiàn)的是以 FeSO4為代表無機(jī)鐵鹽，這類制劑有著生產(chǎn)成本低、取料方便、礦物質(zhì)含量高、價格低廉等優(yōu)點，但同時也有著溶解度差、吸收礦物質(zhì)需要消耗大量的胃酸、容易沉淀、增加人體負(fù)擔(dān)等明顯的缺陷[3]。接著，又出現(xiàn)了以乳酸亞鐵、琥珀酸亞鐵為代表的有機(jī)酸類鐵補充劑，這類型制劑溶解度高、吸收率高以及對腸胃無刺激作用等，但是由于其礦物質(zhì)含量低，大量服用會對機(jī)體產(chǎn)生一定的毒副作用[4]。之后，又出現(xiàn)了以甘氨酸亞鐵為代表的氨基酸亞鐵補鐵劑，但價格較高，不易被人們接受，無法普及[5]。近年來，具有礦物結(jié)合特性的生物活性肽已經(jīng)引起了食品科學(xué)家的極大關(guān)注。相比其他傳統(tǒng)的補鐵劑，這些多肽可以通過它們中存在的各種氨基酸殘基螯合金屬離子，形成穩(wěn)定高、生物利用度高的鐵補充劑。

1 亞鐵離子螯合肽的來源

1.1 植物來源

由于社會的發(fā)展，綠色環(huán)保的理念深入人心，越來越多的植物源多肽被開發(fā)利用。植物源多肽的利用，可以很好的避免人工合成肽帶來的環(huán)境污染等問題，同時還可以很好地解決因宗教信仰的素食人群蛋白質(zhì)缺乏的問題，利用前景遠(yuǎn)大。

隨著對植物源多肽研究的越來越充分，利用植物多肽制備亞鐵離子螯合肽也越來越多。例如，張新雪等[6]人以玉米低聚肽和氯化亞鐵為原料制備玉米低聚肽螯合鐵(II)，螯合率可達(dá)50%以上；康云等[7]人以米糠蛋白為原料，制備米糠肽-鐵鋅螯合物，并對制備工藝進(jìn)行了優(yōu)化，亞鐵離子螯合率可達(dá)35%以上，鋅離子螯合率達(dá)到 55%；使用大豆為原料，通過優(yōu)化制備工藝，鄒文昊天等[8]將亞鐵離子螯合率提高至73.94%；芝麻蛋白的堿性蛋白酶酶解產(chǎn)物對金黃色葡萄球菌則呈現(xiàn)出明顯的抑菌效果，康媛媛等[9]利用芝麻蛋白堿性蛋白酶酶解產(chǎn)物這一特性，制備了螯合率高達(dá)90.69%的亞鐵離子螯合肽，研究還發(fā)現(xiàn)，該螯合肽可明顯提高對沙門氏菌的抑制作用。

1.2 動物來源

在動物源食品加工過程中會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物中往往含有大量的蛋白質(zhì)，且均為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，如對這些副產(chǎn)物加以利用，可極大的節(jié)省食品加工的成本，并減小對環(huán)境的壓力。

在漁產(chǎn)品加工過程中，富含蛋白質(zhì)的魚鱗往往會成為副產(chǎn)物被丟棄，造成了極大的浪費。熊喆等[10]利用鰱魚鱗中的膠原蛋白制備成鰱魚鱗膠原肽-鐵螯合物，且螯合率可達(dá)92.04%。阿膠作為一種傳統(tǒng)的滋補良藥和功能食品，應(yīng)用于早期造血和抗貧血治療[11]。曹叢叢等[12]為改善阿膠在腸道中易被水解成多肽的問題，制備了以阿膠粉為原料的阿膠肽鐵螯合物，還發(fā)現(xiàn)阿膠肽鐵螯合物有效的提高了鐵離子的吸收率。牡蠣肉干中優(yōu)質(zhì)蛋白可達(dá)50%左右，且必需氨基酸的完整程度和品質(zhì)優(yōu)于人乳和牛乳，有極高的利用價值。龐忠莉等[13]利用牡蠣肉制備成牡蠣肽亞鐵螯合物，螯合率高達(dá)80%以上，還發(fā)現(xiàn)模擬胃腸消化試驗中展現(xiàn)出較好的消化耐受性，鐵保留率最終保持在74%。目前，對南極磷蝦的加工主要集中在魚餌和飼料等低值化產(chǎn)品，對富含優(yōu)質(zhì)蛋白的南極磷蝦造成了極大的浪費。林海燕等[14]為提高南極磷蝦的高值化開發(fā)利用，以南極磷蝦為原料制備南極磷蝦肽- 亞鐵螯合物，螯合率可達(dá) 77.25 %。

