海藻多酚功能性作用機(jī)制及其應(yīng)用研究

彭雍博,羅宣,汪秋寬、2、3,宋悅凡,任丹丹、2、3,叢?；?/p>

(1.大連海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧大連116023;2.國家海藻加工技術(shù)研發(fā)分中心,遼寧大連116023;3.遼寧水產(chǎn)品加工及綜合利用重點實驗室,遼寧大連116023)

海藻多酚功能性作用機(jī)制及其應(yīng)用研究

彭雍博1,羅宣1,汪秋寬1、2、3,宋悅凡1,任丹丹1、2、3,叢?；?

(1.大連海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧大連116023;2.國家海藻加工技術(shù)研發(fā)分中心,遼寧大連116023;3.遼寧水產(chǎn)品加工及綜合利用重點實驗室,遼寧大連116023)

海藻多酚(Algae Polyphenols)是海藻次級代謝產(chǎn)物,可保護(hù)海藻自身免受植食性動物干擾,因其具有多種生物學(xué)活性,已成為人們對海洋活性物質(zhì)研究的熱點。本研究中對海藻多酚提取工藝和分離純化技術(shù)進(jìn)行綜述,闡明了海藻多酚的抗氧化、抑菌、抗病毒、抗腫瘤、抗過敏、抗炎癥、抗血凝、葡萄糖穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)等生物學(xué)活性作用機(jī)制,以及海藻多酚化學(xué)結(jié)構(gòu)與其生物學(xué)活性的構(gòu)效關(guān)系,總結(jié)了海藻多酚的應(yīng)用現(xiàn)狀,表明海藻多酚具有可持續(xù)性高值化利用發(fā)展的價值。同時指出今后需加強(qiáng)海藻多酚功能性結(jié)構(gòu)、活性作用機(jī)制、產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)的研究,海藻多酚在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有廣大應(yīng)用前景。

海藻多酚;提取工藝;分離純化;化學(xué)結(jié)構(gòu);生物活性

海藻作為海洋中的初級生產(chǎn)者,在長期的生命過程中受到海洋獨特的自然環(huán)境影響,能夠合成多種具有生理功效的活性物質(zhì),如海藻淀粉、褐藻膠、巖藻聚糖、海藻色素、褐藻氨酸和多酚等[1-5]。多酚類化合物是具有拒食功能海藻的次級代謝產(chǎn)物,也是海藻保護(hù)自身免受外來生物干擾的有效組分,因其具有多種生物學(xué)活性,已成為人們對海洋活性物質(zhì)研究的熱點[6]。由于海藻多酚含量較低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易氧化,導(dǎo)致其純化難度高,因此,學(xué)界對其分離純化、結(jié)構(gòu)解析、生物活性等的研究較少,限制了海洋多酚類化合物的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[7]。本研究中,對近年國內(nèi)外海藻多酚的研究及其應(yīng)用現(xiàn)狀予以綜述,以期為多酚的深層次開發(fā)利用提供參考。

1 海藻多酚的提取工藝

海藻多酚(Algae Polyphenols)在紅藻Rhodophyta、褐藻Phaeophyta、綠藻Chlorophyta和藍(lán)藻Cyanobacteria中均有分布,是一種低含量的活性物質(zhì),近年來,研究者圍繞著其提取工藝進(jìn)行了許多有益探索。除經(jīng)典的溶劑萃取法外,超聲波輔提法、微波輔提法、超臨界流體萃取法,以及幾種方法相結(jié)合的復(fù)合提取工藝也被應(yīng)用于多酚的研究。

1.1 溶劑萃取法

溶劑萃取法作為多酚提取的經(jīng)典方法,其原理為利用植物中化合物在溶劑中的溶解度差異進(jìn)行提取分離[8]。此法提取的海藻多酚純度、提取率相較于純水均有較大提升,氧化程度和生物活性也有一定改善。但溶劑使用量大、加熱時間長、干擾性化合物多、安全性差等是多酚產(chǎn)業(yè)推廣中亟待解決的問題[9]。2016年,甘育鴻等[10]探討了乙醇提取海發(fā)菜Gracilaria lemaneiformis中多酚工藝條件,最佳提取條件為70%乙醇、回流2 h、液固比50 mL/g,海藻多酚提取率為(2.20±0.04)mg/g。而Wang等[11]關(guān)于純水和70%丙酮溶液提取對多種海藻多酚提取率試驗表明,不同來源的海藻采用有機(jī)溶劑作為提取劑,其多酚提取率均顯著高于單純水提法的提取率。Matanjun等[12]研究表明,在甲醇和乙醚兩種不同溶劑對北婆羅洲的8種海藻中多酚提取率的影響研究中,同等條件下采用甲醇作為萃取劑,多酚提取效果明顯優(yōu)于乙醚,因此,甲醇更適宜應(yīng)用于海藻多酚的提取。

