综述：食物源肽-矿物质复合物：一种增强矿物质生物利用度和协同生物活性的有效自然策略

《Journal of Functional Foods》：Food-derived peptide-mineral complexes: An effective natural strategy for enhancing mineral bioavailability and synergistic biological activities

　　

食物源肽-矿物质复合物（FPMCs）近年来因其对人类健康的积极益处而被广泛研究，包括促进矿物质吸收、抗氧化、抗炎、抗癌、抗骨质疏松及其他生物活性。FPMCs利用食物源肽（FPs）作为矿物质螯合剂，可通过官能团与钙、铁、锌等矿物质离子形成稳定的配位结构。此外，FPMCs通过协同整合FPs和矿物质离子的结构和功能优势，有效增强矿物质的生物利用度，并表现出优于其单一组分的生物活性。本文针对FPMCs，包括其制备、螯合机制、影响因素、生物活性及修饰策略，以及生物信息学在矿物质螯合肽筛选和机制分析中的应用。最后，对FPMCs的研究提出了进一步思考，这将有助于研究人员开展更全面的研究，以促进FPMCs的有效和安全使用。

1. 引言
矿物质元素作为约三分之一蛋白质和酶的辅助因子，在正常细胞生理功能中发挥关键的结构和调节作用，在人体生理过程中不可或缺。钙（Ca）、锌（Zn）、铁（Fe）、镁（Mg）和硒（Se）等矿物质在生物系统中的必需功能已得到公认。缺乏这些矿物质可能导致重要器官和功能失调，引发严重疾病。现有矿物质补充剂分为三类：无机矿物盐、有机矿物盐和氨基酸/肽螯合矿物质。无机矿物盐价格低廉，但吸收和生物利用度受多种因素影响，易与消化环境中的植酸、草酸、膳食纤维等结合形成不溶性复合物，导致吸收效率低。有机矿物盐如乳酸钙、葡萄糖酸锌、柠檬酸铁等是较温和的替代品，但矿物质含量低，过量补充可能对肝肾功能造成额外负担。氨基酸螯合剂具有较高吸收率，但使用高纯度氨基酸成本高且可能导致食品脂质氧化和变色。因此，需要有效方法保证膳食中矿物质的充足摄入。
食物源肽（FPs）是通过蛋白质水解获得的小分子量片段（通常含2–20个氨基酸残基），具有易消化吸收、低抗原性等优点，并具有抗氧化、抗炎、免疫调节等多种生物活性。近期研究证实FPs可作为矿物质螯合剂，通过配位键与矿物质形成稳定复合物。FPs的独特分子结构和氨基酸组成赋予其对矿物质元素的高亲和力。食物源肽-矿物质复合物（FPMCs）作为新型矿物质补充剂近年来受到广泛关注。FPMCs能有效防止无机矿物质在消化过程中沉淀，通过肽链的保护作用促进肠道矿物质吸收和转运。此外，FPMCs表现出优于单一肽或矿物质的增强生物活性，包括抗氧化能力、抗炎特性、抗菌活性和免疫调节特性。本文旨在全面综述FPMCs的制备方法、螯合机制、构效关系、修饰策略及其生物活性，为FPMCs在营养、保健和食品中的应用提供更全面的理论支持。

2. 高结合能力FPs的制备
生物活性FPs通常隐藏在蛋白质初级结构中，通过酶解可在体内外表现出多种生物活性。FPs可从动物、植物和微生物等多种蛋白质来源获得。为获得高纯度FPs，需结合多种分离纯化策略，包括超滤、亲和层析、凝胶过滤层析、离子交换层析和反相液相色谱。此外，生物信息学工具在生物活性FPs筛选中展现出巨大潜力。

