绿豆多肽锌螯合物的制备及其结构与体外消化的分析
绿豆多肽锌螯合物的制备及其结构与体外消化的分析绿豆多肽锌螯合物的制备及其结构与体外消化的分析富天昕1，张 舒1，盛亚男1，冯玉超1，王长远1,2,*（l.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江 大庆 163319；2.国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江 大庆 163319）摘 要：为生产易被人体消化吸收的锌补充剂，提高绿豆的附加值，本实验将绿豆多肽与锌进行螯合，以螯合能力为指标，采用单因素与响应面结合的方法，对螯合工艺进行优化；运用傅里叶红外光谱、紫外光谱、扫描电镜、X-射线衍射等方法比较螯合前后结构的变化；并利用体外模拟胃肠道消化测定肽锌螯合物中锌离子的生物利用率。结果表明：制备肽锌螯合物的最佳条件为肽锌质量比6.20∶1、反应温度50 ℃、反应时间83 min、反应pH 6.3，在此条件下螯合率达到52.19 mg/g；光谱分析表明，多肽的氨基、羧基与酰胺基参与了反应；扫描电镜、X-射线衍射显示多肽与螯合物在表面微观结构和结晶程度上均有较大改变；体外模拟胃肠道消化研究表明肽锌螯合物中锌离子的溶解率和透析率均显著高于无机锌盐。实验综合表明生成了一种新型螯合物，且螯合物锌离子的生物利用率较高，具有潜在的应用意义。关键词：绿豆多肽；锌；螯合物；结构表征；锌利用率绿豆是中国主要的食用豆类作物，其生产和出口量居世界首位。作为药食两用的豆科植物，绿豆其本身含有丰富的蛋白质、淀粉、维生素、矿物质及人体必需的氨基酸。其中蛋白质质量分数高达19.5%～33.1%，是禾谷类籽粒的2～3 倍。但目前对绿豆的开发多为淀粉的加工利用，对绿豆蛋白的开发利用还存在一些局限，造成了资源的严重浪费。因此开发绿豆蛋白，增加绿豆的附加值已成为现代的研究热点。而绿豆多肽作为绿豆蛋白的酶解物，因其具有低致敏性，且在较低的pH值条件下依然能保持较高溶解性，可减轻肠胃负担的特点所以有着广阔的应用前景，但多数研究只是停留在绿豆蛋白肽本身的生物活性，例如抗氧化性、抗菌性，鲜有绿豆蛋白肽与金属离子结合的报道。语文教师要应用合适的方法提高学生的写作兴趣，让学生自己感觉到写作是一个有趣且有意义的事情，引导他们学会用自己的语言去描绘生活、表达感情、书写认知。生活和学习中，学生遇到的每一件事，都可以激起他们的写作兴趣，引起他们的写作欲望，进而达到写作目的。 锌被称为“生命元素”，在维持人体正常的生理状态和生命活动中起着至关重要的作用。缺锌可导致生长迟缓、免疫性功能障碍和神经性功能障碍等一系列疾病。但人体对饮食中锌的吸收率较低，其主要原因是锌与植酸在小肠中可形成不溶的复合物，从而大大降低了锌的生物利用率，锌缺乏已成为严重影响健康的常见问题。因此寻求一种高效、吸收利用率好的补锌制剂迫在眉睫。研究发现，肽可与金属离子反应形成化学稳定的可溶性螯合物，这种螯合物可以防止金属离子在胃肠道中受到植酸等物质的影响而生成沉淀。此外，这种金属螯合物还可以在肽的吸收模式下进入体内，加速金离子的吸收。这为身体补充锌提供了新的途径。秸秆仓库接地干线采用热镀锌扁钢50*5埋入地下0.8米深以上，仓库屋顶是钢板结构，直接利用其作为屋面接闪器，屋面不做防雷带，直接用扁钢引至屋顶可靠接地作为防雷装置，现场勘察发现#1、#2料库只有一点接地，规定为至少2点接地，站柱根部发现屋顶连接至接地体的扁钢已消失，根部有断裂痕迹，建议有登高资质外包商进行接地扁钢修复 为进一步明晰多肽与锌离子螯合的机制以及生物利用率等情况，实验利用绿豆多肽与锌进行螯合，以螯合能力为指标明确螯合工艺的最优条件，采用红外、紫外光谱分析对螯合前后的结构进行比较，推测肽锌螯合位点，并运用扫描电镜和X-射线衍射观察二者表面结构和结晶结构的差异，通过体外肠道模拟实验测定螯合物的生物利用率。本研究可为肽锌螯合的工业化生产及后续的研究提供理论基础。工资字段表反映了每月有哪些工资项，包括ItemID（工资字段编号）、ItemName（工资项名称）、BankCode（银行信息）等字段。 1 材料与方法1.1 材料与试剂脱脂绿豆蛋白（纯度89.93%） 实验室自制；碱性蛋白酶（200 000 U/g）、盐酸、氢氧化钠、七水硫酸锌（均为分析纯） 上海麦克林公司；无水乙醇、二甲酚橙、六亚甲基四胺、乙二胺四乙酸（ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA）（均为分析纯）西安化学试剂厂；透析袋（7 000 Da） 上海基星生物科技有限公司；溴化钾、胃蛋白酶、胰蛋白酶 美国Sigma公司。1.2 仪器与设备HH-S4型恒温水浴锅 郑州长城科工贸有限公司；DELTA 320精密pH计 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；Alpha 1-2 LD plus冷冻干燥机 德国Christa公司；PXZ-21K高速冷冻离心机 长沙湘智离心机仪器有限公司；Quintik 24-1CN电子天平 赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；UV-2250PC型紫外-可见光分光光度计 日本岛津仪器公司；傅里叶红外光谱（Fourier transform infrared spectrometer，FTIR）仪美国Thermo Electron公司；SU1510型扫描电镜 日本日立公司。