江蘺活性多糖與藻膽蛋白的研究現(xiàn)狀與展望

劉名求，楊賢慶 ，戚 勃，鄧建朝，宋 瑩

(1.中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所，國家水產(chǎn)品加工技術研發(fā)中心，農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品加工重點實驗室，廣東廣州510300;2.上海海洋大學食品學院，上海201306)

江蘺(Gracilaria)是一種大型底棲海藻，系紅藻門、真紅藻綱、杉藻目、江蘺科、江籬屬，在全世界江蘺約100多種，中國的種類有龍須菜、江蘺、芋根江蘺、脆江蘺、鳳尾菜和扁江蘺等10多種［1］。江蘺原產(chǎn)于我國山東省沿海和日本沖繩島一帶海域，近年來在廣東、福建、浙江等省沿海養(yǎng)殖成功并大量養(yǎng)殖，已成為當?shù)氐闹饕?jīng)濟藻類，具有很高的經(jīng)濟價值和生態(tài)作用。然而，江蘺一開始僅被當作鮑魚飼料，造成資源和營養(yǎng)的極大浪費，但是隨著科技的發(fā)展和對其研究的逐漸加深，人們慢慢認識到它富含海藻多糖、維生素、蛋白質(zhì)以及磷、鈣、碘、鐵、鋅、鎂等多種礦物質(zhì)以及多種人體必需的微量元素和活性物質(zhì)，因此具有非常重要的保健功能和營養(yǎng)價值［2］。在我國江蘺俗稱“龍須菜”、“海菜”、“鹿角菜”等，是重要的大型經(jīng)濟類海藻。江蘺的用途十分廣泛，是提取瓊膠的主要原料及鮑魚養(yǎng)殖的主要飼料。近年來，江蘺的應用研究發(fā)展迅速，江蘺已由原來的只用于提取瓊脂和作為鮑魚飼料發(fā)展到對富營養(yǎng)化海水養(yǎng)殖區(qū)生物修復、開發(fā)成即食風味食品、直接食用其藻體等，這是江蘺開發(fā)利用的一次新突破［3］。本文通過對江蘺主要活性物質(zhì)多糖和藻膽蛋白的研究進展進行綜述，希望人們?nèi)嬲J識和了解江蘺，以促進對江蘺的進一步研究、綜合開發(fā)和利用。

1 江蘺中主要的活性物質(zhì)

江蘺含有豐富的活性物質(zhì)，如藻膽蛋白、高度不飽和脂肪酸和瓊膠多糖等功能活性成分，尤其是藻膽蛋白和多糖，使得江蘺具有多種重要的生理功能，可廣泛應用于食品、醫(yī)藥和化妝品等領域。綜合現(xiàn)如今國內(nèi)外對江蘺研究加工經(jīng)驗的加深，在耗時短、低成本的前提下獲得高產(chǎn)率的活性物質(zhì)已經(jīng)逐步成為研究的主要方向。

1.1 多糖

江蘺富含大量膠質(zhì)，是提取瓊膠的主要原料［4-6］，并且江蘺所含多糖主要為瓊膠。瓊膠是從某些紅藻類海藻中提取的一種天然多糖，具有由(1-3)-β-D-半乳糖和(1-4)-3、6-內(nèi)醚-α-L-半乳糖等構(gòu)成的鏈狀聚合物結(jié)構(gòu)。鄧志峰等人［7］用熱水提取江蘺瓊膠型多糖，通過DEAE-SephadexA50色譜柱使用熱水和不同濃度的NaCl溶液依次進行洗脫分級，得到濃度分別為0.5mol/L和1.0mol/L NaCl洗脫級分，并且對各級分做化學分析及IR和13C-NMR光譜分析，結(jié)果得出:江蘺多糖由瓊二糖、瓊膠糖前體和6-OCH3-瓊二糖組成。

