小球藻(CHLORELLA)活性成分的研究進展

郝宗娣，劉洋洋，續(xù)曉光，劉 琴，劉平懷

（海南大學(xué)材料與化工學(xué)院，海南?？?70228）

小球藻(CHLORELLA)活性成分的研究進展

郝宗娣，劉洋洋，續(xù)曉光，劉 琴，劉平懷*

（海南大學(xué)材料與化工學(xué)院，海南?？?70228）

小球藻是一類常見的水生單細胞藻類，含有較多的活性成分，具有顯著的保健和藥理作用，是一種開發(fā)前景廣闊的保健食品來源。本文歸納了國內(nèi)外關(guān)于小球藻的應(yīng)用研究報道，對其活性成分進行綜述，并提出了在小球藻活性成分開發(fā)研究過程中應(yīng)注意的若干問題。

小球藻，藥物開發(fā)，培養(yǎng)，活性成分，保健作用

小球藻屬綠藻門（Chlorophyta）綠藻綱（Chlorophyceae）綠球藻目（Chlorococcales）卵囊藻科（0ocystaceae）小球藻屬（Chlorella），是一種普生性球形單細胞藻類，生態(tài)分布極廣，在淡水、海水中均有發(fā)現(xiàn)［1］。自1890年荷蘭生物學(xué)家Beijerinck首先在瓊脂平板上成功分離出小球藻以來，人類對它的研究已經(jīng)有一個多世紀的歷史。二戰(zhàn)期間因糧食匱乏，小球藻就被開發(fā)作為人類食物資源；上世紀50年代，日本、美國、前蘇聯(lián)等國家率先將小球藻開發(fā)為單細胞蛋白；80年代日本又以小球藻開發(fā)出了保健、美容系列產(chǎn)品［2］。小球藻因其易于人工培養(yǎng)，營養(yǎng)價值高，應(yīng)用潛力大，已成為食品、醫(yī)藥保健等行業(yè)的研究熱點。目前，進行小球藻工業(yè)化大規(guī)模培養(yǎng)的國家為數(shù)不多，主要產(chǎn)地集中在日本、美國、以色列以及中國臺灣等國家和地區(qū)，小球藻在國際市場上依舊供不應(yīng)求。我國自上世紀60年代開始對小球藻進行應(yīng)用研究，雖取得一定的成就，但因工業(yè)化技術(shù)匱乏導(dǎo)致小球藻活性成分產(chǎn)業(yè)化開發(fā)阻力重重。作者針對小球藻活性成分及其保健、藥用價值進行綜述，并提出了在小球藻活性成分開發(fā)研究過程中應(yīng)注意的幾個問題。

1 概述

小球藻細胞內(nèi)光合作用色素豐富，因此具有較強的光合作用生產(chǎn)能力，其細胞內(nèi)含有豐富的多糖、蛋白質(zhì)、色素、維生素、礦物質(zhì)等（表1～表3），且均為有益于人體健康的活性成分，與此對應(yīng)的是一系列的保健功能與藥理作用，如抗癌、抗輻射、增強免疫、抗氧化、抗血栓［3］等。除此之外，小球藻中還富含以二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）為代表的ω-3高度不飽和脂肪酸（PUFA）以及最為重要的小球藻生長因子（CGF）［4］。作為理想的保健食品和預(yù)防或輔助藥物，小球藻已被FAO列為21世紀人類的健康食品［5］。

表1 小球藻多不飽和脂肪酸的含量（1000g干藻粉）［2］

2 活性成分的研究進展

小球藻的活性成分主要有多糖、蛋白質(zhì)、色素、多不飽和脂肪酸、維生素、小球藻生長因子（CGF）等，其生物學(xué)功能和保健作用極高，可作為良好的營養(yǎng)補充劑、天然的營養(yǎng)保健食品。