2.1 具有矿物质结合能力的FPs的制备
酶解因其高效率和特异性成为现代肽制备中最广泛使用的方法，可催化底物蛋白分解为小分子肽。目前已筛选出多种蛋白酶用于制备高矿物质结合能力的FPs。不同蛋白酶具有不同的催化特性和切割位点，导致酶解后暴露的氨基酸不同，从而产生不同的矿物质螯合能力。研究表明，双酶或多酶水解制备的FPs比单酶水解具有更好的矿物质螯合能力。例如，风味蛋白酶和中性蛋白酶联用显著提高了肽的钙结合能力。多酶协同效应可能产生更多样化的肽结构并暴露更多矿物质螯合位点，从而增强螯合能力。然而，多酶水解的协同效应大多基于肽分子量分布或氨基酸组成的推测，尚未在肽水平直接证实。此外，不同酶解条件对水解产物的生物活性有显著影响。
由于蛋白质水解产物成分复杂，通常包含具有不同理化性质的肽，因此需要多步纯化策略。超滤常用于蛋白质水解产物的初步纯化，通过特定截留分子量的半透膜有效保留目标分子量肽。该技术将蛋白质水解产物分离成不同分子量组分，低分子量组分通常具有更好的矿物质结合活性。固定化金属亲和层析（IMAC）基于生物分子与固定化金属离子的配位作用，由于其高结合亲和力、选择性、灵敏度和回收率，常用于分离具有高金属结合能力的FPs。菜籽粕蛋白水解产物经膜过滤和IMAC分离获得强铁结合肽，所得肽组分主要由2–20个氨基酸的小肽组成，其结合效率显著高于柠檬酸钠，与EDTA相当。由于超滤和IMAC组分仍是肽混合物，需要进一步纯化。常用的分离纯化策略包括羟基磷灰石色谱（HAC）、凝胶过滤色谱（GFC）、离子交换色谱（IEC）、反相高效液相色谱（RP-HPLC）或其组合。这些技术通过基于理化性质差异在固定相和流动相之间选择性分配多组分，实现有效分离。例如，从鹿茸骨水解产物中分离纯化出三种新型钙螯合肽，其中TKLGTQLQL和KMVFLMDLLK的钙螯合率分别高达87.68±2.86%和80.72±0.93%。这些方法可组合或与其他方法互补以提高纯化效率。纯化后的生物活性肽组分经质谱测定氨基酸序列，然后合成目标肽并验证其生物活性。