1.3 方法1.3.1 绿豆蛋白的制备将绿豆进行粉碎过筛，并对其进行脱脂处理。将脱脂绿豆粉与蒸馏水以1∶10的配比进行碱提（用1 mol/L氢氧化钠溶液调pH值至10），室温条件搅拌2 h，3 500 r/min离心20 min，取上清液用1 mol/L的盐酸调pH值至4.6，静置0.5 h后，按照上述条件离心取沉淀，水洗沉淀2～3 次，冷冻干燥并在-20 ℃保存备用。1.3.2 绿豆多肽的制备将脱脂后的绿豆蛋白用碱性蛋白酶进行水解，酶解条件为温度56 ℃、绿豆蛋白质量分数3%、酶添加量6%、pH 9、时间4 h，在水解过程中维持pH值恒定并不断搅拌。酶解结束后沸水浴中灭酶15 min，离心取上清液（5 000 r/min，15 min），经冷冻干燥制得绿豆多肽粉。1.3.3 绿豆多肽成分测定蛋白质含量测定参照GB/T 5009.5ü2010《食品中蛋白质的测定》；水分测定参照GB/T 12087ü2008《食品中水分的测定》；灰分测定参照GB/T 5009.4ü2016《食品中灰分的测定》；锌离子测定参照GB/T 10656ü2008《锅炉用水和冷却水分析方法 锌离子的测定》。1.3.4 绿豆多肽锌螯合物的制备将上述得到的绿豆多肽溶于蒸馏水中，调节螯合的温度、pH值，待条件稳定后加入一定量的ZnSO4g7H2O恒温进行螯合，5 000 r/min离心15 min去除沉淀。取上清液用3 倍体积的95%乙醇溶液进行醇沉处理，10 000 r/min离心15 min取沉淀，洗涤数次后将其冷冻干燥。丁珰抢上前去，颤声道：“你……你……果真是天哥？”那少年苦笑道：“叮叮当当，这么些日子不见你，我想得你好苦，你却早将我抛在九霄云外了。你认不得我，可是你啊，我便再隔一千年，一万年，也永远认得你。”丁珰听他这么说，喜极而泣，道：“你……你才是真的天哥。他……他可恶的骗子，又怎说得出这些真心情意的话来？我险些儿给他骗了说着向石破天怒目而视，同时情不自禁地伸手拉住了那少年的手。那少年将手掌紧了一紧，向她微微一笑。丁珰登觉如坐春风，喜悦无限。 1.3.5 绿豆多肽螯合能力的测定采用EDTA络合滴定法。将1.3.1节得到的螯合物用去离子水溶解定容至50 mL。取定容后的溶液10 mL，滴加二甲酚橙指示剂，滴加质量分数为20%的六亚甲基四胺至溶液呈稳定的紫红色，再加入4 mL六亚甲基四胺，用0.01 mol/L EDTA溶液滴定，溶液从紫红色变为黄色即为终点，记录所消耗EDTA溶液的体积。肽锌螯合能力计算如式（1）所示：http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/e77008174aa5fba0360783effdfdaabd.jpg式中：X为绿豆多肽锌螯合能力/（mg/g）；M为锌的摩尔质量/（g/mol）；C为EDTA的浓度/（mol/L）；V为滴定所消耗EDTA的体积/mL；m为螯合用绿豆多肽的质量/g。1.3.6 单因素试验将绿豆多肽溶于去离子水中，配制成质量分数为3%多肽溶液，加入质量分数为5%的ZnSO4g7H2O溶液，恒温水浴一定时间。分别以多肽与锌离子质量比（肽锌质量比）（3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1）、反应温度（30、40、50、60、70 ℃）、反应时间（40、60、80、100、120 min）、反应pH值（4、5、6、7、8）进行单因素试验。每次与他或她分开，她都觉得身体极为疲倦，只想找到一个地方获得休憩。回到家一旦躺下就是极为困长的睡眠。这能量交换如此激越，耗尽力气，被联结过的身体极为空洞，如同走入深邃幽暗的森林，告别人世，同时也无比纯净。经过与他人强烈的做爱，仿佛是一种深入内部的更新和净化，倾倒出所有黑暗淤积，包括创痛、匮乏和历史。它带来生命本源的证明和存在感，让她知道自己活着并且存在。 1.3.7 响应面试验在单因素试验的基础上以绿豆多肽螯合锌的螯合能力为响应值，采用Design-Expert 8.0统计分析软件且以反应pH值、反应温度、肽锌质量比、反应时间为自变量建立Box-Behnken模型，对肽锌螯合反应进行响应面优化设计。响应面试验设计因素与水平如表1所示。表1 响应面试验因素与水平
Table 1 Coded values and corresponding actual values of independent variables used for Box-Behnken designhttp://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/0ac5eb3744ff3febf3db5b492c21d2bf.jpg&q=30 水平 因素X1反应pH X2反应温度/℃ X3肽锌质量比 X4反应时间/min-1 4 30 3∶1 40 0 6 50 5∶1 80 1 8 70 7∶1 120