2.1 小球藻多糖

目前對小球藻的成分較多的是多糖，自養(yǎng)的小球藻的多糖含量為10%～25%，其純品外觀為白色、無味、較細的晶體，類似于葡萄糖［6］，易溶于水，熱水加速其溶解；不溶于甲醇、乙醇、氯仿等有機溶劑中。多糖水溶液呈透明，pH中性，易潮解。

小球藻多糖屬于植物多糖，具有調(diào)節(jié)機體免疫［7］、抗腫瘤、抗病毒和抗輻射等多種生物學(xué)活性，其中以抗腫瘤作用最為引人注目。

Jianchun Sheng［8］等自Chlorella pyrenoidosa中提取出兩種多糖——CPPSⅠa和CPPSⅡa，二者均由不同比例的鼠李糖、甘露糖、葡萄糖以及半乳糖等單糖組成，其中 CPPSⅠa中以半乳糖含量最高（約為46.5%），CPPSⅡa中以鼠李糖含量最高（約為37.8%），二種多糖均針對人肺腺癌A594細胞顯示出較為卓著的抗腫瘤活性。

表2 小球藻的基本成分（1000g干藻粉）［2］

表3 小球藻維生素與色素的含量（1000g干藻粉）［2］

Erick Reyes Suárez［9］等自 C.pyrenoidosa中熱水浸提出一種阿拉伯半乳糖聚糖，其重復(fù)單元為：→2）-α-阿拉伯糖-（1→3）-［α-Ⅰ阿拉伯糖-（1→4）］-β-d-半乳糖-（1→，并證實它是一種很好的免疫調(diào)節(jié)劑，對于小鼠巨噬細胞系RAW264.7的免疫功能具有較為顯著的調(diào)節(jié)作用。

J.A.Kralovec等［10］發(fā)現(xiàn)，C.pyrenoidosa的一種多糖提取物可以刺激小鼠B細胞的增殖并激發(fā)巨噬細胞產(chǎn)生細胞因子。

此外，小球藻多糖還能減輕銅離子等重金屬對機體的毒害以及清除各種自由基，從而保護機體［11-12］。

2.2 蛋白質(zhì)

自養(yǎng)的小球藻體內(nèi)蛋白質(zhì)的含量高達55%～65%，是豐富的單細胞蛋白來源［13］，作為高蛋白食品，小球藻能夠迅速補充營養(yǎng)，恢復(fù)體能。

已有研究表明小球藻蛋白質(zhì)具有一定的生物學(xué)活性。Humberto J.Morris等［14］發(fā)現(xiàn)，自 Chlorella vulgaris分離出一種蛋白質(zhì)的水解物具有激發(fā)T細胞依賴的抗體反應(yīng)和促進遲發(fā)性過敏反應(yīng)后的恢復(fù)，從而增強免疫作用。海水小球藻的蛋白質(zhì)提取物具有一定的體外抑菌效果，并且其抗真菌活性明顯大于抗細菌活性［15］。值得關(guān)注的是，小球藻蛋白質(zhì)往往同其胞內(nèi)多糖復(fù)合成為糖蛋白，從而體現(xiàn)出顯著的抗氧化、抗腫瘤功效。

Piorreck M［16］研究了小球藻培養(yǎng)基成分與藻體細胞中成分含量之間的關(guān)系，通過控制培養(yǎng)基成分從而獲得了高蛋白小球藻。Ramazanov A［17］篩選出低淀粉含量的小球藻突變種，從而獲得了富含蛋白質(zhì)的小球藻優(yōu)良品系。

2.3 色素

植物色素是天然的優(yōu)良色素，在食品添加劑方面應(yīng)用較為廣泛。小球藻作為自養(yǎng)生物，其細胞內(nèi)總色素含量相當可觀，約為4%～6%［18］。研究表明，葉綠素具有造血、解除肝腎臟和血液中的毒素、促進肌膚新陳代謝、防止皮膚干燥和膚色暗淡、通便、防治牙齒松動和排除體內(nèi)重金屬毒素的作用。