2.2 生物信息学在矿物质结合肽筛选中的应用
近年来，随着生物信息学和数据库的发展，计算机辅助方法（包括NCBI、BIOPEP、分子对接、分子动力学（MD）模拟和机器学习（ML））在预测和筛选具有特定功能活性的肽方面引起了越来越多的关注。这些方法能够预测肽的理化性质、模拟肽-蛋白质相互作用、预测肽与矿物质之间的螯合位点、估算结合能并阐明潜在机制。生物信息学工具可与传统制备方法结合优化FPs的制备过程。蛋白质的初级序列可从NCBI等蛋白质数据库获得。虚拟酶解工具如PeptideCutter可通过整合已知酶切位点和目标氨基酸序列模拟蛋白水解，从而获得大量肽。随后对所得肽进行功能活性分析，并通过实际酶解验证虚拟酶解结果的准确性。虚拟筛选引导的酶解在肽制备中具有高效率、低成本等优点，但仍面临水解条件考虑不足和数据库限制等挑战。
计算机模拟分析已广泛用于高通量筛选潜在生物活性肽序列。通过结合实验和计算机模拟方法，从牡蛎水解产物中鉴定出12种锌结合肽候选物，这些肽表现出良好的溶解性和稳定性，且经ToxinPred、Innovagen和ProtParam预测无毒性。分子对接能够预测配体-受体相互作用，计算得到的结合能是评估相互作用亲和力的关键定量参数。通常，更低的对接结合能表明更强的亲和力。利用AutoDock工具筛选出高钙结合活性的小麦肽，四种候选肽的钙螯合率在49.3%至53.5%之间。在某些情况下，分子对接预测的结合亲和力排序可能与实验测量活性数据不一致。例如，酪蛋白肽与Zn²⁺的分子对接显示YPVEPF结合能最低，但实验验证中EAMAPKHKEMPFPK活性最高。因此，尽管计算机模拟工具具有高效、低成本等优势，但仍存在数据库限制、空间构象和微环境影响等问题。对于分子对接，传统评分函数主要针对有机药物样分子参数化，可能不适用于模拟肽与矿物质的特异性配位化学。矿物质离子的强极化、高配位灵活性和多齿配位倾向通常难以被标准力场捕获。此外，肽链的固有柔性会显著增加构象采样的难度和不确定性。因此，必须谨慎对待结合能预测，并通过实际实验测量验证。
MD模拟是一种基于经典或量子理论的计算策略，可从多个角度全面分析FPs与矿物质离子之间的相互作用。MD还能通过计算结合自由能定量评估结合强度，并基于模拟结果筛选目标FPs。例如，通过MD从银鲤鳞片胶原水解产物中筛选出两种潜在高铁结合肽DTSGGYDEY和LQGSNEIEIR，等温滴定量热（ITC）测量显示它们分别以1:2和1:1的化学计量比与Fe²⁺形成复合物。MD在优化肽结构、捕获动态过程和研究螯合微观过程方面具有一系列优势，比分子对接提供更多动态信息。然而，MD的准确性高度依赖于力场参数，通常难以准确捕获极化效应和矿物质离子的复杂配位化学。
ML在筛选和设计具有抗氧化、抗炎和抗菌活性的目标肽方面也展现出巨大潜力。它通过整合肽数据库与机器学习算法，为研究人员提供了一种高通量、高效的替代方法来检索、筛选和比较各种肽的结构和功能。例如，提出了一种几何感知蛋白结合位点预测器（GPSite），成功应用于预测肽序列中的金属结合基序，在识别铜和锌配位位点方面准确率超过85%。ML能够快速筛选现有潜在结合肽，并支持基于模型导出的构效关系进行合理设计和修饰。通过调整氨基酸序列和优化肽的理化性质，可以设计出具有更高矿物质结合活性、改善稳定性和增强生物利用度的新型肽。然而，当前模型的部署仍面临诸多挑战，其准确性和可靠性高度依赖于训练数据的数量、质量和多样性。目前，关于FPs与矿物质离子螯合活性和机制的实验数据相对有限且分散。此外，螯合是一个涉及肽构象变化、溶剂效应和金属离子配位几何的复杂动态过程，当前模型难以准确捕获和模拟肽与金属离子在溶剂中的关键动态行为。在机器学习研究中，研究人员必须警惕常见陷阱，包括重复使用相同测试集进行模型选择导致的顺序过拟合、忽略时间序列或分组数据中的样本依赖性、统计推断中未进行多重比较校正，以及过度依赖公共基准数据集导致的泛化能力高估。更重要的是，ML的可靠性不仅取决于算法复杂性，更根本地取决于研究人员在数据管理、实验设计、评估策略和结果解释中所遵循的严谨性和系统性方法。因此，建议遵循以下原则：优先考虑训练数据质量而非盲目追求模型复杂性；始终在独立于训练源的实验数据集上进行外部验证；将预测不确定性纳入候选肽的优先级排序，优先选择模型置信度高且在集成学习方法中投票一致的预测；将ML定位为高通量预筛选工具，以缩小候选范围用于实验验证，而非替代湿实验。
总体而言，食物蛋白酶解后的水解产物是高度复杂的混合物，限制了FPs的特定功能。高纯度肽可提供明确且丰富的结合位点，从而与矿物质离子形成稳定的配位复合物，实现高螯合率。相反，盐、游离氨基酸和色素等杂质会与矿物质离子竞争形成弱配位复合物或改变溶液pH和离子强度，干扰目标肽与矿物质离子的有效接触和定向配位，导致螯合效率显著下降。传统酶解和分离方法与生物信息学技术的整合为高效制备和筛选具有目标功能的FPs提供了范式转变。生物信息学工具的持续完善和肽数据库的扩展将显著提高目标肽的制备效率和生物活性。

3. FPMCs的制备
螯合反应中的几个变量显著影响螯合过程效率。通常，螯合反应通过将特定浓度的矿物质盐溶液添加到肽溶液中，然后在特定pH、温度和时间条件下孵育进行。反应完成后，加入100%乙醇沉淀所需螯合物并去除未与肽结合的游离金属离子，离心收集沉淀得到螯合物。

3.1 肽与矿物质比例
具有矿物质结合活性的肽可以是多种蛋白酶制备的蛋白水解产物、超滤或纯化后的肽，或合成肽。不同研究中FPs与金属的比例差异很大。大多数情况下，酶解产生的蛋白水解产物的平均结合亲和力低于特定合成肽。此外，由于氨基酸组成、结合键强度和矿物质离子性质等变量，螯合反应中肽与矿物质离子的比例分布较宽。因此，对于通常具有较宽分子量范围的酶解蛋白水解产物，肽含量通常超过矿物质含量以确保足够的螯合位点。此时，肽与矿物质的比例通常以质量/质量比计算。另一方面，当与已知分子量的特定合成肽或化合物完成络合反应时，肽与矿物质比例可按摩尔（mol/L）计算。由于肽配体的高结合亲和力，其量通常低于或等于矿物质元素的量。