1.2 超聲輔助萃取法

為了更有效地提取海藻多酚,研究工作者在利用溶劑萃取的基礎(chǔ)上輔以超聲波震動,以提高提取效率,即為超聲波輔助萃取法。利用超聲波的高頻振動產(chǎn)生能量,可使溶劑與植物體中的有效成分充分接觸,促使有效成分盡可能向溶劑中轉(zhuǎn)移,強(qiáng)化胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散和溶解以提高提取率[13]。超聲萃取因其高效、節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)點,已成為植物多酚提取的一種新手段。Wang等[14]以海帶Laminaria japonica為原料,通過正交試驗優(yōu)化超聲波浸提法提取多酚工藝,研究結(jié)果顯示,對海帶多酚提取率具有顯著影響的因素為提取溫度和時間,最優(yōu)提取工藝參數(shù)為：在超聲輔助提取為前提下,采用80%的乙醇作為萃取劑,在65℃條件下萃取4 h,提取物中多酚含量高達(dá)11.1 mg GAE(沒食子酸當(dāng)量)/g。楊會成等[15]研究發(fā)現(xiàn),超聲波處理后的海帶樣品,再輔以適當(dāng)?shù)奈⒉ㄝ椛?可以縮短多酚的提取時間,并顯著提升提取效率,提取率最高為2.08%。雖然相較于傳統(tǒng)水提法和溶劑萃取法,超聲輔助萃取法可提高海藻多酚的提取率及提取物中多酚含量,但超聲輔助萃取法在工廠化生產(chǎn)過程中,因受超聲波衰減因素的制約(在器壁形成超聲空白區(qū)),以及無法實現(xiàn)在線維修等因素影響,目前僅限于小批量加工。

1.3 微波輔助萃取法

微波輔助萃取法是另一種利用電磁波使分子發(fā)生高頻運動,進(jìn)而提高活性物質(zhì)提取率的一種技術(shù);此法浸提時間短、產(chǎn)品雜質(zhì)少且有效活性成分穩(wěn)定、提取率高[16]。微波萃取的缺點是不易自動化,缺乏與其他儀器在線聯(lián)機(jī)的可能性,且由于微波啟動中釋放了大量熱能,不能應(yīng)用于熱敏性生物活性物質(zhì)的提取。勞敏軍等[17]分析了超聲萃取法與微波萃取法對海帶多酚提取率的影響,研究發(fā)現(xiàn),微波輔助提取優(yōu)于超聲輔助提取,微波提取最佳條件為液固比75 mL/g、乙醇濃度60%、微波功率800 W、提取時間60 s,多酚提取率為1.6 mg/g。歐陽小琨等[18]研究表明,在微波提取功率為700 W、乙醇濃度為15%、液固比為25 mL/g、微波處理40 s的條件下,鼠尾藻Sargassum thunbergii多酚提取率為2.81 mg/g。鐘明杰等[19]研究表明,在功率為800 W、時間為60 s、液固比為50 mL/g、乙醇濃度為25%的條件下,紫菜Porphyra haitanensis多酚提取率最高為4.80 mg/g。而白蕾[20]比較了4種提取方法(浸提法、索氏回流法、微波法、超聲波法)對海帶多酚提取率的影響,結(jié)果表明,微波輔助提取法能顯著提升海帶多酚得率,該法比甲醇浸提法、索氏提取法高62.5%,比超聲法高150.5%。

1.4 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法以超臨界狀態(tài)下的流體為溶劑,從固體或液體中萃取有效組分,近年來被廣泛應(yīng)用于海藻生物活性物質(zhì)的提取研究[21]。超臨界流體萃取法的優(yōu)點是具有萃取和分離的雙重作用,而且節(jié)能環(huán)保、工藝簡單、萃取效率高、無溶劑殘留且質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高[22];但其方法要求的裝備復(fù)雜,溶劑選擇范圍窄,投資成本高,建立大規(guī)模提取生產(chǎn)線有工程難度。Klejdus等[23]研究證實,超臨界流體萃取條件下溶劑易滲透到海藻的基質(zhì)中,甚至可從鈍頂螺旋藻Spirulina platensis中提取到其內(nèi)低含量的酚類物質(zhì),且產(chǎn)品提取率高,無溶劑殘留。Roh等[24]利用超臨界二氧化碳和乙醇作為共溶劑,探索了裙帶菜Undaria pinnatifida干品的多酚最佳提取工藝,在壓力為250 bar、溫度為333 K條件下多酚提取率最高。Qiu等[25]在研究超聲強(qiáng)化超臨界流體萃取對海藻中生物活性物質(zhì)的影響時發(fā)現(xiàn),與超臨界流體萃取相比,超聲強(qiáng)化超臨界流體萃取過程可以減小CO2流量,降低萃取溫度及壓力,縮短萃取時間,而生物活性物質(zhì)的釋放量顯著升高。