1.3.8 绿豆多肽锌螯合物结构表征1.3.8.1 紫外光谱分析关于建设“城市水库”打造“浙中水乡”的调研与思考……………………………………………………… 陈一新(9.7） 分别将肽与肽锌螯合物粉末样品溶于去离子水中，配成0.4 mg/mL溶液，用紫外-可见分光光度计在190～400 nm波长范围内进行紫外吸收光谱扫描。1.3.8.2 FTIR分析分别取2 mg的绿豆多肽和肽锌螯合物放入玛瑙研钵中，再向玛瑙研钵中分别加入200 mg干燥后的KBr，研磨至粒度在2.5～2.0 μm以下，在20 MPa的压力下压至1～2 min，取出压片呈半透明状态。利用FTIR仪进行定性分析，波数范围400～4 000 cm-1。1.3.8.3 扫描电镜分析将肽与肽锌螯合物粉末分别用双面胶黏贴于铝制样品台上，然后喷涂一薄层金膜，在扫描电镜下观察拍摄样品微观形态并照相。放大倍数为500 倍。1.3.8.4 X-射线衍射分析取一定量的样品放在样品槽中，在加速电压40 kV、加速电流40 mA、扫描范围（2θ）5°～90°、扫描速度0.02°/0.2 s的条件下对样品进行扫描，利用X-射线衍射图谱分析其结构。1.3.9 肽锌螯合物生物利用率1.3.9.1 模拟胃肠液的配制模拟胃液的配制：准确称取2 g氯化钠与3.2 g胃蛋白酶溶于800 mL双蒸水，混匀后用6 mol/L盐酸溶液调pH值至1.2，双蒸水定容至1 000 mL后备用。模拟肠液的配制：称取0.68 g磷酸二氢钾溶于70 mL双蒸水后，加入7.7 mL 0.2 mol/L氢氧化钠溶液，混匀后加入1 g胰蛋白酶和6 g胆盐，溶解后用0.2 mol/L的氢氧化钠调pH值至7.6，双蒸水定容至100 mL后备用。1.3.9.2 模拟体外模拟胃肠道消化分别取10 mg/mL的肽锌螯合物和ZnSO4g7H2O（对照）溶液，用1 mol/L的盐酸调节溶液pH值到2.0，向溶液中加入5 mL的模拟胃液，混匀后，在37 ℃水浴振荡2 h。之后将混合液pH值调节至7.2后加入5 mL模拟肠液，将此混合物移入到透析袋中（7 000 Da），37 ℃振荡水浴2 h。溶解率测定：分别在胃液消化、肠液消化后测定肽锌螯合物和ZnSO4g7H2O的溶解率。取一定体积的溶液10 000 r/min离心15 min，利用EDTA络合滴定法分别测定上清液中锌离子含量和溶液中总锌含量。锌离子溶解率计算如式（2）所示：http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/92d29a163393e2a577e895b632058884.jpg
式中：V1为滴定上清液中锌离子所需要的EDTA溶液体积/mL；V2为滴定等体积溶液中锌离子所需要的EDTA溶液体积/mL。透析率的测定：在肠液消化后，取透析袋外的溶液，利用EDTA络合滴定测定溶液中锌离子含量，以表示透过模拟肠道的锌离子含量，锌离子透析率计算如式（3）所示：http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/72f2360afd14b747ed5276bf38aecddb.jpg
式中：V1为滴定透析袋外锌离子所需要的EDTA溶液体积/mL；V2为滴定透析袋内外锌离子所需要的EDTA溶液体积/mL。2 结果与分析2.1 绿豆多肽成分分析如表2所示，绿豆蛋白水解物的蛋白质质量分数在90.31%左右，说明蛋白质含量较高，而且锌离子含量极少，不会对下一步的实验产生影响。综上制备出的绿豆多肽可以用于进一步实验研究。表2 绿豆多肽主要成分
Table 2 Main components of mung bean peptide%http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/bb6eb7fe8d503eab7a098e4e2bfdc623.jpg&q=30 成分 蛋白质 水分 灰分 锌离子 其他质量分数 90.31f0.23 1.76f0.21 4.55f0.37 0.002 1f0.000 3 1.017f0.31
2.2 单因素试验结果2.2.1 反应pH值对螯合能力的影响http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/3878a5e32f320420f150df8e6fa14b37.jpg&p=594x320&q=30 图1 反应pH值对螯合能力的影响
Fig. 1 Effect of pH on chelation efficiency
从图1可以看出，肽锌螯合反应开始，随着反应pH值的不断增大，肽锌螯合能力逐渐增强，在pH值为6时，其螯合能力达到最大，随后缓慢下降。造成这种情况的原因是，当螯合反应体系中反应pH值太低时，H+则会与锌离子争夺供电子基团，不利于螯合物的生成。当反应pH值过高时，锌离子则会与OH-生成Zn(OH)2沉淀，不利于螯合反应的进行。2.2.2 反应温度对螯合能力的影响从国际经验看，市场化定价是成品油市场最普遍采用的模式。韩国的成品油价格市场化进程经历了由政府定价过渡为与国际市场接轨再到价格完全市场化三个阶段，最终形成了既能够反映国际市场变化，又能体现国内市场实际供需情况的价格体系。明确合理的价格运行机制，不仅能够提高成品油市场运行效率，也有利于保障国家能源供应安全，提升国内石油企业竞争力。 1982年，国务院根据北京大学侯仁之、建设部郑孝燮和故宫博物院单士元三位先生提议，决定设立国家历史文化名城，并建立一种文物保护机制2。列入历史文化名城名单的均为保存文物特别丰富、具有重大历史价值或者纪念意义，且正在延续使用的城市。历史文化名城公布以来的30余年间，保护与破坏、保护与发展的矛盾始终纠结在一起，研究名城的形成因素与兴衰变迁、名城的物质与文化构成，特别是历史文化名城建设与区域文化产业发展问题，非常必要且重要，意义重大而特殊。 http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/d177f215e58009000f37f4cb32ef51ea.jpg&p=584x314&q=30 图2 反应温度对螯合能力的影响