3.2 pH值
pH值是影响肽与矿物质螯合反应最关键的因素之一。为获得更好的螯合效率，pH值通常控制在5.0至9.0之间，这有助于调节电子转移以增强矿物质与肽的结合。在特定pH范围内，牛骨肽与钙的螯合效率随pH值升高逐渐增加，随后随pH继续升高而降低。在低pH溶液环境中，高浓度H⁺可能与矿物质离子竞争电子供体基团。相反，在高pH值下，OH^-可能与肽竞争矿物质离子，导致形成氢氧化物沉淀。

3.3 温度
温度通过改变分子构象、化学键相互作用和配位反应的动态平衡来影响肽与矿物质的螯合反应。肽-矿物质螯合效率受热力学和动力学共同调控。例如，鳕鱼骨来源肽DYGGEY与Ca²⁺的结合常数约为1.120×10³ M^-1，结合是自发的、放热的，主要由离子相互作用驱动。适当温度有助于提高分子运动速率、分子扩散和碰撞频率，从而缩短达到平衡所需时间。从动力学角度，肽与矿物质的结合涉及活性位点结合和肽链重排，因此螯合反应需要温和温度。

3.4 其他因素
除上述关键影响因素外，离子强度也可能影响肽配体的构象。离子强度可改变溶液的静电环境，调节肽链上带电残基之间的静电排斥，诱导肽配体空间构象变化，导致参与矿物质螯合的关键氨基酸的空间可及性发生显著变化。反应中高浓度的抗衡离子（如Cl^-或SO₄^2-）可能竞争性结合肽分子上的活性位点，或屏蔽氨基酸残基与矿物质离子之间的静电相互作用，导致结合效率降低。此外，矿物质来源对FPMCs的性质也有显著影响。例如，硫酸锌制备的复合物锌螯合率高于乳酸锌制备的复合物。

4. FPMCs的螯合机制
FPs与矿物质离子之间的螯合机制涉及离子与肽链内特定活性位点之间形成配位键，同时伴随离子键、氢键和疏水相互作用。这些相互作用促进矿物质离子通过多种螯合模式整合到肽的生物稳定结构中。理解肽与矿物质离子螯合的机制对于阐明其结合能力和生物活性至关重要。

4.1 FPs与矿物质离子的配位
FPMCs形成和稳定涉及的化学相互作用主要包括静电相互作用、疏水相互作用、氢键、环堆积和D-π相互作用。研究表明，肽与矿物质的主要吸引力始于肽链上带负电氨基酸残基与矿物质离子之间的静电相互作用，而疏水相互作用和芳香氨基酸的环堆积可促进螯合结构的稳定性。羧基（-COOH）、氨基（-NH₂）和羟基（-OH）等官能团可提供孤对电子与矿物质离子结合形成配位键。例如，Glu-Tyr-Gly-Ca的潜在螯合机制是Ca²⁺位于核心，被离子键（羧基）和配位键（羰基、氨基和羧基）包围。鲱鱼卵磷酸肽通过疏水相互作用、氢键和静电相互作用与钙离子形成复合物。此外，芳香氨基酸可参与环堆积和D-π相互作用，促进大麦蛋白肽-矿物质复合物的稳定性。氢键和范德华力显著影响FPMCs的稳定性。海参卵来源七肽（NDEELNK）可能首先通过肽链内带负电的羧基与钙离子形成相互作用，随后通过分子间氢键和范德华力实现结构稳定。X射线衍射（XRD）分析为肽-金属复合物的形成提供了晶体结构水平的证据。羊骨蛋白肽-Ca复合物的XRD分析表明，与Ca²⁺结合后散射强度急剧增加，这是由于链关联和连接区形成。肽与Ca²⁺的结合在其空间结构内引入了新的相互作用力，导致明显形态变化，肽聚集状态从无定形逐渐转变为结晶态，结晶度增强。