瓊膠、卡拉膠和褐藻膠是世界上應用最廣泛的三大海藻膠。瓊膠具有良好的增稠、穩(wěn)定和凝膠性能，可用作穩(wěn)定劑、凝固劑、保鮮劑、微生物載體和生物培養(yǎng)基，廣泛應用于食品、輕化工和醫(yī)藥等領域中。由于瓊膠屬于海洋天然多糖物質(zhì)，含有多種人體必需的多糖、礦物質(zhì)元素和膳食纖維，具有排毒養(yǎng)顏和降血糖等保健功能，因而可作為開發(fā)保健食品的理想原料。此外，瓊膠可被制成瓊膠糖，它可作為免疫擴散很好的介質(zhì)，在生物化學、微生物學、臨床診斷和免疫學的分析和研究上具有重要的應用價值［8］。

1.2 藻膽蛋白

江蘺藻體除了含有豐富的瓊膠多糖外，同時還富含藻膽蛋白(主要是藻紅蛋白)［9］，因此具有良好的研究利用價值。藻膽蛋白是藍藻、紅藻、隱藻和某些甲藻中的輔光色素蛋白，由色素基團藻膽素和載體蛋白共價結(jié)合而成，可分為藻紅蛋白、藻藍蛋白、藻紅藍蛋白和別藻藍蛋白四種［3］。每個分子的藻膽蛋白含有兩條多肽鏈α和β，少數(shù)還含有γ亞單位，它們的分子量約為17～18ku，每一條多肽鏈含一或多個發(fā)色團，這些發(fā)色團通過共價鍵連結(jié)［10］。

近幾年科學研究發(fā)現(xiàn)，藻膽蛋白不僅具有良好的捕光特性，而且還具有很好的熒光特性、營養(yǎng)保健功能和藥用價值，因而它的綜合開發(fā)和利用意義重大。藻膽蛋白用途極為廣泛，可作為天然色素應用于食品、化妝品等工業(yè)，又可制成熒光試劑，用于免疫化學和臨床醫(yī)學診斷等領域中。同時，藻膽蛋白還具有抗氧化、抗腫瘤以及提高機體免疫力等重要生理功能，是保健品及藥品等的重要資源［11］。

2 江蘺多糖和藻膽蛋白研究進展

隨著科學技術的發(fā)展，國內(nèi)外研究者逐漸加深對江蘺以及其多糖和藻膽蛋白的研究，在這兩種活性物質(zhì)的提取和純化工藝上不斷精益求精，以實現(xiàn)江蘺藻重要的社會價值和經(jīng)濟效益。

然而在進行提取和純化步驟之前，首先要對原材料進行處理:將洗凈干燥的江蘺藻體粉碎成粉狀和進行細胞破碎，使多糖和藻膽蛋白從藻體細胞里以溶解的狀態(tài)釋放出來，同時保持其活性。另外，多糖和藻膽蛋白的得率取決于細胞破碎程度，細胞破碎程度越高，兩種物質(zhì)得率就越高。針對于不同材料，不同目的與不同條件，其細胞破碎的方法也不同?，F(xiàn)今用于海藻多糖和藻膽蛋白提取純化過程中細胞破碎的方法主要有反復凍融法、化學試劑處理法、溶脹法、超聲波法和組織搗碎法等，但是在實際操作中，單獨的依靠某一種細胞破碎方法，無法實現(xiàn)最佳效果，因而通常會幾種方法混合使用，以最大程度的破碎藻體細胞，使多糖和藻膽蛋白溶出。余九九［12］等也研究了單純運用超聲波從螺旋藻中提取藻紅蛋白，但效果并不理想。而李邵蓉［13］等就先用凍融法，再用超聲波法從Rhodosorus marinus中提取藻紅蛋白，效果較佳。細胞破碎完后，多糖和藻膽蛋白便會隨細胞內(nèi)容物一起溶出，接下來對其進行提取和純化就顯得十分重要了。