Fig. 2 Effect of temperature on chelation efficiency
从图2可以看出，螯合能力随着反应温度的上升出现先升高后下降的趋势，在反应温度达到50 ℃时，其螯合能力达到最大，但在超过60 ℃时，肽锌螯合能力则急速降低。出现这种趋势的原因是开始时温度升高会使溶液中的锌离子加速溶出，增大了锌离子与肽的碰撞频率，有利于螯合反应的进行。但由于肽锌螯合的过程属于放热过程，且高温易破坏多肽的结构，减少了多肽锌的结合位点，不利于螯合反应的进行。http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/7cf5c70b8d3202b4f03d5ae480aa6c40.jpg&p=576x304&q=30 图3 肽锌质量比对螯合能力的影响
Fig. 3 Effect of peptide/zinc ratio on chelation efficiency
2.2.3 肽锌质量比对螯合能力的影响从图3可以看出，在螯合反应开始时，螯合能力随着多肽比例的增加而不断增大，当其质量比达到6∶1时，肽锌螯合能力达到最高值，随后随着肽锌质量比的增大其螯合能力开始降低。出现这一现象的原因是当肽锌质量比值过小时，溶液中多肽的浓度较低且无法生成稳定的环状结构，且大量的锌离子未参加螯合反应；当肽锌比值过大时，在溶液中产生聚集现象，多肽的有效利用率下降，不利于与锌离子结合。故曲线呈现先逐渐上升后下降的趋势。2.2.4 反应时间对螯合能力的影响http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/7f6575b1cb2c39830a3eeb63ac4be67a.jpg&p=612x324&q=30 图4 反应时间对螯合能力的影响
Fig. 4 Effect of reaction time on chelation efficiency
从图4可以看出，肽锌螯合反应时间逐渐延长，肽锌螯合能力不断增大，当反应时间达到80 min左右时，肽锌螯合能力达到最大，之后随着反应时间的延长，其螯合能力略有降低。故选取60～100 min作为后续研究。2)在绝对负荷量相同的情况下，导线截面越大，最大供电半径越长；当负荷总量趋于各型号导线的额定载容量时，不同型号导线的最大供电半经变化不明显。 2.3 响应面试验结果2.3.1 响应试验设计及结果近日，一个国际团队开发出一种纳米机器人，首次实现了让机器人绕过眼球表面抵达视网膜且不对组织造成损害，这一新科技在未来有望用于精准给药领域。 为获得螯合能力最高的绿豆多肽锌螯合物，采用响应面设计对螯合条件（肽锌质量比、反应温度、反应时间、pH值）进行优化，以期获得螯合能力最高的螯合物。以X1、X2、X3、X4分别表示反应体系的pH值、反应温度、肽锌质量比、反应时间以及螯合能力（Y）为响应值，设计4因素3水平的二次回归方程拟合因素和响应值间的函数关系，见表3。根据试验结果建立多元二次回归方程：Y=51.78+1.52X1+0.46X2+1.98X3+0.094X4-1.58X1X2+1.17X1X3+0.30X1X4-0.18X2X3-1.60X2X3-0.16XX+0.55XX-6.28X2-2.65X2-1.86X2-3.51X2。24341234由表4可以看出，此响应面的模型显著，失拟项不显著，且http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/2c3f1b0de79e5de1c36f9a0b3113e40c.pngj为0.974 5，表示回归方程模型具有良好的实际试验拟合度，误差很小，可以在实际实验肽锌螯合能力的研究和分析中使用。表3 响应面试验设计与结果
Table 3 Experiment design with results for response surface analysishttp://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/7bbc24f85090afd63c659b3c9cfe3bec.jpg&q=30 试验号 X1反应pH X2反应温度/℃ X3肽锌质量比 X4反应时间/min螯合能力/（mg/g）1 6 30 3∶1 80 44.50 2 6 50 7∶1 40 47.95 3 6 50 5∶1 80 51.95 4 6 50 5∶1 80 52.12 5 6 50 7∶1 120 49.61 6 4 30 5∶1 80 39.24 7 6 70 5∶1 40 47.34 8 6 50 3∶1 40 44.42 9 4 50 5∶1 120 39.61 10 8 50 5∶1 40 42.80 11 4 50 7∶1 80 41.90 12 6 30 7∶1 80 48.49 13 8 50 7∶1 80 47.70 14 8 30 5∶1 80 45.32 15 6 30 5∶1 40 43.24 16 4 70 5∶1 80 42.59 17 4 50 5∶1 40 40.64 18 6 70 3∶1 80 46.50 19 6 70 7∶1 80 49.79 20 6 50 5∶1 80 50.52 21 8 50 3∶1 80 41.72 22 6 70 5∶1 120 44.57 23 6 50 5∶1 80 51.42 24 4 50 3∶1 80 40.61 25 6 50 3∶1 120 43.88 26 8 50 5∶1 120 42.98 27 6 50 5∶1 80 52.87 28 6 30 5∶1 120 46.87 29 8 70 5∶1 80 42.34