2 亞鐵離子螯合肽的結(jié)構(gòu)表征

亞鐵離子螯合肽的結(jié)構(gòu)特征對鐵螯合肽的形成有重要影響，不同的多肽中氨基酸組成和結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致鐵離子的螯合位置不一。多肽的螯合能力與其相對分子質(zhì)量大小有著緊密地關(guān)系[15]。Kong等[16]證明植物蛋白水解后，相對分子質(zhì)量小于 1 000 的有著更高的金屬螯合活性。Guo L等[17]人發(fā)覺阿拉斯加鱈魚皮酶解多肽隨著分子數(shù)量的減少，螯合率從8%顯著提高到34%，表明與大相對分子質(zhì)量的多肽相比，低相對分子質(zhì)量的多肽具有更高的螯合活性。大麥谷蛋白用堿性蛋白水解后發(fā)現(xiàn)，相對分子質(zhì)量小于 1 000 的肽段具有更高的亞鐵離子結(jié)合能力[18]。

紫外吸收光譜可用于研究多肽的結(jié)構(gòu)變化(表1)。肽與金屬離子發(fā)生螯合后，電子躍遷時需要的能量會發(fā)生改變，導(dǎo)致吸收波長和吸收峰發(fā)生變化，因此可以利用紫外光譜初步分析確定螯合物的形成。有機(jī)配體與過渡金屬離子絡(luò)合物的形成，可能導(dǎo)致原有吸收峰的轉(zhuǎn)移、消失或新吸收峰的出現(xiàn)。熊喆通過將鰱魚鱗膠原肽(SCSCP)及肽-鐵螯合物(SCSCP-Fe)的紫外光譜圖進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)兩者最大吸收峰發(fā)生了紅移，表明酰胺鍵上的氮原子參與了亞鐵螯合物的形成[10]。多項研究表明，螯合后出現(xiàn)特征吸收峰轉(zhuǎn)移或消失，證明該樣品與鐵形成絡(luò)合物[10，19-20]。

表1 亞鐵離子螯合前后紫外光譜分析

紅外光譜可以進(jìn)一步探究鐵與多肽螯合的機(jī)理。Zhang Y[24]通過檢測發(fā)現(xiàn)，螯合后，氨基特征峰由 3385 cm-1變成 3416 cm-1，羧基特征峰由 1451 cm-1變?yōu)?1455 cm-1，咪唑基團(tuán)原本在 602 cm-1的特征峰轉(zhuǎn)變成 618 cm-1處；推測咪唑基團(tuán)中N原子與亞鐵離子的螯合可能引起C-N鍵的拉伸振動。因此亞鐵離子與多肽結(jié)合的位點可能是氨基、羧基、咪唑等官能團(tuán)，或是含有孤電子對的N和O，它們可以和亞鐵離子以配位鍵形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的螯合物。羅非魚多肽[25]、 酪蛋白[26]、魚糜[27]等螯合亞鐵離子后，特征峰也有同樣變動。

熒光光譜可以通過波長和熒光強度的變化來反映肽和金屬離子之間的相互作用。阿膠鐵復(fù)合物通過熒光光譜表明，F(xiàn)e2+的濃度會影響肽的內(nèi)源熒光強度和發(fā)射波長，肽與 Fe2+螯合后會導(dǎo)致肽的內(nèi)在熒光猝滅多肽發(fā)生折疊[28]。類似現(xiàn)象在β-乳球蛋白螯合鐵的研究中也出現(xiàn)了[29]。