離子沉淀法是一種比較常用的多酚提取法,被廣泛用于分離茶多酚[26]及果蔬多酚[27],但對于海藻多酚的應(yīng)用研究尚未見報道。這可能是因為海藻中的多酚含量相較于陸生植物較低,不易聚集形成金屬離子絡(luò)合物基團(tuán)析出或析出時間長。而生物酶解法工藝溫和,有利于保護(hù)產(chǎn)物活性,環(huán)保低能耗,易于實現(xiàn)工業(yè)化,目前在陸生植物多酚的研究中多有應(yīng)用[28],必將成為海藻多酚提取工藝探索的新方向。除此之外,一些高新技術(shù)提取法也相繼應(yīng)用于海藻多酚的提取,如脈沖電場刺激[29]、納濾結(jié)合技術(shù)[30]等方法。這些方法的應(yīng)用豐富了海藻多酚的提取工藝,還可避免一些物理或化學(xué)性損失,有效提高多酚提取率。

2 海藻多酚的純化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

由溶劑萃取等方法提取的海藻多酚中雜質(zhì)含量高,純度不能滿足實際生產(chǎn)需求,多酚粗品需要進(jìn)一步分離純化。目前,多酚的分離純化技術(shù)主要分為兩種類型：粗分離技術(shù)(大孔樹脂吸附法、膜技術(shù)純化法、柱層析法)和純化技術(shù)(高效液相色譜法、高速逆流色譜法)。其中,大孔樹脂吸附法、凝膠柱層析法應(yīng)用于多酚純化已呈現(xiàn)出工業(yè)化發(fā)展的趨勢,而高效液相技術(shù)等多酚純化法仍處于實驗室研究階段。

2.1 海藻多酚的粗分離技術(shù)

大孔吸附樹脂具有良好的大孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和較大的比表面積,可以選擇性吸附水溶液中的有機(jī)物,是一類不含交換基團(tuán)且有大孔結(jié)構(gòu)的高分子吸附樹脂[31]。Kim等[32]比較了四種不同類型大孔樹脂對腔昆布Ecklonia cava多酚的吸附條件,研究結(jié)果表明,大孔樹脂HP-20對多酚的分離效果最佳,純化后的多酚含量可由452 mg PGE/g增加到905 mg PGE/g,解吸率高達(dá)92%。呂成林等[33]以多酚吸附量和解吸率為指標(biāo)比較了10種大孔樹脂對羊棲菜Hizikia fusifarme多酚的分離效果,其中NKA-9表現(xiàn)最佳,其吸附量為0.73 mg/g,解吸率高達(dá)91%,并確定最佳工藝條件為：pH為4的多酚粗品300 mL,流速1 mL/min。最佳分離條件為70%的乙醇體積400 mL、流速1 mL/min。

膜技術(shù)是通過仿生學(xué)膜材料實現(xiàn)不同介質(zhì)分離的技術(shù),分離過程中由于原料中不同組分濃度、性質(zhì)和膜兩側(cè)的壓力差等因素的驅(qū)動,使得原料的各組分有選擇的透過膜,從而實現(xiàn)分離的目的[34]。此法可在常溫下進(jìn)行且選擇性好,此外,膜技術(shù)無相態(tài)變化和化學(xué)變化,不破壞活性成分[35]。但由于試驗成本高,缺乏實踐經(jīng)驗,目前,膜技術(shù)應(yīng)用于多酚純化研究尚處于初級階段。

柱層析技術(shù)是根據(jù)樣品混合物中各組分在固定相和流動相中的分配系數(shù)不同,經(jīng)多次反復(fù)分配將各組分分離的一種分離純化技術(shù)。柱層析分離純化技術(shù)在多酚的純化中應(yīng)用比較廣泛,研究中大多采用硅膠柱層析法、凝膠柱層析法和微晶纖維素柱層析法等[36]。曲詞[37]在早期制備的海黍子Sargassum kjellmaniamum多酚(多酚含量2.17mg GAE/g)中,先通過NKA-9大孔樹脂吸附樹脂分離多酚組分F1、F2(多酚含量分別為4.40 mg GAE/g和5.52 mg GAE/g),再經(jīng)Sephadex LH-20凝膠柱層析分離純化,得到F1-1、F2-1和F2-2 3個組分,其多酚含量分別為4.57、5.28、6.61 mg GAE/g,結(jié)果顯示,凝膠柱層析分離法相較于大孔樹脂吸附法,其分離效果和多酚含量均得到有效提升。而白蕾[20]通過葡聚糖G-25凝膠柱和Sephadex LH-20凝膠柱對海帶多酚分離純化效果的對比發(fā)現(xiàn),兩種凝膠柱對海帶多酚分離時分配系數(shù)(Kav)相差較大,可對各組分進(jìn)行有效分離,特別是Sephadex LH-20凝膠柱分離效果最佳,能夠分離得到6個峰。綜合分析葡聚糖G-25凝膠柱(Kav1、Kav2分別為0.00、0.60)更適宜應(yīng)用于海帶多酚的分離純化。

2.2 海藻多酚的純化技術(shù)