小球藻在異養(yǎng)過程中，藻體通常會出現(xiàn)黃化現(xiàn)象，原因在于細胞內(nèi)葉黃素（lutein）含量的增加。葉黃素能夠延緩慢性疾病的發(fā)生、激發(fā)免疫反應(yīng)，因此，采用小球藻異養(yǎng)培養(yǎng)方式生產(chǎn)葉黃素，開發(fā)保健產(chǎn)品的研究日益增加［19-22］。此外，葉黃素還可以防止白內(nèi)障和因衰老而造成的視力減退、黃斑變性等眼部疾病，并對早期動脈粥狀硬化等心血管疾病具有相當顯著的防治作用［23］。

β-胡蘿卜素是一種高活性抗氧化劑，能防止機體老化和衰老引起的多種退化性疾病。臨床上也用于抗癌、預(yù)防心血管疾病、白內(nèi)障等。β-胡蘿卜素在機體內(nèi)通過新陳代謝生成維生素A，是維生素A的間接來源，對保護視力、防止夜盲癥具有重要意義。

2.4 多不飽和脂肪酸

微藻油脂與魚油相比，具有脂肪酸組成穩(wěn)定、高度不飽和脂肪酸含量高、沒有魚腥味等優(yōu)點，尤以小球藻突出。小球藻含有的多不飽和脂肪酸十分豐富［24］，以二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）為代表的ω-3高度不飽和脂肪酸（PUFA）具有降脂、降壓、降血糖功能，預(yù)防和改善動脈粥狀硬化、防治高血壓等重要的藥理活性。其中DHA具有促進腦細胞生長、改善大腦機能、預(yù)防老年癡呆癥、促進中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育［25］等功能，被譽為“腦黃金”。因此在嬰兒配方奶粉中添加有一定量的DHA和EPA，可以促進嬰幼兒的大腦發(fā)育，并能改善早產(chǎn)兒的神經(jīng)發(fā)育。劉艷等［27］發(fā)現(xiàn)，一種新型的DHA復(fù)合物（AT-158）對于荷瘤小鼠移植瘤及體外培養(yǎng)腫瘤細胞均有較為顯著的抑制作用。因此，基于DHA與EPA等多不飽和脂肪酸的顯著保健作用，在小球藻的開發(fā)利用過程中，多不飽和脂肪酸的開發(fā)和利用將占有重要的地位。

2.5 小球藻生長因子

1986年，Confidence醫(yī)藥研究所在小球藻中成功提煉出一種生長因子，并將其命名為小球藻生長因子。小球藻生長因子（CGF）亦稱為小球藻精，是細胞活性物質(zhì)的一種，可以促進小球藻細胞增殖，刺激細胞生長。在人體中，小球藻生長因子具有激活淋巴細胞、增強機體免疫能力、促進傷口愈合的作用，還能預(yù)防胃潰瘍、高血壓和心血管等疾病。韓世群［26-27］等發(fā)現(xiàn)，CGF具有增強小鼠免疫調(diào)節(jié)的生理活性，對造血功能受損的小鼠有恢復(fù)作用，并增強小鼠單核巨噬細胞的吞噬功能。

3 開發(fā)小球藻活性成分應(yīng)注意的問題

在資源需求加劇的今天，充分利用我國的海洋資源、光照資源等高活性小球藻品系的篩選及規(guī)?；囵B(yǎng)技術(shù)的研究迫在眉睫，尤其是在氣候和海洋資源較為優(yōu)越的海南島，應(yīng)充分利用這些條件與已經(jīng)具備的先進生物技術(shù)手段，開發(fā)出更多的產(chǎn)品，使小球藻在醫(yī)藥、保健、食品、能源等各個領(lǐng)域得到充分的應(yīng)用。作者結(jié)合自己的部分研究工作，認為小球藻活性成分的開發(fā)研究有以下3個需要注意的地方：

