微藻的有效成分及生物活性

微藻的有效成分及生物活性

查榮博,張輝*,孫佳明*

(長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥與生物工程研發(fā)中心，長(zhǎng)春 130117)

摘要：目的歸納總結(jié)目前文獻(xiàn)報(bào)道的微藻的有效成分及生物活性研究概況，為進(jìn)一步研究微藻做一些基礎(chǔ)研究。方法關(guān)于微藻的有效成分和生物活性研究的報(bào)道有很多，但主要集中于幾種常見微藻，通過查閱搜集已發(fā)表的各類文獻(xiàn)中對(duì)于微藻有效成分及生物活性研究的內(nèi)容，總結(jié)出微藻的有效成分及生物活性。結(jié)果微藻具有很強(qiáng)的光合作用能力，其細(xì)胞內(nèi)含有豐富的多糖、蛋白質(zhì)、色素、多不飽和脂肪酸、萜類化合物、維生素及礦物質(zhì)等，且均為有利于人體健康的生物活性物質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，是天然的營(yíng)養(yǎng)保健食品。結(jié)論微藻具有抗癌、抗病毒、抗氧化、機(jī)體免疫活性調(diào)節(jié)、抗輻射及抗凝血等多種活性作用。

關(guān)鍵詞：微藻；多糖；蛋白質(zhì)；色素；脂類

DOI:10.13463/j.cnki.jlzyy.2015.01.019

中圖分類號(hào)：R284文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1003-5699(2015)01-0064-04

基金項(xiàng)目:吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究“雙十”培育項(xiàng)目(吉教科合字[2014]第71號(hào))；吉林省衛(wèi)生廳科研課題(2012Z044)。

作者簡(jiǎn)介:查榮博(1988-)，男，碩士研究生，主要從事中藥學(xué)方向研究。

收稿日期:(責(zé)任編輯：張瑞彬2014-06-13)

*通信作者:張輝，電話-(0431)86172080，電子信箱-zhanghui_8080@163.com

孫佳明，電話-(0431)86172280，電子信箱-sun_jiaming2000@163.com

The effective constituents and biological activities of microalgae

ZHA Rongbo,ZHANG Hui*,SUN Jiaming*

(Development Center of Traditional Chinese Medicine and Bioengineering,Changchun University of Chinese Medicine,

Changchun 130117,China)

Abstract：ObjectiveTo summarize the research progress of the effective constituents and biological activities of microalgae in recent literatures and do some basic research for further study on microalgae.MethodsThere are a lot of researches on the effective constituents and biological activities of microalgae.However,they mainly focused on several common microalgae.The effective constituents and biological activity of microalgae were summarized by collecting relevant published articles.ResultsMicroalgae has strong photosynthetic ability.The cells contain abundant polysaccharide,protein,pigment,polyunsaturated fatty acids,terpenes,vitamins and minerals.These bioactive substances are good to human health with high nutritional value.They are natural nutritional health food products.ConclusionMicroalgae has many biological activities such as anti-cancer,anti-virus,anti-oxidation,the activity of the immune regulation,anti-radiation and anti- clotting.

Keywords:Microalgae;polysaccharide;protein;pigment;lipid

微藻，是一類單細(xì)胞光合藻類生物的總稱。大多數(shù)藻類生活在水中，它們結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，個(gè)體微小，只有在顯微鏡下才能觀察到。微藻是生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，由于其物種種類繁多、種群數(shù)量龐大、生長(zhǎng)繁殖迅速的基本特點(diǎn)，在解決人類的糧食、健康、環(huán)境和能源的問題上都有重要的開發(fā)意義。近幾十年來，研究人員逐漸將目光轉(zhuǎn)向研究和開發(fā)微藻中具有的大量結(jié)構(gòu)獨(dú)特的生物活性物質(zhì)上面，其中有許多生物活性物質(zhì)具有特殊的藥理活性，在藥用開發(fā)應(yīng)用方面具有巨大的潛力[1]。