液相色譜純化是利用混合物中各組分理化性質(zhì)差異,使其不同程度地分布在流動相和固定相中,各組分在兩相的相對運動中,發(fā)生多次分布進(jìn)行分離[38]。López等[39]通過反相高效液相(RPHPLC)對帚狀麻基藻Stypocaulon scoparium多酚粗提物進(jìn)行研究,成功分離出14種酚類物質(zhì),且出峰效果良好。Steevensz等[40]研究證實,超高效液相色譜-高分辨質(zhì)譜技術(shù)(UHPLC-HRMS)也能夠滿足海藻多酚的分離及性能分析要求,同時發(fā)現(xiàn),由于受到多酚聚合度的限制,親水性液相色譜對不同褐藻多酚的分離差異顯著,其對于低分子質(zhì)量的多酚分離效果最佳。上述研究從側(cè)面驗證了高效液相技術(shù)應(yīng)用于海藻多酚分離的可行性,并為下一步采用制備型高效液相色譜快速、大量分離純化多酚粗品指明了方向。

高速逆流色譜(HSCCC)是一種液-液色譜分離技術(shù),具有樣品無損失、無污染、高效、快速和大制備量分離等優(yōu)點[41]。HSCCC技術(shù)正在發(fā)展成為一種備受關(guān)注的新型分離純化技術(shù),在食品、保健品、醫(yī)藥研發(fā)、天然產(chǎn)物分離和化妝品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,特別適合中小型分子的分離純化[42]。雖然現(xiàn)階段依舊缺乏HSCCC大規(guī)模分離制備海藻多酚的技術(shù)與設(shè)備,但隨著各種相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,HSCCC將會在多酚分離領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

3 海藻多酚的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其生物活性

3.1 海藻多酚的分類

1955年,日本學(xué)者齋藤首次從內(nèi)枝多管藻Polysiphonia morrowii中分離并鑒定出一種含溴的單酚,后來海洋科研人員又陸續(xù)從其他海藻中分離出上百種鹵代單酚及其衍生物和鹵代二酚化合物,在已確定的簡單鹵代酚中,絕大多數(shù)含有溴,極少數(shù)含氯[43]。此外,也有研究指出,從紅藻和褐藻可以分離出不含鹵代物的簡單酚衍生物和帶有脂肪鏈的酚類,但這些簡單酚的結(jié)構(gòu)類型及其來源相對較少[44]。目前,在海藻多酚的眾多研究中,褐藻多酚是現(xiàn)階段研究的主要方向,這主要是因為褐藻分布廣、種類多、產(chǎn)量高、多酚含量豐富。

不同種類的海藻其多酚基本結(jié)構(gòu)單元均是間苯三酚,但組成多酚的間苯三酚連接方式和數(shù)量不同,這是因為海藻種類、藻齡、產(chǎn)地、季節(jié)和藻體的不同部位會對海藻多酚結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著差異[45]。目前,根據(jù)間苯三酚寡聚物聚合方式的不同,可將低聚的海藻多酚分為6種類型[43,46]：間苯三酚以芳基相互聯(lián)接,稱為Fucols;間苯三酚以二芳基醚鍵聯(lián)接,稱為Phlorethols;同時含有芳基鍵和二芳基醚鍵,稱為Fucophlorethols;間苯三酚的連接方式類似于Phlorethols,但其組成結(jié)構(gòu)以間苯三酚單元數(shù)量為多,且其單體中含有鄰羥基化合物,稱為Fuhalols;多酚結(jié)構(gòu)復(fù)雜、聚合度高、生物活性強(qiáng),在由3個以上間苯三酚的脫水寡聚物中,其中兩個單酚可以進(jìn)一步雜化形成二苯雜二氧,或者芳基化聯(lián)接后脫水形成二苯呋喃型化合物,稱為Eckols,此外,Eckols還能聚合成Dieckols或Bieckols等;鹵代、烷基化、硫酸酯化多酚型,稱為Halogenated phlorotannins。一般認(rèn)為,寡聚的間苯三酚還可進(jìn)一步聚合形成更高分子量的聚合多酚,但紅外、紫外及核磁等現(xiàn)有結(jié)構(gòu)分析方法均未獲得明確的結(jié)構(gòu)信息。故對于高分子質(zhì)量的海藻多酚結(jié)構(gòu)分析仍需要更深入地研究。