2.1 多糖研究進展

2.1.1 多糖提取純化工藝 研究發(fā)現(xiàn)海藻多糖的提取方法通常有水提法、酸提法、堿處理法、酶法、微波法和超聲波法［14］。楊華［15］在對臺灣種龍須菜多糖的提取工藝進行研究時，比較了超聲波技術提取和熱水提取兩種工藝，實驗發(fā)現(xiàn)超聲波提取率高達29.75%，明顯高于熱水提取19.6%，故得出超聲波提取優(yōu)于熱水提取。同時他還通過正交試驗確定了超聲波提取的最佳工藝參數(shù)為超聲波功率為160W、超聲波時間為6min、水料比為 60∶1。王唐洪等［16］開展實驗探究了高純度江蘺多糖的分離純化方法，并通過蛋白酶酶解、醇沉、真空干燥和CATA溶液沉淀等步驟制得江蘺精多糖。實驗結(jié)果表明，高純度江蘺多糖分離純化的最佳條件為:蛋白酶酶解4h，pH7.0最適，酶解溫度50℃，同時熱水提取4h再通過75%乙醇醇沉，獲得的粗多糖經(jīng)2.0%的CATA溶液沉淀除雜，減壓干燥即可獲得江蘺精多糖。在這樣的工藝條件下，江蘺精多糖得率可達9.3%，純度高達86.3%。

另外，無論是水提、酸提還是堿處理法制得的多糖往往都會含有少數(shù)蛋白質(zhì)，為了去除這些殘余蛋白質(zhì)，提高多糖純度，研究者也進行了研究與實驗。徐敏、裴文武等［17］用水提醇沉法提取江蘺粗多糖，然后為了去除所制江蘺多糖里的蛋白質(zhì)，他們分別采用Sevage法、凍融-Sevage聯(lián)合法和TCA法3種方法進行除蛋白，通過比較得出結(jié)論:TCA法最佳，它不僅操作簡便，蛋白質(zhì)清除率高，而且造成的多糖損失較小。

2.1.2 多糖的生物活性 據(jù)報道海藻多糖具有免疫調(diào)節(jié)活性、降血脂、抗氧化、抗凝血、抗病毒、抗腫瘤、抗菌、抗炎等多種生理活性及藥用功能［17-18］。因而，人們越來越重視和關注海藻類多糖的研究和利用，并且逐漸認識到江蘺藻具有抗腫瘤、抗病毒、抗氧化和抗突變等生物活性作用。

2.1.2.1 抗腫瘤 鄧志峰等［7］在研究以龍須菜和扁江蘺為材料提取的多糖組成及其抗腫瘤(S180)效果試驗時得到結(jié)論表明:提取到的龍須菜粗多糖和扁江蘺粗多糖的初篩抑瘤率分別為45%和60%。陳美珍等［19］以S180荷瘤小鼠為模型，研究龍須菜熱水提取的多糖對S180肉瘤生長的影響，通過測定S180荷瘤小鼠血液紅細胞中超氧化物歧化酶(SOD)活性和肝勻漿中脂質(zhì)過氧化物(LPO)含量評價PGL對小鼠抗氧化能力的作用，以實現(xiàn)探討龍須菜多糖(PGL)的抗腫瘤作用及其對荷瘤小鼠抗氧化能力的大小。實驗結(jié)果顯示:龍須菜多糖能夠很好的抑制小鼠S180肉瘤的生長，其抑瘤效率與灌胃劑量有一定關系，且當劑量為150mg/kg時抑瘤率可達63.56%，并且它可以明顯降低荷瘤小鼠體內(nèi)脂質(zhì)過氧化物的含量。因此可得出結(jié)論:PLG能夠提高荷瘤小鼠的抗氧化能力，進一步可推斷出龍須菜多糖抗氧化能力很可能是實現(xiàn)其抗腫瘤活性的某種機制之一。

2.1.2.2 抗病毒 Sutapa Mazumder等［20］通過結(jié)合紅外光譜對冷水提取的江蘺多糖進行化學分析發(fā)現(xiàn)這種提取的多糖主要由一種高分子量的硫酸化半乳糖體構(gòu)成，同時其生物鑒定顯示這種高分子量的硫酸化半乳糖體對1型和2型病毒表現(xiàn)出選擇性的抗病毒活性，這很可能是由于其抑制了初始病毒接觸宿主細胞所實現(xiàn)的。陳美珍等［21］利用MTT法研究不同硫酸基含量的龍須菜精多糖(RPGL)、純多糖、脫硫多糖和硫酸化多糖抗流感病毒H1-364的作用，探討龍須菜多糖硫酸基含量對其抗病毒活性的影響。結(jié)果表明，不同龍須菜多糖均具有抗H1-364作用，其中 RPGL的作用最強，對 H1-364抑制率高達88.82%;龍須菜多糖抗H1-364病毒的能力在一定范圍內(nèi)隨硫酸基含量的增加而增大，當硫酸基含量在13%附近時，其抗病毒的能力最強，而硫酸根含量過高或過低對H1-364病毒的抑制作用均有所下降。