1微藻的有效成分

微藻具有很強(qiáng)的光合作用能力，其細(xì)胞內(nèi)含有豐富的多糖、蛋白質(zhì)、色素、多不飽和脂肪酸、萜類化合物、維生素及礦物質(zhì)等，且均為有利于人體健康的生物活性物質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，是天然的營(yíng)養(yǎng)保健食品。

1.1多糖微藻有很多種類，生存環(huán)境差異很大，其含有的多糖也不盡相同。當(dāng)前微藻多糖的研究集中在細(xì)胞中可溶性多糖上面。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，SUI Zhongquan等[2]設(shè)計(jì)出一種對(duì)經(jīng)過弱酸性溶液處理過的小球藻細(xì)胞進(jìn)行水提細(xì)胞壁多糖的方法，并分離得到6種水溶性多糖。加拿大學(xué)者從蛋白核小球藻凍干細(xì)胞的具有免疫調(diào)節(jié)作用的熱水提取物中首次分離得到一種新的阿拉伯半乳聚糖[3]。日本人SOGAWAK等[4]從微藻裸甲藻中分離得到一種多糖，可體外抑制白血病細(xì)胞的端粒酶活性，為白血病的治療開拓了思路。

1.2蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是生命體進(jìn)行各種形式的生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。大多數(shù)微藻都具有高蛋白質(zhì)含量，其氨基酸類型一般優(yōu)于其他食物蛋白，能夠提供人體各種必需的氨基酸。王大志等[5]對(duì)7種微藻的蛋白質(zhì)含量和氨基酸組成進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同微藻的氨基酸組成和比例存在一定的種間差異，但很相似。陳曉清[6]從紫球藻和海水小球藻中分別提取分離得到一種抗菌蛋白，并對(duì)其部分性質(zhì)進(jìn)行了研究。李連平等[7]通過鋅誘導(dǎo)小球藻，分離得到其細(xì)胞內(nèi)的類金屬硫蛋白，并對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征和生物活性研究。古巴科學(xué)家MORRIS H J等[8]從小球藻中分離出一種的蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物，其具有激發(fā)淋巴細(xì)胞的抗體反應(yīng)和促進(jìn)遲發(fā)性過敏反應(yīng)后的恢復(fù)功能，從而有著增強(qiáng)免疫作用的功效。

1.3色素微藻色素主要包括葉綠素、類胡蘿卜素和藻膽蛋白3類。其中具有基本光合作用的葉綠素含量高，廣泛用作天然食用色素。微藻中類胡蘿卜素包括胡蘿卜素、葉黃素和類胡蘿卜酸3種，其功能性質(zhì)獨(dú)特，具有很好的開發(fā)前景。其中葉黃素能夠預(yù)防慢性疾病的發(fā)生，增強(qiáng)人體免疫力。對(duì)于富含葉黃素的藻株篩選，史賢明等[9]在異養(yǎng)培養(yǎng)條件下比較7株藻株的葉黃素合成能力，并優(yōu)選出其中葉黃素含量最高的小球藻CS-41。藻膽蛋白是藍(lán)藻、紅藻、隱藻和少數(shù)甲藻特有的捕光色素蛋白，它含有人體必需的氨基酸，其用途極為廣泛，既是一種天然色素添加劑，又可制成熒光試劑，應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)診斷和免疫化學(xué)等研究領(lǐng)域中，并且還具有很強(qiáng)的生物活性，可制成保健品及藥品[10]。