表4 回归方程模型的方差分析
Table 4 Analysis of variance for regression equationhttp://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/e51ac545e2b1a41b335430b98feb569b.jpg&q=30 注：**.差异极显著，P＜0.01；*.差异显著，P＜0.05。来源 平方和 自由度 均方 F值 P值X1反应pH值 27.82 1 27.82 67.44 ＜0.000 1**X2反应温度 2.49 1 2.49 6.04 0.027 6*X3肽锌质量比 47.24 1 47.24 114.54 ＜0.000 1**X4反应时间 0.11 1 0.11 0.26 0.619 4 X1X2 10.02 1 10.02 24.29 0.000 2**X1X3 5.5 1 5.5 13.33 0.002 6**X1X4 0.37 1 0.37 0.89 0.362 2 X2X3 0.12 1 0.12 0.3 0.594 4 X2X4 10.24 1 10.24 24.83 0.000 2**X3X4 1.21 1 1.21 2.93 0.108 8 X12 301.3 1 301.3 730.48 ＜0.000 1**X22 45.48 1 45.48 110.27 ＜0.000 1**X32 22.51 1 22.51 54.58 ＜0.000 1**X42 79.82 1 79.82 193.52 ＜0.000 1**模型 446.56 14 31.9 77.33 ＜0.000 1**残差 5.77 14 0.41失拟 2.72 10 0.27 0.36 0.914 8纯误差 3.05 4 0.76总和 452.33 28 67.44
2.3.2 响应面分析综上，2002—2015年，京津冀、长三角和珠三角城市群的人口数量、居民收入水平与产业结构三个因素的发展趋势与城镇居民生活用电量走势基本相同，可初步判断三者与城镇居民生活用电有密切联系;能源消费强度波动幅度不大，与城镇居民生活用电的关系暂时难以判断。因此，本文将在第三、第四部分实证分析各影响因素与城镇居民生活用电的相关关系。 从图5可以看出，曲面形状均近似椭圆形，说明交互作用较显著。如图5A所示，反应pH值和反应温度沿着弯曲表面上升的斜率陡峭，并且轴向轮廓致密，故反应pH值和反应温度存在显著的交互作用，且明显可以看出反应pH值对肽锌螯合能力的影响相比温度较大。从图5B可以看出，当反应pH值一定时，随着肽锌质量比的不断增大，肽锌螯合能力呈现先增强后逐渐减弱的趋势，当肽锌质量比一定时，反应pH值不断升高，肽锌螯合能力也呈现先增强后逐渐减弱的趋势。由图5C可知，反应温度和反应时间沿曲面上升的坡面较缓且轴向等高线密集程度较小，故反应温度和反应时间存在显著的交互作用，反应温度与反应时间的交互作用对肽锌螯合能力的影响也是呈现先增强后减弱的趋势。结合Design Expert试验设计软件分析得到佳螯合条件为肽锌质量比为6.19∶1、反应温度49.9 ℃、反应pH 6.3、反应时间82.7 min，此时得到的响应预测值即52.50 mg/g。http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/9cb567c8addc534d3903293d18419f4a.jpg&p=532x1328&q=30
http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/b2a67e8cba27fbe9e20cf8ff93e87ec9.jpg&p=590x706&q=30 图5 各因素交互作用对肽锌螯合能力影响的响应面图
Fig. 5 Response surface and contour plots showing the interactive effect of factors on chelating efficiency