3.2 海藻多酚結(jié)構(gòu)及其生物活性作用機(jī)制

3.2.1 抗氧化活性研究 機(jī)體中過多的活性氧自由基對人體正常細(xì)胞、組織和生物活性物質(zhì)有較強(qiáng)的破壞能力,因此,清除機(jī)體內(nèi)多余的自由基有助于提高機(jī)體免疫力。羥基的還原性是酚類化合物的共性之一,以間苯三酚為單體的海藻多酚分子中的多個酚羥基,既可作為氫的供體,又可與空氣中的氧氣反應(yīng)離解出H+,參與氧化過程中產(chǎn)生的過氧化物自由基、羥基自由基反應(yīng),形成穩(wěn)定的羧酸或水,切斷氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng),抑制和延緩氧化[47]。另外,海藻多酚分子中含有包括連苯三羥基在內(nèi)的大量羥基,這些羥基基團(tuán)能夠與金屬離子反應(yīng),形成穩(wěn)定的絡(luò)合物,減少金屬離子對氧化反應(yīng)的催化作用[10]。陳景明等[48]對東南沿海常見的10種海藻抗氧化活性監(jiān)測發(fā)現(xiàn),鐵釘菜Ishige okamurae Yendo甲醇提取物具有較高含量的多酚、總抗氧化能力(TEAC),以及較強(qiáng)的二苯代苦味?；杂苫?DPPH)清除能力,特別是其乙酸乙酯萃取物DPPH自由基清除的半效應(yīng)濃度EC50僅為0.17 mg/mL,優(yōu)于二丁基羥基甲苯(BHT)的清除能力。楊小青等[49]的研究表明：羊棲菜多酚的抗氧化活性會根據(jù)分子質(zhì)量大小和溶劑的不同表現(xiàn)出顯著性差異;其中采用乙酸乙酯萃取、相對分子質(zhì)量大于30 000的多酚組分總抗氧化能力最好;分離的各組分中,對DPPH自由基、羥自由基的IC50最低,分別為10.10、9.04 mg/L,在40 mg/L濃度下對超氧陰離子自由基清除率最高,為18.60%。此外,國外學(xué)界對于海藻多酚的抗氧化活性研究,也取得了積極進(jìn)展。Fujii等[50]對愛森藻Eisenia bicyclis多酚及其衍生物抗氧化能力指數(shù)(ORAC)的檢測發(fā)現(xiàn),其抗氧化能力相較茶多酚、L-抗壞血酸等常用抗氧化劑更高,且此抗氧化能力隨多酚分子質(zhì)量的增加而增加。Vijayabaskar等[51]研究表明,喇叭藻Turbinaria ornata多酚對DPPH自由基、超氧化物陰離子和羥自由基具有較強(qiáng)的清除能力;酚類化合物的薄層色譜和紅外光譜分析表明,其強(qiáng)抗氧化活性是由于藻體高含量多酚(43.72 mg GAE/g)的作用。

3.2.2 抑菌活性研究 許多海藻提取物具有抗菌活性,且與鹵代酚類物質(zhì)密切相關(guān),特別是溴代酚。此外,海藻多酚中的酚羥基可促進(jìn)多酚通過細(xì)胞膜,增強(qiáng)多酚對細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的干擾,破壞細(xì)胞膜完整性,發(fā)揮抗菌作用[52];Rajauria等[53]使用不同濃度的伸長海條藻Himanthalia elongata多酚,并基于多酚對李斯特菌Listeria monocytogenes、乳酸菌Lactobacillus reuteri、綠膿桿菌Pseudomonas aeruginosa、沙門氏菌Salmonella enterica作用后產(chǎn)生的抑菌圈大小評價其抑菌能力,結(jié)果顯示,60%的甲醇提取物展現(xiàn)出最強(qiáng)的抑菌活性,總體效果優(yōu)于美國食品及藥品管理局建議的苯甲酸鈉和亞硝酸鈉。Sandsdalen等[52]、Lee等[54]分別用墨角藻Fucus vesiculosus、腔昆布多酚對痤瘡丙酸桿菌Propionibacterium acnes的抑制試驗證實,褐藻多酚不僅自身具有良好的抗菌功效,還可以與紅霉素或林可霉素復(fù)配應(yīng)用,顯著增加紅霉素或林可霉素的抗菌效果,而這種殺菌機(jī)制主要通過裂解細(xì)菌的細(xì)胞壁來實現(xiàn)。

3.2.3 抗病毒活性研究 對海藻多酚結(jié)構(gòu)與抗病毒關(guān)系研究發(fā)現(xiàn),對于縮合的海藻多酚,其抗病毒活性取決于聚合度;對于水解多酚則取決于其分子中酞基數(shù)目,與多酚中的多元醇無明顯效應(yīng)關(guān)系[20];而多酚經(jīng)過酶解處理后,可使海藻多酚活性減弱,證明多酚對病毒的抑制與其結(jié)構(gòu)收斂性密切相關(guān)。在海藻多酚抗病毒活性研究中,Eckols類多酚是最主要的活性成分,也是目前抗病毒藥物研發(fā)的熱點方向。Ahn等[55]的一項最新研究結(jié)果表明,Eckol類化合物對HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶和蛋白酶的活性有抑制作用,其中8,8'-bieckol的抑制效果最好(IC50=0.51 mmol/L),療效與HIV感染治療藥物奈維拉平(IC50=0.28 mmol/L)相當(dāng)。此外,在對抗病毒藥物的篩選研究發(fā)現(xiàn),Eckol類褐藻多酚對皰疹病毒、桿狀DNA病毒、冠狀病毒等病毒表現(xiàn)出良好的抑制作用[56]。