4.2 FPs与矿物质离子的螯合模式
FPs与矿物质离子的螯合模式由活性位点与矿物质离子之间的配位相互作用决定，导致显著的结构多样性和功能特异性。螯合模式包括单齿配位、双齿配位和桥连模式。例如，大米蛋白肽AHVGMSGEEPE可通过单齿模式与钙离子螯合形成稳定结构。红鳍东方鲀骨肽（DPIDPPWPPGKPT等）的研究表明，锌离子可通过双齿配位与肽形成稳定配位复合物。当两个矿物质离子与羧基上的两个氧原子结合时，形成桥连模式。α模式涉及一个矿物质离子与羧基上的两个氧原子结合。此外，FPMCs的稳定构象通常是多种结合模式协同作用的结果。例如，GLPGPSGEEGKR与Fe²⁺的相互作用显示Fe²⁺可与Glu9残基羧基中的单个氧原子形成单齿模式，并与Glu8和Glu9残基羧基中的两个氧原子形成双齿模式。六肽GETGPA可通过多种配位模式（包括单齿、双齿和多齿配位）与钙结合。肽与金属离子的配位行为通常伴随肽空间结构的变化，不同配位模式对肽的空间结构和稳定性有重要影响。单齿配位涉及金属离子与肽链上一个供体原子形成配位键，这种相互作用相对较弱，主要提供“锚点”限制肽链灵活性，诱导和稳定α-螺旋和β-转角等二级结构，并为后续多齿螯合创造有利的预组织结构。金属离子可通过双齿配位形成稳定螯合结构，导致肽链向有序结构转变。例如，钙离子通过双齿结合模式与EEDLER中Glu-2的羧基结合，诱导形成α-螺旋构象并减少无规卷曲含量。当金属离子与三个或更多供体原子配位时，可形成稳定螯合环系统，显著限制肽链的构象自由度。含组氨酸残基的肽段可通过其咪唑侧链与金属离子形成多齿配位，从而稳定α-螺旋或β-折叠结构。桥连配位模式常见于金属诱导的肽自组装系统中。在金属-肽纳米材料中，金属离子可作为“分子桥”连接不同肽链，促进超分子结构形成。肽与金属离子的配位行为及其相应结构特征为开发基于肽的金属螯合剂和功能生物材料提供了重要的构效关系基础。

4.3 计算建模在结合机制分析中的应用
近年来，计算建模已成为阐明肽与矿物质结合机制的关键手段。通过利用分子对接、MD模拟和量子化学计算等技术，可揭示肽与矿物质关键活性位点之间的相互作用模式、结合构象和动态结合过程，为FPMCs的定向设计提供坚实的理论基础。分子对接能够在原子水平上可视化FPs与矿物质离子之间的配位机制。目前可用的分子对接工具包括AutoDock、GOLD、Glide和MOE等。这些工具的主要步骤包括：构建配体或受体的分子模型、优化结构，以及使用基于物理、经验或知识的函数对姿态进行评分和排序。分子对接工具可快速评估配体-受体结合亲和力，获得候选分子优先级列表用于后续合成。评分函数通常平衡范德华互补性、静电、去溶剂化以及在某些情况下的氢键和金属配位的贡献。为减轻功能特异性偏差，常采用共识或重新评分策略。在实践中，分子对接应与实验验证直接耦合，例如使用¹H NMR和ITC技术。例如，利用CDOCKER工具研究牛骨胶原三肽Glu-Tyr-Gly与钙的潜在结合机制，结果显示钙离子通过离子键与羧基氧原子、羰基氧原子和氨基氮原子配位，这与¹H NMR和FTIR光谱结果一致。利用AutoDock精确计算牡蛎来源合成肽（ILAPPER）与锌离子的结合机制，结果显示锌离子可有效对接进入ILAPPER活性口袋，结合能为-0.9 kcal/mol，锌离子通过C端Arg-7羧基的羰基氧以及Pro-4和Pro-5附近肽键的氧原子与ILAPPER结合，并通过二维核磁共振（2D NMR）光谱验证。
MD可用于研究螯合过程中的动态变化以及FPs与矿物质离子之间的相互作用机制。MD的核心工作流程通常包括五个关键步骤：确定肽和配体构象、选择合适的力场、准备模拟系统、进行构象采样和结果分析。通过MD模拟揭示了肽KILDDTDNQ主要通过双齿、三齿或多齿配位与钙离子配位，钙结合位点包括Gln、Asp和Thr的氧原子。此外，密度泛函理论（DFT）被视为在电子水平上阐明螯合机制的方法，可与MD结合形成多尺度研究策略。例如，结合实验方法与MD和DFT研究鳕鱼骨肽GETGPA与Ca²⁺的结合机制，结果显示Glu和Ala羧基的氧原子参与肽与Ca²⁺的结合，量子化学计算结果表明GETGPA-Ca复合物中的配位导致电子密度从肽显著转移到Ca²⁺，有助于提高螯合物的热力学稳定性。多策略协作克服了单一方法在模拟宏观动态过程方面的局限性，同时弥补了描述电子效应方面的不足。