2.3.3 验证实验对于我们所选取的SPP频率，金属电容率εⅡ的虚部εⅡim远小于实部εⅡre，故上述计算中忽略了εⅡim，所以上述结果是忽略了衰减的近似结果.然而，由于金属损耗造成的衰减对实际应用有影响，我们以一阶模为例对衰减长度做一个估算.在求解SPP场量时已经解出了金属层中的径向波矢kⅡ=ikⅡim，因此，当εⅡ为复数时，根据β2，可以求解出β′=(3 910 192.273+i1 282.726 540) cm-1.由此可知，SPP的传播长度约为8 μm，即当SPP传播约8 μm后，振幅衰减至这可以满足实际应用上的要求. 为后续的生产加工，将实际的应用调整为肽锌质量比6.20∶1、反应温度50 ℃、反应pH 6.3、反应时间83 min，实际得到的肽锌螯合能力的平均值为52.19 mg/g，与预测值相差0.59%，与响应面预测值较为吻合。故而，本实验所采用响应面法所得的绿豆多肽锌制备的优化工艺具有可靠性。2.4 绿豆多肽锌螯合物的结构表征2.4.1 紫外光谱分析三个月前，他们瞒着所有的人，写了一份分手协议，分配了财产。但他们彼此各退一步，商定等孩子三年后上了大学，再公布于众。按照协议规定，他们互不打探干涉对方的私生活，仍在一个屋檐下或者另租居所，不过，每月孩子回来的那天必须琴瑟和鸣夫唱妇随。 http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/8019254cf24ce8fe44a0dfcd3ae14f02.jpg&p=596x330&q=30 图6 绿豆多肽以及肽锌螯合物的紫外扫描图
Fig. 6 Ultraviolet absorption spectra of mung bean peptide and zinc-peptide chelate
从图6可以看出，肽与螯合物的紫外吸收光谱发生了明显的改变，说明锌离子与肽发生了相互作用，并且产生了一种不同于肽的新的化合物。可以看出，肽在209 nm波长处有最大吸收峰，这是肽键上的C＝O电子跃迁的结果，而螯合后的吸收峰移至205 nm波长处，是因为锌离子与N、O发生配位结合，使肽键上的C＝O电子跃迁受到了影响。此外，肽在276 nm波长处有较弱的吸收峰，螯合后移至273 nm波长处且强度明显增加，这是配体NüCüO电子发生跃迁的结果。螯合前后紫外光谱的变化说明了螯合物的生成。2.4.2 FTIR分析http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/c13c53c8977e7c6eb665faba7f5e52bf.jpg&p=614x646&q=30 图7 绿豆多肽（A）以及肽锌螯合物（B）的红外扫描图
Fig. 7 Infrared spectra of mung bean peptide (A) and zinc-peptide chelate (B)
由图7可以看出，螯合前后的红外光谱图发生了显著的变化，说明螯合反应的发生，并生成了新的物质，从而使氨基酸的振动频率发生改变，引起吸收峰的变化。绿豆多肽在3 385 cm-1处出现—NH和—OH伸缩振动频率重叠的宽吸收峰，而在螯合物的红外光谱中其波数增加至3 404 cm-1，且强度减弱，说明锌离子与—NH和—OH基团发生反应，导致电子云密度增大。绿豆多肽酰胺I带的波数为1 634、1 446 cm-1，在与锌离子发生螯合反应后，波数减少到1 585、1 413 cm-1，这代表了由羰基化合物引起的红外吸收，发生了羧酸根生物反对称伸缩振动和对称伸缩振动。此外，绿豆多肽在1 037 cm-1处的吸收峰，在与锌离子螯合后移至1 058 cm-1处，且强度增大。说明锌离子与NH2发生了结合。绿豆多肽红外光谱中—NHüC＝O上—NH的吸收峰在1 109 cm-1，与锌离子发生反应后消失不见，说明锌离子发生螯合的位置应该是—NHüC＝O上—NH基团。综上所述，与锌离子发生螯合的位置可能是—NHüC＝O上的—NH，—COOH上的—OH和末端—NH2，这与紫外光谱显示的结果一致。2.4.3 扫描电镜分析http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/0a685128d4cce3d36b8e3f1da5f714e2.jpg&p=596x208&q=30 图8 绿豆多肽（A）与钛锌螯合物（B）的扫描电镜图
Fig. 8 Scanning electron micrographs of mung bean peptide (A) and zinc-peptide chelate (B)
利用扫描电镜对肽粉末和肽锌螯合物粉末的微观表面结构进行观察，将其在电镜下放大500 倍。由图8A可以看出，肽表面呈多孔状结构，且较为疏松。从图8B可以看出，肽锌螯合物表面呈片状结构，且多为聚合状态。这是因为多肽与锌离子通过离子键、配位键结合从而生成了小颗粒聚集体。扫描电镜从物质微观表面结构再次证明了螯合物的形成。2.4.4 X-射线衍射分析http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/b1c7f933d029332ec08e4415634c30f5.jpg&p=588x312&q=30 图9 X-射线衍射图谱
Fig. 9 X-ray diffraction patterns of mung bean peptide and zinc-peptide chelate
由图9可看出，绿豆多肽与螯合物的的衍射图谱有很大差别。ZnSO4g7H2O具有明显的结晶衍射峰，而螯合物则没有明显的结晶衍射峰，如果绿豆多肽与锌离子仅仅是物理的混合，相互作用较弱，则螯合物会显示出结晶区。由此可以推测，锌离子在与绿豆多肽发生螯合反应时，晶体结构发生了变化，使结晶度显著下降。结晶结构发生变化的原因是绿豆多肽的末端氨基、羧基与锌离子发生了配位结合，从而导致了晶体结构发生改变。这与上述所测结构的结果一致。2.5 肽锌螯合物生物利用率分析http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/7997217ba02feec3588ce2ca9048cc43.jpg&p=614x352&q=30 图10 体外模拟消化中锌离子溶解率的比较