3.2.4 抗腫瘤活性研究 傳統(tǒng)抗腫瘤制劑的療效偏低、副作用顯著、價格昂貴,這均為海洋抗癌藥物的研究提供了空間。海藻多酚主要是通過兩方面發(fā)揮抗腫瘤作用：其一是由于海藻多酚自身的多羥基結(jié)構(gòu),可高效地清除機(jī)體內(nèi)的氧自由基,使機(jī)體內(nèi)源性的抗氧化酶活性增加,發(fā)揮抑制腫瘤細(xì)胞生長的作用[57];其二是多酚的間苯三酚結(jié)構(gòu)可以通過直接細(xì)胞毒作用或通過發(fā)揮阻滯作用影響細(xì)胞周期。Namvar等[58]探索了海黍子多酚對乳腺癌細(xì)胞的抑制作用,試驗證明,海黍子多酚對細(xì)胞MCF-7和MDA-MB-231具有較好的抑制效果,其IC50值分別為0.022、0.055 mg/mL;進(jìn)一步地研究表明,海藻多酚的腫瘤抑制作用與其添加劑量呈現(xiàn)劑量效應(yīng)關(guān)系,且海藻多酚的這種抗腫瘤機(jī)制是通過抗腫瘤血管形成實現(xiàn)的。而Aravindan等[59]在葉囊藻Hormophysa triquerta多酚抗腫瘤機(jī)制研究中指出,胰腺癌細(xì)胞的復(fù)制是多種傳導(dǎo)信號共同作用的結(jié)果,海藻多酚可通過干擾正常信號傳導(dǎo),起到抑制腫瘤細(xì)胞的作用。

3.2.5 抗過敏及抗炎活性研究 據(jù)國內(nèi)外流行病學(xué)調(diào)查顯示,22%的兒童和35%的成人均曾受過不同程度的過敏性及炎癥疾病的困擾,因此,從食品原料中開發(fā)新的抗過敏、抗炎癥活性成分,已成為當(dāng)前治療過敏性及炎癥疾病研究的熱點。Chen等[60]通過檢驗5種海藻多酚的透明質(zhì)酸酶抑制活性來評價其抗過敏活性,其中,萱藻Scytosiphon lomentarius多酚活性最高(IC50=0.67 mg/mL),高于典型的抗過敏藥物二鈉色甘(DSCG),此外,海藻多酚在炎癥治療中也能發(fā)揮積極作用。Kang等[61]對二鵝掌菜酚進(jìn)行了一系列探索后得出,其可以通過抑制炎癥反應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子干擾素γ的產(chǎn)生和STAT1細(xì)胞核的轉(zhuǎn)錄與翻譯,起到較強(qiáng)的抗炎作用。Corona等[62]研究發(fā)現(xiàn),大分子質(zhì)量的泡葉藻Ascophyllum nodosum多酚經(jīng)人體消化道后被分解成3種小分子質(zhì)量的多酚,可引起機(jī)體內(nèi)抗炎癥的標(biāo)志性物質(zhì)細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-8(IL-8)的增加,刺激機(jī)體產(chǎn)生抗炎反應(yīng)。

3.2.6 抗凝血及降血脂活性研究 海藻多酚一些生物學(xué)活性與其自身的分子質(zhì)量密切相關(guān),在一定的分子質(zhì)量分布范圍內(nèi),分子質(zhì)量越大,活性越強(qiáng)[47,50,63]。魏玉西等[64]使用高分子質(zhì)量的鼠尾藻多酚進(jìn)行抗血凝活性研究證明,海藻多酚可同時干擾內(nèi)源性、外源性凝血因子的活性,有顯著的抗凝血活性;動物試驗則表明,多酚可顯著減少兔洗滌血小板內(nèi)鈣釋放及外鈣內(nèi)流,他推斷鼠尾藻多酚的抗凝血活性機(jī)制可能與其降低血小板內(nèi)鈣離子濃度密切相關(guān)。Jung等[65]通過分析5種不同結(jié)構(gòu)的褐藻多酚的降血脂機(jī)制發(fā)現(xiàn),5種多酚均能不同程度地降低脂肪細(xì)胞標(biāo)記基因的表達(dá),進(jìn)而抑制脂肪細(xì)胞分化以及脂質(zhì)形成和積累,同時證明,海藻多酚的分子量是影響其抑制脂肪細(xì)胞分化和調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞標(biāo)記基因表達(dá)水平的重要因素。

3.2.7 抗糖尿病活性研究 糖尿病主要分為兩種類型,分別為Ⅰ型和Ⅱ型。雖然胰島素能夠有效控制Ⅰ型糖尿病,但Ⅱ型糖尿病屬于非胰島素依賴型,到目前為止還無有效的藥物治療手段。Nwosu等[66]和Apostolidis等[67]在各自的研究中指出,泡葉藻中含有豐富的多酚類化合物(4.5 mg/g濕質(zhì)量),其具有良好的α-淀粉酶抑制效果(IC50≈0.11 g GAE/mL)和α-葡萄糖苷酶抑制效果(IC50≈201 g GAE/mL),是一種潛在的抗糖尿病天然藥物。Habtemariam等[68]研究發(fā)現(xiàn),泡葉藻多酚在機(jī)體新陳代謝過程中能夠調(diào)節(jié)關(guān)鍵信號轉(zhuǎn)導(dǎo),調(diào)控葡萄糖轉(zhuǎn)運和酶的活性,以及受體的競爭和拮抗作用,實現(xiàn)對生命體血糖平衡的調(diào)節(jié),可以應(yīng)用于糖尿病患者的治療。