Fan Chaozhong等[30]人通過電鏡掃描觀察到，多肽一般以粒徑較大的塊狀結(jié)構(gòu)存在，而鐵離子螯合肽呈現(xiàn)具有光滑表面的球形或橢圓形結(jié)構(gòu)，這表明鐵可以誘導(dǎo)部分小肽聚集。同時，通過螯合前后粒徑的測定表明，鐵螯合反應(yīng)后，粒徑變小。這與前面電鏡掃描結(jié)果一致。這是由于：一方面，亞鐵離子改變肽鏈的空間結(jié)構(gòu)；另一方面，亞鐵離子的加入，引起肽鏈之間的聚集，即一個亞鐵離子同時結(jié)合兩個或兩個以上肽鏈。

氨基酸組成分析顯示，當(dāng)多肽中含有酸性或堿性氨基酸殘基時，其與鐵離子表現(xiàn)出良好的結(jié)合性[31-36]。Glu和Asp 含有活性側(cè)鏈基團(tuán)，有助于形成肽-金屬復(fù)合物。例如，Lys、Asp和Glu中含有羧基、氨基、胍基等，這些側(cè)鏈基團(tuán)通過靜電作用或配位作用，與金屬離子結(jié)合，從而使多肽具有一定的鐵離子結(jié)合能力[37]。Glu和Asp 因具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，能夠與亞鐵等金屬離子結(jié)合，形成穩(wěn)定的金屬螯合物[38]。有研究發(fā)現(xiàn)，具有較好亞鐵螯合能力的多肽通常還與 Cys、Arg、Ser 等氨基酸有著緊密的聯(lián)系，可能是小肽和亞鐵離子通過配位鍵、離子鍵的相互作用而形成新的物質(zhì)，螯合反應(yīng)的主要結(jié)合位點是氨基、羧基和肽鍵，谷氨酸(Glu)、天冬氨酸(Asp)和半胱氨酸(Cys)參與了螯合反應(yīng)[39]。

不同食物來源的亞鐵離子螯合肽氨基酸序列見表2所示。

表2 不同食物來源的亞鐵離子螯合肽氨基酸序列

3 亞鐵離子螯合肽的活性研究

3.1 生物利用度研究

在礦物質(zhì)缺乏的飲食條件下，可以通過口服補充劑的方式來進(jìn)行改善，這時補充劑中礦物質(zhì)溶解度在腸道吸收中對吸收率的影響很大，而通過金屬螯合肽的方式進(jìn)行補充，對吸收率有極大的改善[40-41]。研究發(fā)現(xiàn)，大豆肽亞鐵螯合物在模擬胃腸道中亞鐵離子的溶解度遠(yuǎn)高于四水合氯化亞鐵，溶解度可大50%以上[8]。例如，張逸君等[42]使用綠豆為原材料制備的綠豆肽亞鐵螯合物在模擬的胃腸道中多肽的穩(wěn)定性明顯高于綠豆多肽，這樣可使綠豆多肽亞鐵螯合物以完整的結(jié)構(gòu)從小腸上皮細(xì)胞的肽轉(zhuǎn)運通道進(jìn)入細(xì)胞，被消化利用，從而使亞鐵離子能被充分利用。使用大鼠腸液消化阿膠后發(fā)現(xiàn)，可以明顯提高亞鐵離子的吸收率，因為經(jīng)腸液消化的阿膠蛋白可分解成不同大小的多肽，部分多肽可以螯合亞鐵離子，從而促進(jìn)亞鐵離子的吸收[12]。王賢等[43]制備的小米糠多肽-亞鐵螯合物也證明了在模擬胃腸道消化液中有更好的穩(wěn)定性。