1.4脂類微藻具有總脂含量高、脂肪酸組成穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，大部分微藻的脂肪酸含量都超過其干重的10%[11]。許多微藻含有大量多不飽和脂肪酸(PUFA),如二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)，對(duì)人體的生長(zhǎng)發(fā)育具有重要的影響。鄭宇等[12]檢測(cè)5種海洋微藻的脂類組成，并對(duì)其脂肪酸在不同生長(zhǎng)期的成分組成進(jìn)行比較，研究結(jié)果表明脂肪酸不僅是構(gòu)成微藻的細(xì)胞膜成分，也是一種能量?jī)?chǔ)存物質(zhì)。肖艷等[13]利用采用氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)從海水小球藻脂類成分中鑒定出9種脂肪酸甲酯，并發(fā)現(xiàn)其具有良好的抗菌活性。近幾年來,英國(guó)研究人員[14]在微藻油脂中還發(fā)現(xiàn)諸如長(zhǎng)鏈(C35-C40)烯酮、半乳糖脂和醚脂等一系列新化合物。

1.5其他萜類是微藻產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，多數(shù)為鹵代或芳香族萜類化合物，擁有較強(qiáng)的生物活性[15]。英國(guó)人FISCH K M等[16]從一種海藻的甲醇提取液中分離得到10種未知和4種已知混源萜類化合物，其中7種具有抗氧化活性。微藻中還含有種類繁多的甾醇類植物激素，波蘭科學(xué)家[17]從野生小球藻中分離并利用氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)鑒定出了7種甾醇類化合物。

2微藻的生物活性

微藻種類結(jié)構(gòu)的多樣性決定了其具有多種生物活性。目前，微藻的生物活性研究主要集中于抗癌、抗病毒、抗氧化、機(jī)體免疫活性調(diào)節(jié)、抗輻射及抗凝血等生物活性。

2.1抗癌活性癌癥是醫(yī)學(xué)界至今未徹底解決的世界性難題，微藻多糖抗癌活性研究在近年來取得了一定的進(jìn)展。盛建春等[18]從小球藻中提取分離得到2種多糖，經(jīng)檢測(cè)分析出二者均含有不同含量的鼠李糖、葡萄糖、半乳糖以及甘露糖等單糖，并且二者分別以半乳糖和鼠李糖為最高含量單糖，這2種多糖均具有較為卓著的抗癌活性。孫立芹等[19]分別在微波和超聲波過氧化氫輔助降解法的條件下從紫球藻中提取出6種不同分子量級(jí)的胞外多糖，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)其對(duì)小鼠體內(nèi)S180荷瘤生長(zhǎng)和體外活化巨噬細(xì)胞具有顯著地抑制作用。日本學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)給小鼠口服含有螺旋藻多糖的鈍頂螺旋藻水提物，可以增強(qiáng)小鼠體內(nèi)自然殺傷細(xì)胞活性從而間接起到抗癌作用[20]。

2.2抗病毒活性抗病毒活性是近年來對(duì)微藻生物活性研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向，微藻抗病毒活性成分主要是多糖，表現(xiàn)為對(duì)病毒的直接抑制作用。埃及科學(xué)家對(duì)5種土壤中分離出的陸生藍(lán)綠微藻提取多糖并進(jìn)行抗病毒實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這些微藻中含有的多糖對(duì)狂犬病病毒和皰疹病毒有一定程度的抑制作用，而且在一定安全劑量范圍內(nèi)不會(huì)對(duì)寄主細(xì)胞的產(chǎn)生毒害作用[21]。美國(guó)人DAVID研究發(fā)現(xiàn)從藍(lán)藻中提取分離得到的多糖擁有一定的抗HIV病毒活性，而且其硫酸化多糖可產(chǎn)生更強(qiáng)的抗病毒活性[22]。據(jù)文獻(xiàn)[23]報(bào)道，以色列科學(xué)家發(fā)現(xiàn)紫球藻多糖在體內(nèi)和體外都有較好的抵抗單純皰疹病毒1型和2型的活性，且在多糖濃度為250 μg/mL時(shí)也沒有對(duì)寄主細(xì)胞產(chǎn)生任何毒害作用。