研究海藻多酚的結(jié)構(gòu)與生物活性關(guān)系,對人類身體健康和保證良好的生活質(zhì)量具有重要的意義。近年來,隨著對海藻多酚研究的不斷深入,一些研究發(fā)現(xiàn),多酚還具有抗神經(jīng)衰退[69]、抗抑郁[63]、抗哮喘[70]、預(yù)防肝損傷[71]、抗紫外輻射[72]等生物活性。

4 海藻多酚在食品工業(yè)及日用化工中的應(yīng)用

海藻多酚常被用作抵御植食動物覓食,具有阻食及毒害兩方面的作用[73]。這是因為海藻多酚的澀性可以降低植食動物的捕食欲,且多酚自身獨特的多羥基結(jié)構(gòu)可以與消化酶結(jié)合降低動物的消化能力[74]。而海藻多酚中的羥基群結(jié)構(gòu)和鞣質(zhì)類的單體結(jié)構(gòu)對甲硫醇表現(xiàn)出明顯的除臭活性,是一種高效的天然除臭劑[75]。除此之外,海藻多酚的一些新型應(yīng)用也正逐漸被挖掘。

4.1 海藻多酚在食品工業(yè)中的應(yīng)用

海藻生物活性物質(zhì)的抗氧化活性應(yīng)用研究,一直以來均為食品領(lǐng)域研究的熱點,利用海藻多酚進(jìn)行肉制品和油脂防腐保鮮時可同時起到抗氧化和護(hù)色功效[76]。孟彤[77]專門研究了海帶多酚提取物對乳化腸的品質(zhì)(顏色、質(zhì)構(gòu)、感官指標(biāo)、氣味滋味)的影響,結(jié)果顯示,處理后的產(chǎn)品總體可接受度高,且能有效抑制乳化腸的脂質(zhì)過氧化值(TBARS)的升高,降低羰基的含量和巰基的損失,以及抑制蛋白質(zhì)的氧化。亓明秀[78]在油脂的抗氧化作用研究中發(fā)現(xiàn),低劑量的海藻多酚(0.02%)就能表現(xiàn)出明顯優(yōu)于維生素E的抗氧化活性,但略低于叔丁基對苯二酚(THBQ)的油脂抗氧化能力;同時研究也指出,半胱氨酸鹽能有效抑制多酚褐變,保證食用油色澤正常,若將0.02%的海藻多酚和半胱氨酸鹽混合添加,既能延長油脂保存期,又能保持色澤正常,其安全性遠(yuǎn)高于化學(xué)合成物質(zhì)。

隨著水產(chǎn)品需求的增加及對其新鮮度要求的提升,在運輸過程中的防腐保鮮問題越發(fā)受到關(guān)注。黨法斌等[79]采用平板生長抑制法檢驗角叉菜、海蒿子和鼠尾藻多酚對多種海洋弧菌的抑菌效果,試驗結(jié)果表明,不同來源海藻多酚對受試海洋弧菌均具有顯著性的抑制作用(P＜0.05),且隨著多酚濃度的增加,抑菌能力逐漸增強(qiáng);王亮等[80]以細(xì)菌群體感應(yīng)抑制活性為指標(biāo),選取海帶多酚對南美白對蝦Penaeus vannamei進(jìn)行保鮮處理,結(jié)果表明,海帶多酚可有效抑制微生物的生長和揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)的增加,保持水產(chǎn)品pH值穩(wěn)定和良好的感官質(zhì)量,且相較于不處理組,噴灑海帶多酚可延長南美白對蝦貨架期48 h以上;曾惠[81]則以細(xì)菌群體感應(yīng)抑制活性為指標(biāo),選取石莼Ulva lactuca L.、馬尾藻Sargassum C.和裙帶菜3種海藻多酚對大菱鲆Scophthalmus maximus進(jìn)行保鮮處理,試驗證明,0.5 mg/mL的3種海藻多酚就可不同程度地延緩大菱鲆的品質(zhì)變化,并指出海藻多酚是一種發(fā)展?jié)摿薮蟮乃a(chǎn)品保鮮劑。