Fig. 10 Comparison of dissolution rates of zinc ions from zinc-peptide chelate and zinc sulfate during in vitro simulated gastrointestinal digestion
由图10、11可知，肽锌螯合物和ZnSO4g7H2O经胃消化后的溶解率分别98.85%、97.78%，二者差异显著（P＜0.05）；经肠道消化后的溶解率分别为54.61%、40.76%，二者差异极显著（P＜0.01）；透析率分别为44.24%、30.15%，差异极显著（P＜0.01）。说明螯合物的溶解率在胃肠中均有良好的溶解性，且都高于无机锌盐。虽然无机锌盐在胃中也有较好的溶解性，但进入肠道后其溶解性显著下降，这因为肠道是偏碱性的环境，无机锌离子会形成氢氧化锌沉淀，而肽锌螯合物因其有较稳定的配位键，在胃肠中仍可以较稳定的存在，所以溶解性相较于无机锌盐更好。透析率较无机盐高的原因是锌离子与小肽结合后以分子形式直接通过透析袋，而无机锌离子较多会生成沉淀，导致无法透过。体外消化实验表明肽锌螯合物相较于无机锌盐有较好的生物利用率。http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=ba5bc3a84dc004baa2c1abd2ff3e7c4f/ee4cc7b02468c7f77d6e42a84fe381ed.jpg&p=542x328&q=30 图11 体外模拟消化中锌离子透析率的比较
Fig. 11 Comparison of dialysis rates of zinc ions from zinc-peptide chelate and zinc sulfate during in vitro simulated gastrointestinal digestion
3 结 论本研究将水解后的绿豆多肽与锌离子进行螯合，以螯合能力为指标，考察反应温度、反应pH值、肽锌质量比、反应时间对螯合能力的影响。通过响应面结合实际应用得出最佳工艺条件为肽锌质量比6.20∶1、反应温度50 ℃、反应pH 6.3、反应时间83 min，实际得到的肽锌螯合能力为52.19 mg/g；对螯合绿豆多肽和肽锌螯合物的结构进行紫外光谱、FTIR、扫描电镜和X-射线衍射分析，结果表明锌离子与绿豆多肽的末端氨基、羧基以及酰胺键上的氮氢基团发生了配位反应，螯合后形成的新物质从微观表面及微观结构均有较大变化，说明螯合物与绿豆多肽分属不同物质；对螯合生成的新物质进行体外消化模拟实验，实验证明，肽锌螯合物在胃肠中的溶解率和透析率都优于无机锌盐，肽锌螯合物具有较好的生物利用率。本实验可为肽锌螯合物的生产以及后续的研究提供理论支持。参考文献： 纪花, 陈锦屏, 卢大新. 绿豆的营养价值及综合利用. 现代生物医学进展, 2006, 6(10): 143-144. DOI:10.3969/j.issn.1673-6273.2006.10.048. ZHANG Y, TAN C, ZHANG J, et al. A sensitive sandwich ELISA for the rapid detection of mung bean protein: development and evaluation of the effect of thermal processing on detection. Food Analytical Methods, 2014, 7(6): 1305-1311. DOI:10.1007/s12161-01309750-1. 曾志红, 王强, 林伟静, 等. 绿豆蛋白营养及功能特性分析. 中国粮油学报, 2012(6): 51-55. DOI:10.3969/j.issn.1003-0174.2012.06.011. DEY S K, CHAKARABARTI B, PRASANNA R, et al. 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Preparation, Structure and in Vitro Digestibility of Zinc-Chelating Mung Bean PeptideFU Tianxin1, ZHANG Shu1, SHENG Yanan1, FENG Yuchao1, WANG Changyuan1,2,*