2.3抗氧化活性抗氧化劑對(duì)人們健康有著積極的影響，它們可以保護(hù)活性氧對(duì)人體的傷害。微藻作為一類具有極大研究?jī)r(jià)值的天然抗氧化劑來源之一，其抗氧化性活性一直是研究的熱點(diǎn)。泰國(guó)科學(xué)家確定了從螺旋藻多糖提取物中分離得到鼠李糖的最佳提取工藝，并檢測(cè)出其具有良好的抗氧化活性[24]。陳碧蓮等[25]從薔薇藻中分離純化得到胞外多糖，并進(jìn)行清除自由基和抗氧化活性實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果表明薔薇藻胞外多糖是一種強(qiáng)效的天然抗氧化劑。

2.4免疫調(diào)節(jié)活性通過增強(qiáng)機(jī)體免疫力來治療和預(yù)防人類疾病的治療手段，已經(jīng)越來越受到人們的廣泛重視[26]。據(jù)報(bào)道適量的微藻多糖具有刺激、調(diào)節(jié)免疫的作用，使機(jī)體產(chǎn)生相應(yīng)的免疫反應(yīng)。加拿大學(xué)者從蛋白核小球藻的熱水提取物中分離純化得到的多糖進(jìn)行磷酸化反應(yīng)并開展活性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其磷酸化處理前后均具有顯著的機(jī)體免疫刺激作用[27]。通過對(duì)紫球藻、鹽藻、等鞭金藻、塔胞藻、綠色巴甫藻等5種微藻多糖進(jìn)行體外免疫調(diào)節(jié)活性比較，發(fā)現(xiàn)上述5種微藻多糖的活性指標(biāo)不盡相同，其中紫球藻多糖的綜合指標(biāo)最好，而鹽藻多糖和等鞭金藻多糖在對(duì)巨噬細(xì)胞活性的增強(qiáng)上具有顯著表達(dá)[28]。

2.5其他生物活性微藻多糖的抗輻射活性研究起步較晚，研究成果也相對(duì)較少，但研究方向卻很有特色。繆錦來等[29]對(duì)5種南極微藻進(jìn)行紫外照射后，檢測(cè)到微藻中產(chǎn)生了大量多糖、色素等物質(zhì)來吸收、抵御紫外輻射，從而保護(hù)細(xì)胞生長(zhǎng)，反映了其對(duì)南極強(qiáng)輻射的極端生活環(huán)境的適應(yīng)性，研究結(jié)果對(duì)生態(tài)保護(hù)具有深遠(yuǎn)的意義。微藻多糖的降血糖作用是近年研究的一個(gè)重要研究方向，具有很大的應(yīng)用價(jià)值[30]。誠(chéng)鐘毓等研究利用小球藻對(duì)鏈脲佐菌素誘導(dǎo)造模的糖尿病小鼠進(jìn)行活性試驗(yàn)，結(jié)果表明小球藻輔助胰島素治療糖尿病有著良好的功效，具有潛在降血糖作用[31]。除上述生物活性之外，微藻還具有抗凝血活性，增強(qiáng)造血功能，抗菌抗炎作用等[32-33]。

3結(jié)語

關(guān)于微藻的有效成分和生物活性研究的報(bào)道有很多，具有了較深厚的研究文獻(xiàn)基礎(chǔ)，但是微藻的種類研究范圍很狹窄，主要集中在小球藻、螺旋藻、紫球藻等幾種常見微藻，對(duì)于其他種類微藻則相對(duì)報(bào)道較少。此外，目前主要研究大多集中于微藻的多糖和蛋白質(zhì)上面，對(duì)其他有效成分研究較少，不夠深入，且缺少配套的生物活性研究。隨著世界各國(guó)對(duì)生物資源的需求量不斷加大，擁有豐富來源的微藻資源將越來越受到人們的重視。隨著相關(guān)研究技術(shù)和手段的飛速發(fā)展，將會(huì)有力地促進(jìn)微藻有效成分的結(jié)構(gòu)和活性的研究，拓展微藻的應(yīng)用領(lǐng)域，從而加快微藻開發(fā)利用的進(jìn)程[34]。

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