羧甲基灵芝多糖与锌和铁(III)的复合物：螯合机制、结构特征及体外生物活性

时间：2026年5月29日

来源：Food Bioscience

编辑推荐：

张璐宇|张晓亮|齐新宇|陈小龙|赵瑞|庄红吉林大学食品科学与工程学院，长春，吉林，130062摘要本研究系统地探讨了羧甲基化灵芝多糖（CGLP）与Zn2+和Fe3+形成的复合物的配位机制、结构演变及功能特性。通过响应面方法优化并合成了CGLP-Zn和CGLP-Fe(III)复合物

张璐宇|张晓亮|齐新宇|陈小龙|赵瑞|庄红

吉林大学食品科学与工程学院，长春，吉林，130062

摘要

本研究系统地探讨了羧甲基化灵芝多糖（CGLP）与Zn²⁺和Fe³⁺形成的复合物的配位机制、结构演变及功能特性。通过响应面方法优化并合成了CGLP-Zn和CGLP-Fe(III)复合物。光谱和显微分析揭示了不同的配位模式：Zn²⁺主要与羧基和羟基配位，而Fe³⁺还形成了类似β-FeOOH的铁核结构。这些结构差异直接影响了复合物的理化性质。两种复合物的热稳定性均显著提高，并且在体外消化行为上也表现出差异。具体而言，CGLP-Zn表现出持续的肠道释放特性，而CGLP-Fe(III)则表现出快速释放行为。更重要的是，金属配位协同增强了多糖的生物活性。两种复合物的抗氧化能力和α-淀粉酶抑制活性均优于未修饰的多糖，其中CGLP-Zn在所有评估系统中的表现最为突出。本研究展示了通过金属配位对多糖结构和功能的靶向调控，并为开发多功能矿物-多糖补充剂提供了新方法。

引言

灵芝多糖（GLP）是一类重要的天然生物活性大分子，因其显著的抗氧化和抗菌活性而在功能性食品研究中受到广泛关注（Sivakanthan等人，2020年）。然而，像大多数天然多糖一样，其实际应用受到多种固有限制的制约，包括水溶性差、结构异质性和生物利用度低（Bisht等人，2025年；Zhang等人，2023年）。这些限制不仅限制了它们在体内的吸收和运输，也阻碍了结构-活性关系的准确阐明，从而限制了其功能的发展。

化学修饰已被广泛认为是克服这些理化限制的有效策略。在现有的方法中，羧甲基化因其温和的反应条件和高修饰效率而受到特别关注（Wei等人，2024年）。将羧甲基（–CH2–COOH）引入多糖主链显著提高了水溶性和结构稳定性（Abdel Aziz & Salama，2022年）。重要的是，这些阴离子官能团增强了多糖对多价金属离子的亲和力，使其能够在生理条件下形成稳定的配位复合物（Wu等人，2026年）。因此，羧甲基化多糖已成为功能性递送系统的有希望的候选者，并在调节壳聚糖和果胶等生物聚合物的性质方面显示出广泛的应用潜力（Chakka & Zhou，2020年）。

近年来，多糖-金属复合物因其在生物材料中的增强生物利用度和多功能协同效应而成为重要的研究焦点（Hu等人，2024年；Mahdi等人，2025年）。尽管许多多糖具有金属螯合能力，但金属价态对配位行为及其产生的生物功能的影响仍知之甚少。为了解决这个问题，选择了锌（Zn²⁺）和铁（Fe³⁺作为模型金属离子。从生理学角度来看，这两种元素都是参与细胞代谢、免疫调节和氧气运输的重要微量元素，它们的缺乏继续成为全球主要的健康问题（Camaschella，2019年；Razzaque & Wimalawansa，2025年）。从配位化学的角度来看，Zn²⁺通常形成结合强度适中的复合物，有利于控制矿物质的释放，而Fe³⁺由于其较高的电荷密度，倾向于形成更强、更复杂的配位网络（Li等人，2026年；Zhang等人，2024年）。这些不同的配位特性使它们成为研究价态依赖的结构和功能差异的理想模型。

传统的无机矿物质补充剂往往具有较差的肠道溶解性、胃肠道刺激性和低生物利用度，限制了其有效性（Pantopoulos，2024年；Qiao等人，2021年；Thompson & Kim，2021年）。因此，开发高效、安全且生物相容的矿物质递送系统具有重要的营养和临床意义。

在本研究中，系统优化的羧甲基化灵芝多糖（CGLP）被用作平台，以研究其与Zn²⁺和Fe³⁺的特异性螯合行为。使用多光谱技术阐明了价态依赖的配位机制，并系统评估了所得复合物的抗氧化和α-淀粉酶抑制活性体外。本研究进一步探讨了多糖-金属复合物在矿物质递送和碳水化合物消化调节中的潜在应用，为开发新型多功能膳食补充剂提供了理论基础。

章节片段

材料与试剂

灵芝多糖（由中国秦河健康产业有限公司提供）是从灵芝真菌的子实体中提取的，纯度为85%。α-淀粉酶（≥5单位/毫克固体）购自Merck KGaA（德国达姆施塔特）。胃蛋白酶（>3000 U/毫克）、胰蛋白酶（生物技术级）、阿卡波糖、溴化钾、氯乙酸、DPPH、DNS及其他分析试剂均购自Aladdin生化科技有限公司（中国上海）。