(l. College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China;2. National Coarse Cereals Engineering Research Center, Daqing 163319, China)Abstract: In order to produce zinc supplements that can be easily digested and absorbed by the human body and to increase the added value of mung beans, zinc-chelating mung bean peptide was prepared in this experiment. Based on chelation efficiency, one-factor-at-a-time method and response surface methodology were jointly used to optimize the chelation process. Infrared spectroscopy, ultraviolet spectroscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction analysis were used to compare the changes in the peptide before and after chelation; and the bioavailability of zinc ions in the peptidezinc chelate was determined by in vitro simulated gastrointestinal digestion. The results showed that the optimal preparation conditions that provided maximum chelation efficiency of 52.19 mg/g were as follows: mass ratio of peptide to zinc 6.20:1,reaction temperature 50 ℃, reaction time 83 min, and pH 6.3. Spectroscopic analysis showed that the amino, carboxyl and amide groups of the peptide were involved in the reaction. Moreover, scanning electron microscopy and X-ray showed that the peptide and the chelate differed greatly in surface microstructure and crystallinity. In addition, in vitro simulated gastrointestinal digestion studies showed that the dialysis rate and solubility of zinc ions in the zinc-peptide chelate were significantly higher than those of inorganic zinc salts. To conclude, the new type of chelate has a great application potential due to the high bioavailability of zinc ions.Keywords: mung bean peptide; zinc; chelate; structural characterization; zinc utilization rate
收稿日期：2019-07-10基金项目：黑龙江省自然科学基金项目（LH2019C054）；黑龙江省农垦总局农业技术试验示范专项（HNK135-05-01）；黑龙江省博士后基金资助项目（LBH-Z15217）第一作者简介：富天昕（1994ü）（ORCID: 0000-0001-7259-458X），女，硕士研究生，研究方向为粮食、油脂及植物蛋白工程。E-mail: 2879624750@qq.com*通信作者简介：王长远（1976ü）（ORCID: 0000-0001-7692-286X），男，教授，博士，研究方向为粮食、油脂及植物蛋白工程。E-mail: byndwcy@163.comDOI:10.7506/spkx1002-6630-20190710-137中图分类号：Q518.1文献标志码：A文章编号：1002-6630（2020）04-0059-08引文格式：富天昕, 张舒, 盛亚男, 等. 绿豆多肽锌螯合物的制备及其结构与体外消化的分析. 食品科学, 2020, 41(4): 59-66.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190710-137. http://www.spkx.net.cnFU Tianxin, ZHANG Shu, SHENG Yanan, et al. Preparation, structure and in vitro digestibility of zinc-chelating mung bean peptide. Food Science, 2020, 41(4): 59-66. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190710-137.http://www.spkx.net.cn
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