2.1.2.3 抗氧化 楊華等［22］采用微波輔助的方法提取龍須菜多糖，并對其提取條件進行響應面優(yōu)化以及研究了其抗氧化活性。結(jié)果顯示微波輔助提取的最佳工藝條件為:功率495W，提取時間17min，液料比100∶1，在此條件下提取率達33.11%，提取到的龍須菜多糖能有效清除DPPH自由基，表明其有抗氧化活性作用。Bartolomeu WS Souza等［23］研究了熱水提取江蘺硫酸多糖的化學特性及抗氧化活性，通過測定DPPH自由基清除能力來評價江蘺硫酸多糖的抗氧化作用，結(jié)果表明這些多糖能減緩自由基的形成。

2.1.2.4 抗突變 陳美珍［24］等采用熱水提取、乙醇沉淀、三氯乙酸除蛋白等制備龍須菜粗多糖，觀察小鼠經(jīng)口服粗多糖對環(huán)磷酰胺(CP)誘發(fā)的骨髓嗜多染紅細胞微核和精子畸變的抑制作用。結(jié)果顯示粗多糖在4g/kg劑量時，對CP誘發(fā)的微核抑制率達89.8%，并能顯著地抑制精子畸變(p＜0.05)，表明龍須菜粗多糖有顯著的抗突變能力并且存在著量效關系。

江蘺多糖具有多種生物活性，并且其生物活性與分子量、硫酸基含量以及單糖組成密切相關。楊文鴿［25］采用維生素C和過氧化氫體系誘導產(chǎn)生的自由基降解龍須菜多糖，并對龍須菜多糖及其降解產(chǎn)物的抗氧化活性進行了研究分析。結(jié)果顯示，在清除超氧陰離子自由基、DPPH自由基和還原Fe3+方面，龍須菜多糖的抗氧化活性隨著分子量的降低而增強;而在清除羥基自由基方面，其抗氧化活性隨著分子量的降低而減弱。

2.2 藻膽蛋白研究進展

2.2.1 藻膽蛋白提取純化工藝 江蘺藻體經(jīng)前處理、細胞粉碎等操作后所得的藻膽蛋白粗提液中往往還會含有較高含量的雜蛋白，故還需要進一步純化。藻膽蛋白純度的高低一般用Aλmax/A280來表示，其應用與這個比值密切相關，根據(jù)比值大小可將藻膽蛋白分為三個等級:食品級＞0.7，藥品級＞3.0，試劑級＞4.0［26］。因此，國內(nèi)外許多研究者著力加強與改善藻膽蛋白的提取純化工藝，以期獲得相應純度的藻膽蛋白，實現(xiàn)其綜合開發(fā)和利用的價值。

縱觀近些年研究，藻膽蛋白分離純化技術不僅由傳統(tǒng)的多步硫酸銨鹽沉淀結(jié)合一系列的層析柱組合純化藻膽蛋白發(fā)展到一步層析(凝膠層析法、吸附層析法和離子交換層析法)，簡化了層析步驟，而且還出現(xiàn)了利凡諾法和雙水相萃取法等新的分離純化技術。研究發(fā)現(xiàn)，幾種純化技術混合使用，會大大提高藻膽蛋白純化效率。Ganapathi Patil等［26］探索了一種簡單高效的方法來純化C-藻青蛋白即雙水相萃取法和離子交換層析法，C-藻青蛋白粗提取物純度為1.18，經(jīng)過雙水相萃取后純度為5.22，然而當經(jīng)過離子交換層析后純度由5.22上升至6.69。另外，王勇［27］等經(jīng)過反復探索研究建立了SephadexG-200、DEAE-SephadexA-25、輕基磷灰石柱、SephadexG-200的分離純化程序，得到了高純度的藻藍蛋白，純度值(A615/A280)高達14。這些都是將分離純化技術混合使用的典型例證。