5. FPs性质对结合能力的影响
FPs的结合能力与其理化性质密切相关，这些性质决定了肽与矿物质离子之间的相互作用模式，从而影响其在食品强化、矿物质补充和生物利用度增强中的应用效果。影响FPs矿物质螯合亲和力和速率的主要因素包括分子量、氨基酸组成、氨基酸位置和空间构象。

5.1 分子量
肽的分子量被认为是影响其矿物质螯合能力的关键因素。在大多数情况下，低分子量肽通常有更多残基位点或官能团暴露用于与矿物质结合，因此表现出高矿物质结合活性。此外，分子量低于3000 Da的肽通常被认为具有优异的矿物质亲和力、吸收效率和功能活性。例如，水母胶原水解产物中分子量<1 kDa的肽组分在四种不同分子量组分中表现出最高的钙螯合率（73.73±0.67%）。为获得高锌螯合能力的肽，大豆蛋白水解产物经超滤分离，<3 kDa的组分表现出最高的锌螯合率（85.93±5.13%），进一步通过GFC和Nano UPLC-MS/MS筛选出六种具有良好锌螯合活性的肽，分子量在900至1300 Da之间。其他研究也报道了低分子量与肽矿物质结合能力之间的类似关系。然而，分子量与肽螯合能力之间的关系并非绝对。一些研究表明高分子量FPs也表现出优异的结合活性。例如，从酪蛋白水解产物中分离出的低分子量肽YPVEPF、EMPFPK和EAMAPKHKEMPFPK，其中分子量最高的EAMAPKHKEMPFPK表现出最高的锌结合能力。肽长度对金属结合活性的影响复杂且受多种因素制约，包括空间可及性和多齿配位。较短肽倾向于表现出更高的矿物质结合活性，这可能归因于其更大的构象灵活性和配位基团周围减少的空间位阻。相反，较长肽可与矿物质离子形成多齿配位，形成更稳定的复合结构，从而表现出强结合活性。因此，除分子量外，FPs的氨基酸组成、肽序列和空间构象对其矿物质螯合活性也至关重要。

5.2 氨基酸组成
FPs中氨基酸的组成是其生物活性、矿物质结合能力和整体功能的物质基础。肽中的官能团包括氨基、羧基、半胱氨酸巯基、组氨酸咪唑基、羰基和胍基等可能参与复合物形成。酸性氨基酸与更好的矿物质螯合能力呈正相关，因为其侧链羧基可作为核心结合位点。Asp和Glu的钙结合能力显著高于其他氨基酸，可通过羧基与Ca²⁺形成强静电相互作用和双齿配位。此外，碱性氨基酸的活性位点，如Arg的胍基、His的咪唑基和Lys的ε-氨基也参与连接。Ser及其磷酸化羟基也在铁结合中发挥重要作用。矿物质离子与肽配体之间的结合机制因矿物质离子的电子构型、配位数和供体原子偏好而异。FPs与矿物质离子的反应遵循硬软酸碱（HSAB）理论的Lewis酸碱反应。该理论将配体（Lewis碱）和矿物质（Lewis酸）分为硬和软，并指出软酸与软碱或硬酸与硬碱之间形成的复合物具有更好的稳定性。金属离子固有的硬软酸碱性质差异决定了它们与肽配体的选择性配位，最终导致不同的肽结合活性。硬Lewis酸（Ca²⁺）优先与氧供体配体配位，包括Asp和Glu侧链的羧基氧以及肽主链的羰基氧。相反，软Lewis酸（Zn²⁺和Fe²⁺）倾向于含氮或含硫配体，对His和Cys的氮或硫供体表现出更强的结合倾向。此外，Pro等氨基酸可通过促进肽折叠和形成包裹矿物质离子于核心的环结构间接参与肽-矿物质配位。