3.1 優(yōu)化小球藻的培養(yǎng)條件

小球藻屬于自養(yǎng)的單細胞生物，其自養(yǎng)生長狀況受到多種條件的影響，如氣候條件、CO2的補加量、攪拌、培養(yǎng)基等。不同的培養(yǎng)方法也會對小球藻的成分產(chǎn)生較為顯著的影響，如異養(yǎng)培養(yǎng)時，對其進行缺氮處理，獲得的小球藻將會使蛋白質(zhì)含量較低而油脂含量較高［28］，葉黃素含量也會大大提高［19，29］。

因此，今后應(yīng)該進一步探索小球藻成分及其含量同培養(yǎng)基組分之間的關(guān)系，針對性選擇適合的培養(yǎng)基進行培養(yǎng)，并合理利用植物激素、添加劑等［30］物質(zhì)刺激細胞的生長、分裂，以能在獲得較大生物量的同時最大限度地提高目標活性成分的含量，同時也可以提高資源利用率。

3.2 開發(fā)更適宜小球藻生長的生物反應(yīng)器

目前，小球藻產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)主要采用傳統(tǒng)的開放式戶外大池培養(yǎng)方式。該方式的培養(yǎng)過程生物量普遍較低，且具有生長周期長、易污染等缺點。光生物反應(yīng)器培養(yǎng)是進行小球藻光合自養(yǎng)的經(jīng)典途徑［31］。James C.M.［32］等利用管道式光生物反應(yīng)器對小球藻進行連續(xù)培養(yǎng)，在獲得較好收益的同時，藻體內(nèi)PUFA含量增加。

小球藻異養(yǎng)培養(yǎng)過程中，人工控制避光培養(yǎng)能夠使其在生物反應(yīng)器內(nèi)獲得較高的生物量［33］，生長周期明顯短于自養(yǎng)周期，但細胞內(nèi)蛋白質(zhì)等的含量會下降［34］，營養(yǎng)價值及藻體品質(zhì)不夠高。此外，還有異養(yǎng)-光自養(yǎng)串聯(lián)的生物反應(yīng)器培養(yǎng)方式［3］，也能夠獲得較高的生物量和品質(zhì)較高的藻體。

生物反應(yīng)器具有易控制、效率高、周期短、不易污染等優(yōu)點，因此采用生物反應(yīng)器培養(yǎng)小球藻是更為理想的生產(chǎn)方式。目前生物反應(yīng)器培養(yǎng)小球藻的方式仍然不夠普遍，其原因在于成本高、規(guī)模小。因此開發(fā)易推廣、容量高、結(jié)構(gòu)簡單的生物反應(yīng)器在小球藻規(guī)?；a(chǎn)過程中尤為重要。

3.3 深度發(fā)掘小球藻的活性作用

小球藻因其顯著的保健作用和藥用價值［35］而被FAO列為21世紀人類的健康食品。但是，目前對小球藻的活性成分的研究及大范圍的活性篩選工作報道甚少。因此，在今后的研究工作中應(yīng)結(jié)合天然藥物化學(xué)和高通量藥物篩選技術(shù)深度發(fā)掘小球藻的活性作用，并將其開發(fā)成適宜的保健或醫(yī)藥產(chǎn)品，這極有可能為醫(yī)學(xué)上難以攻克的心血管疾病、癌癥、艾滋病等提供研究思路。

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Research progress in active components of Chlorella

HAO Zong-di，LIU Yang-yang，XU Xiao-guang，LIU Qin，LIU Ping-huai*
（College of Materials and Chemical Engineering，Hainan University，Haikou 570228，China）

Chlorella，containing many active components that possess marvelous health-care and pharmacological action，is one of usual aquatic organisms on the earth.ln this paper，research about active components of Chlorella was reviewed.With it were some problems deserving our attention in the future research and development of active components in Chlorella.

Chlorella；drug discovery；culture；active components；health-care functions

TS254.1

A

1002-0306（2010）12-0369-04

2009-11-04 *通訊聯(lián)系人

郝宗娣（1989-），女，碩士研究生，研究方向：海洋生化工程。

海南省重點科技計劃項目（06202）。