2.2.2 藻膽蛋白生物活性

2.2.2.1 抗腫瘤和抗突變作用 藻膽蛋白是一種重要的光動力藥物的原料，具有光敏作用，可用于腫瘤治療。它對腫瘤細胞具有強于正常細胞的親和力，當它富集在病灶部位后，便吸收光高效產(chǎn)生自由基和活潑態(tài)氧，從而殺傷腫瘤細胞，且它只有光毒性而沒有暗毒性，故能在人體內(nèi)代謝快［28-29］。張永雨等［30］采用骨髓微核試驗研究了龍須菜藻紅蛋白粗提物對小鼠抗突變作用，并初步探討了藻紅蛋白對荷S180肉瘤小鼠的抑瘤效果。實驗結(jié)果表明，藻紅蛋白粗提物可使環(huán)磷酰胺誘發(fā)的小鼠骨髓嗜多染紅細胞(PCE)微核率明顯降低，具有顯著的抗突變作用，且呈現(xiàn)一定的劑量效應關系，其對小鼠S180實體瘤的抑瘤率為44%。

2.2.2.2 抗氧化和提高機體免疫力 國內(nèi)許多研究者主要是通過硫酸銨沉淀來提取龍須菜藻膽蛋白的。陳美珍等［31］采用硫酸銨沉淀的方法提取龍須菜藻膽蛋白粗提物，并通過測定小鼠腹腔巨噬細胞的吞噬能力及小鼠脾、胸腺指數(shù)和血紅細胞SOD活性及血清過氧化脂質(zhì)(LPO)含量，來探討龍須菜藻膽蛋白粗提物對小鼠免疫功能和抗氧化能力的影響。實驗結(jié)果顯示:藻膽蛋白粗提物能夠有效增強小鼠腹腔巨噬細胞的吞噬能力且能顯著提高血紅細胞SOD的活性，降低LPO含量。因此可以看出龍須菜藻膽蛋白粗提物能夠提高小鼠免疫能力和抗氧化作用。

3 展望

作為一種重要的大型經(jīng)濟類海藻，江蘺藻含膠達20%～30%，含粗蛋白達19.14%，它不僅是提取瓊膠和藻膽蛋白的重要原料之一，而且還可以作為人類的綠色保健食品和鮑魚的良好飼料。另外，瓊膠和藻膽蛋白都具有抗氧化、抗腫瘤和抗突變等生物活性，使得江蘺藻具有重要的經(jīng)濟效益和社會價值。隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展和歐美、日本等國對海藻保健品的重視，而江蘺藻又易于培養(yǎng)繁殖，因此目前對它的大規(guī)模養(yǎng)殖已經(jīng)開展開來。另外，江蘺藻還是提取藻膽蛋白的原料，因而具有重要的經(jīng)濟價值。

盡管國內(nèi)外對于江蘺藻多糖及藻膽蛋白的研究已有眾多文獻報道，并且其提取純化工藝也比較成熟，但是仍然存在著一些不足:目前的提取純化工藝還不能達到低成本、高得率和擴大化生產(chǎn)的要求，并且無法同時提取藻體里兩種活性物質(zhì)，以實現(xiàn)資源利用的最大化，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。然而，多糖結(jié)構(gòu)、構(gòu)效關系和作用機理還有待進一步研究，對于藻膽蛋白其表達與季節(jié)、氣候等外界因素的關系也同樣需要探究。另外，江蘺藻具有增強機體免疫功能、抗突變、抗腫瘤、抗氧化等活性作用，值得科研工作者們進一步深入研究其活性成分的藥效、藥理和毒理，從而開發(fā)出新的海洋藥物。同時，江蘺藻營養(yǎng)價值很高，藻體所含多種營養(yǎng)物質(zhì)可以加工成保健品和相關產(chǎn)品，如即食食品、食品添加劑等。綜上所述，江蘺活性成分的進一步深加工研究具有重要意義，其綜合開發(fā)具有廣闊前景。

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