3.2 改善貧血功能

鐵元素是人體中重要的微量元素，也是造成缺鐵性貧血的重要原因。為了治療缺鐵性貧血，一般會使用膳食補鐵劑，但一般的補鐵劑的吸收率很難超過30%[44]。目前，已有大量的生物大分子與鐵離子的螯合物用于開發(fā)補鐵劑。多肽一般以單體的形式被人體吸收，因此與鐵離子結(jié)合，可以促進(jìn)鐵離子的吸收，同時還可以降低鐵離子對腸胃的刺激。多肽亦可補充人體所必須的氨基酸[13]，因此對多肽亞鐵離子的研究具有巨大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和市場。通過大鼠實驗，斯興開等發(fā)現(xiàn)，帶魚酶解肽亞鐵螯合物對貧血大鼠體重升高的效果最顯著，優(yōu)于硫酸亞鐵和含鐵飼料；對血清中鐵蛋白(FE)升高效果顯著，且優(yōu)于硫酸亞鐵[45]。曹叢叢等[46]利用阿膠多肽制成的阿膠多肽亞鐵離子螯合物，可以有效改善缺鐵性貧血，并促進(jìn)缺鐵性貧血小鼠的生長，使小鼠的臟器指數(shù)、基礎(chǔ)血象指標(biāo)等恢復(fù)至正常水平，表明阿膠多肽亞鐵離子螯合物能夠改善缺鐵性貧血具有補血作用。同樣，楊鵬瑤等[47]制備的新型燕麥多肽亞鐵離子螯合物也被證明能夠改善缺鐵性貧血具有補血作用。

3.3 抗氧化特性

多肽被證實可當(dāng)做抗氧化劑使用，其結(jié)合人體產(chǎn)生的自由基，起到保護(hù)身體作用。例如，從羊奶酪蛋白中提取的多肽和從鱸魚皮中提取的多肽，都被證實有強氧化性[48-49]。有研究表明，當(dāng)多肽與金屬離子螯合時，多肽的序列以及空間結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，螯合過程中暴露出的氨基酸可能含有更多可為DPPH自由基提供電子或質(zhì)子的基團(tuán)[50]。將蛋黃蛋白多肽和亞鐵離子螯合發(fā)現(xiàn)，蛋黃蛋白多肽亞鐵離子螯合物對于DPPH的清除率IC50為 0.41 mg/mL，蛋黃蛋白多肽組分的清除率為 5.40 mg/mL，這說明多肽與鐵離子螯合后其抗氧化活性顯著提高[51]。ABTS自由基清除能力表明抗氧化物質(zhì)的總抗氧化能力。研究發(fā)現(xiàn)，小米糠球蛋白多肽-亞鐵螯合物的ABTS自由基清除能力顯著高于小米糠球蛋白多肽的，表明小米糠球蛋白多肽與亞鐵離子螯合后可以提高其總抗氧化能力[43]。

3.4 其他功能特性

康媛媛通過實驗證實，芝麻肽對沙門氏菌無抑菌作用，但與亞鐵試劑螯合后，對沙門氏菌產(chǎn)生了抑菌圈，表明芝麻肽改性后得到的螯合物對沙門氏菌產(chǎn)生了抑菌作用，擴(kuò)大了芝麻肽的抑菌范圍[9]。桃仁多肽螯合亞鐵和小麥多肽螯合亞鐵的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌活性與螯合前相比有極大的增強[52]。王曉玲將亞鐵離子螯合肽添加達(dá)800、1000 mg/kg 時，能夠顯著提高螯蝦體內(nèi)非特異性免疫酶，如SOD、PO、LSZ和ACP的酶活力[53]。

4 結(jié)語

當(dāng)前食品加工中很多副產(chǎn)物資源沒有得到有效地利用，而富含蛋白質(zhì)的的加工副產(chǎn)物可以作為鐵補充劑的反應(yīng)物。通過紫外光譜、紅外光譜、電鏡掃描、質(zhì)譜等多項研究證明，亞鐵離子能夠與多肽形成螯合物，能夠螯合的主要原因是與多肽中所含的氨基酸種類有關(guān)。亞鐵離子螯合后可以增加機(jī)體對鐵補充劑的吸收和利用。此外，亞鐵離子螯合肽還具有抗氧化、抑菌等其他生物功能，未來將在醫(yī)藥原料市場上有更廣闊的前景。