5.3 氨基酸位置和空间构象
氨基酸在序列中的排列顺序影响肽的螯合能力。通过位置突变策略研究了关键氨基酸在六肽中对钙螯合活性的贡献。结果表明，位于N端中心附近的Asp、末端附近的Glu，或连续Asp或Glu，可显著增强肽与Ca²⁺的结合率、概率和强度。此外，Lys在肽链上的位置也是影响肽生物活性的重要因素。然而，大多数上述研究结果为相关发现，未来需要更多研究探索其普遍性。此外，肽的空间构象影响活性基团与矿物质离子的配位可及性。通过设计主要由Asp和Glu组成的十六种四肽研究空间构象对钙-肽结合的影响，发现Glu和Asp组合提供的空间位阻抑制了钙结合。在某些特定情况下，肽链可通过非共价分子间相互作用（如氢键、静电吸引和疏水相互作用）形成自组装聚集体。这种聚集行为可能导致暴露的金属结合基团被封装在聚集体的核心中，通过立体屏蔽效应显著降低结合位点的溶剂可及性。此外，它诱导肽链构象变化，从伸展状态折叠为紧凑状态，改变关键配位原子的空间取向，从而破坏与矿物质离子形成稳定配位键所需的最优几何构型。肽的空间构象是决定其金属螯合活性的关键因素之一，不同空间构象可能增强或减弱肽与矿物质离子的配位能力。

6. FPMCs的生物活性
近年来，利用FPMCs促进矿物质吸收和发挥生物活性方面取得了显著进展。通过利用金属离子与肽之间的配位相互作用，不仅增强了FPMCs的稳定性，还可能赋予新的活性机制，展现出单一组分无法实现的协同治疗潜力。基于对不同矿物质离子理化特性的理解，FPMCs的设计高度合理化和功能导向化。众多研究人员研究了不同矿物质离子与肽的螯合，不同设计策略的FPMCs表现出明确的功能分化。

6.1 促进矿物质吸收
FPMCs的生物利用度反映了矿物质被人体吸收和利用以实现正常生理功能的效率。作为功能性食品成分，FPMCs必须口服并穿越复杂的胃肠（GI）环境才能被吸收。在此过程中，FPMCs的稳定性受到多种因素制约，包括胃酸环境、肠道pH梯度、消化酶降解和竞争性结合物质。近期研究开始通过一系列体外和体内实验模型（包括体外人体消化模型、体外肠上皮模型、离体大鼠肠囊吸收模型和小鼠动物试验）研究FPMCs的稳定性和吸收。
体外人体GI消化模拟是复杂的酶促反应，样品在人工胃液和肠液中于37°C孵育指定时间，用于评估食物源成分的消化稳定性。对于FPMCs，这些模拟可用于评估FPs和FPMCs在消化过程中的消化稳定性以及矿物质离子在FPMCs中的保留情况。FPMCs在GI道中的结构稳定性是决定其结构和功能完整性以引导矿物质离子到达肠道区域并维持其生物利用度的最重要因素。研究表明，大多数肽-锌螯合物（TEDELQDKIHP-Zn）在胃和肠消化中可保持稳定，保留率分别为78.54±0.14%和70.18±0.17%。锌的螯合可能诱导肽折叠形成更有序结构，从而提高肽的体外消化稳定性。另一研究中，蛋黄磷酸肽-亚铁螯合物在模拟GI消化后的保留率分别为74.85%和79.22%。通常，FPs和FPMCs在消化过程中易被胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶等胃肠驻留酶降解。研究显示，在GI消化结束时，QEELISK和QEELISK-Ca的保留率分别达到48.42±1.07%和54.19±0.69%，RP-HPLC分析表明它们部分降解。此外，矿物质离子已被证明在胃酸环境中易从FPMCs解离并以游离形式存在，可能导致在消化道碱性环境中转化为矿物质盐沉淀。在模拟GI消化期间保持良好溶解性有助于矿物质离子以可溶形式进入小肠，从而促进其在十二指肠和近端空肠的吸收。β-酪蛋白肽-锌螯合物在肠道消化期间表现出显著高于ZnSO₄的锌溶解度，表明其具有更好的GI消化耐受性和增强体内吸收利用的潜力。此外，植酸和草酸等抑制剂可与矿物质形成不溶性复合物，抑制其在GI道中的吸收。研究证实，FPMCs可防止矿物质离子与这些抑制剂结合，提高其溶解性和生物利用度。
Caco-2细胞模型广泛用于测定功能性成分在体外肠道模拟中的吸收和转运能力。例如，米糠肽-钙螯合物在0.1 mg/mL浓度下可增加钙