海藻多酚還可應(yīng)用于果蔬等食品的保鮮,但目前這方面的研究相對較少。李會麗等[82]研究了鼠尾藻海藻多酚處理對采后草莓Fragaria ananassa Duch.腐爛的控制與貯藏品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)海藻多酚不但具有直接抗菌活性,控制草莓的采后腐爛,而且能誘導(dǎo)草莓的采后抗病性,提高抗病的相關(guān)酶活性,保持草莓品質(zhì);而劉尊英等[83]的研究指出,鼠尾藻多酚有較強(qiáng)的抗果蔬病原菌活性,體外抑菌試驗結(jié)果顯示,在濃度分別為16、12 mg/mL時,其能有效抑制灰葡萄孢菌Botrytis cinerea和擴(kuò)展青霉菌Penicillium expansum的正常生長,進(jìn)一步對草莓致病的研究結(jié)果表明,經(jīng)鼠尾藻多酚處理后的草莓,其灰葡萄孢菌和擴(kuò)展青霉菌病斑直徑相較于對照組分別降低了28.4%和47.6%。

4.2 海藻多酚在日用化妝品中的應(yīng)用

海藻多酚應(yīng)用于新型功能性化妝品,是多酚應(yīng)用開發(fā)研究的新方向。Nayoung等[84]的研究發(fā)現(xiàn),腔昆布中的多酚類化合物不僅具有抗氧化作用,還能起到美白功效,而這種美白作用主要是通過多酚對酪氨酸酶活性抑制調(diào)控黑色素生成實現(xiàn)的。后續(xù)試驗則表明,腔昆布提取的多種多酚中雙鵝掌菜酚能顯著抑制酪氨酸酶活性,防止黑色素的形成和累積?；|(zhì)金屬蛋白酶(MMP-1)、轉(zhuǎn)錄因子(NF-kB)和轉(zhuǎn)錄激活因子(AP-1)主要參與細(xì)胞外基質(zhì)的代謝,其過量表達(dá)可引起間質(zhì)膠原(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原)降解和多種蛋白質(zhì)的水解。Sugiura等[85]研究發(fā)現(xiàn),從鵝掌菜Eisenia arborea中提取的多酚組分能夠有效抑制MMP-1、NF-kB和AP-1的表達(dá)水平,且當(dāng)皮膚受到紫外線直接照射時,多酚因其具有的紫外線吸收能力,可以減少機(jī)體中膠原蛋白的損失進(jìn)而抑制面部皺紋的產(chǎn)生。此外,有研究指出,腔昆布多酚也具有光保護(hù)作用,可吸收紫外線,保護(hù)HaCaT細(xì)胞免受紫外輻射,避免輻射引起的細(xì)胞損傷和光氧化脅迫[86]。

5 前景展望

海藻多酚作為一類儲量豐富、可再生的綠色資源,必將成為人類可以利用的重要的海洋資源寶庫。在加快發(fā)展海洋產(chǎn)業(yè)的二十一世紀(jì),為達(dá)到對海藻多酚的定向利用,需要對海藻多酚現(xiàn)有的提取、分離、純化工藝做出較大地改進(jìn)和整合,找到適合商業(yè)化應(yīng)用的提取分離方法,實現(xiàn)有選擇、有目的地利用多酚類化合物。目前,對海藻多酚的研究多集中在生物活性探索,對其功能性結(jié)構(gòu)、活性作用機(jī)制、產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)尚處于初級階段,還有待進(jìn)一步地研究。此外,如何在不破壞多酚生理活性的前提下,對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)性修飾或通過有機(jī)途徑大量合成,改進(jìn)其穩(wěn)定性和適應(yīng)性,拓展其在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品安全、醫(yī)療保健和日用化工中的應(yīng)用,還需廣大科研工作者繼續(xù)探索。

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A review of mechanism and application of alga polyphenols

PENG Yong-bo1,LUO Xuan1,WANG Qiu-kuan1,2,3,SONG Yue-fan1,REN Dan-dan1,2,3,CONG Hai-hua1
(1.College of Food Science and Engineering,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China;2.Branch Center of National Research&Development For Seaweed Processing,Dalian 116023,China;3.Key Laboratory of Fishery Product Processing and Utilization of Liaoning Province,Dalian 116023, China)

Alga polyphenols,as secondary metabolites of algae,protect algae against herbivorous animal interference,and have a variety of biological activities,becoming a hot research direction of marine bioactive substances. The development of extraction methods and purification techniques are overviewed,and the mechanism of bioactivities of alga polyphenols are described including antioxidation,antibacterial,antiviral,antitumor,anti allergic,anti inflammatory,anticoagulation,glucose homeostasis and other biological activities.The relationships between chemical structure and biological activity and the application status of polyphenols are presented simultaneously.Therefore,alga polyphenols has sustainable utilizing value.The further research is needed on the functional structures, mechanism of biological activity,and application of alga polyphenols to develop great potential of alga polyphenols in industrial and agricultural production.

alga polyphenol;extractive method;purification technique;chemical structure;biological activity

S958.4;Q946.82

A

10.16535/j.cnki.dlhyxb.2017.04.018

2095-1388(2017)04-0484-09

2016-12-09

國家海洋公益性行業(yè)科研專項(201405040)

彭雍博(1992—),男,碩士研究生。E-mail：pengyongbo2011@126.com

汪秋寬(1962—),女,教授。E-mail：wqk320@dlou.edu.cn