海帶的生物活性及系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究進(jìn)展

姚駿，張弘，郭森,王玥瑋，鄭琳琳，張立娟，佟永薇，王琦

（天津市食品研究所有限公司，天津301609）

海帶（Laminaria japonica aresch），又名昆布、海草、江白菜，屬褐藻門、褐藻綱、海帶目、海帶科、海帶屬[1]，是一種藥食兩用的大型海洋植物[2]。海帶作為我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)藻類，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富[3]，如蛋白質(zhì)、氨基酸、纖維素、維生素和碘、鐵、鋅等60多種營(yíng)養(yǎng)成分都存在于海帶組織中。據(jù)研究，海帶中含量豐富的碘，80%都是可被人體直接吸收利用的有機(jī)活性碘，經(jīng)常食用海帶有促進(jìn)智力發(fā)育、預(yù)防和治療甲狀腺腫、降血壓、降血脂等功效[4-6]。目前，海帶中生物活性物質(zhì)的分離純化與營(yíng)養(yǎng)保健研究以及新型海帶系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)是國(guó)內(nèi)外學(xué)者們研究的熱點(diǎn)[7]。

1 海帶活性物質(zhì)的研究

1.1 海帶多糖的組成及其生理活性

海帶作為兼具食用價(jià)值和藥用價(jià)值的“天然保健食品”，活性物質(zhì)豐富[8]。到目前為止，發(fā)現(xiàn)的海帶生物活性物質(zhì)主要有：海帶多糖、酸性聚糖類物質(zhì)、巖藻半乳多糖硫酸酯、昆布氨酸、半乳糖醛酸、?；撬帷⒋笕~藻素、雙歧因子[7]。在諸多的活性物質(zhì)中，海帶多糖對(duì)海帶的營(yíng)養(yǎng)與保健功能作用最為突出[9]。研究發(fā)現(xiàn)，海帶多糖在調(diào)節(jié)免疫[10]、抗腫瘤[11]、抗凝血、抗氧化、降血脂（糖）等方面都發(fā)揮著獨(dú)特的作用[12]。張偉男以HFD高脂飲食小鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，研究了海帶多糖LJP61A對(duì)高脂飲食誘發(fā)胰島素抵抗的抑制機(jī)制，研究表明，LJP61A可以對(duì)HFD誘導(dǎo)小鼠的腸道菌群結(jié)構(gòu)進(jìn)行干預(yù)調(diào)節(jié)，降低誘導(dǎo)小鼠的腸道通透性，改善內(nèi)毒素血癥和慢性炎癥的發(fā)生，從而起到干預(yù)和抑制胰島素抵抗的作用[13]。

海帶中多糖物質(zhì)豐富，不同多糖物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的差異，也使其具有不同的生物活性，目前從海帶中發(fā)現(xiàn)的多糖有三種：褐藻膠、褐藻糖膠、褐藻淀粉[12]。褐藻膠又稱褐藻酸，由β-D-甘露糖醛酸（β-D-mannuronate）與其差向異構(gòu)體α-L-古羅糖醛酸（α-L-guluronate）通過(guò)1，4-糖苷鍵構(gòu)成，來(lái)源于細(xì)胞壁，是褐藻中共有的水溶性、酸性直鏈多糖，在海帶中含量豐富，約占19.7%，具有抑制腫瘤、增強(qiáng)免疫、促進(jìn)生長(zhǎng)等功效[14]。而褐藻膠作為天然高分子多糖，對(duì)褐藻膠的降解也是學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)。褐藻糖膠是海帶細(xì)胞間的多糖物質(zhì)，其含量一般在0.3%～1.5%[9]，褐藻糖膠是狹義上的海帶多糖，李林等對(duì)海帶中的褐藻糖膠進(jìn)行色譜分析和氨基酸分析，研究發(fā)現(xiàn)，褐藻糖膠含有鼠李糖、半乳糖、巖藻糖等多種中性單糖，還有部分結(jié)合蛋白質(zhì)[15]，而高度的硫酸酯化及其獨(dú)特的多糖結(jié)構(gòu)，也使得褐藻糖膠有諸多生物活性，如抗凝血、抗腫瘤、抗病毒等[16]。褐藻淀粉又稱昆布多糖，在海帶中的含量約占1%，褐藻淀粉為中性葡聚糖的一種，其磺化產(chǎn)物為褐藻淀粉硫酸酯，研究發(fā)現(xiàn)，這兩種多糖都能夠促進(jìn)機(jī)體的免疫功能，對(duì)血清膽固醇都有明顯的降低作用，褐藻淀粉與人工磺化的褐藻淀粉硫酸酯相比，對(duì)機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)作用更強(qiáng)[17]。

1.2 海帶多糖的降解

1.2.1 海帶多糖降解的重要性

盡管海帶多糖有很多的生理活性，但由于其屬于高聚合度的天然高分子物質(zhì)，分子質(zhì)量大、黏性強(qiáng)，影響活性物質(zhì)的利用率，限制海帶制品的深加工及應(yīng)用。仇哲等對(duì)褐藻膠裂解酶酶解后的海帶營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)海帶的多糖含量下降、膠性降低，營(yíng)養(yǎng)更加均衡，與同質(zhì)量的海帶相比營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量更高，更有利用機(jī)體對(duì)海帶營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收[18]。周緒霞等用裂解酶對(duì)海藻酸鈉進(jìn)行了酶解，膜分離后制成了三種不同分子量大小的褐藻膠寡糖：ADO-A（分子量大于8 kDa的寡糖組分）、ADO-B（未進(jìn)行膜分離的混合寡糖）、ADO-C（分子量小于8 kDa的寡糖組分），以DPPH·清除率、·OH清除率、還原力為測(cè)定指標(biāo)，比較了寡糖的抗氧化活性；結(jié)果表明：低分子量的寡糖具有更強(qiáng)的抗氧化性[19]。彭素曉等以凡納濱對(duì)蝦為研究對(duì)象，以對(duì)蝦的生長(zhǎng)性能指標(biāo)、胃消化酶、血清非特異性免疫酶為指標(biāo)，研究不同處理的海帶渣飼料對(duì)對(duì)蝦生長(zhǎng)、消化和非特異性免疫的影響。其中，不經(jīng)酶解的海帶渣為對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組分別添加0.1%β-葡聚糖酶和0.2%蛋白酶對(duì)海帶渣飼料進(jìn)行酶解。研究結(jié)果表明，與不經(jīng)酶解的海帶渣飼料相比，添加β-葡聚糖酶酶解的海帶渣可提高對(duì)蝦的增重率和特定增長(zhǎng)率；添加蛋白酶酶解的海帶渣可提高對(duì)蝦的成活率；二者都對(duì)對(duì)蝦的非特異性免疫有促進(jìn)作用[20]。王熙濤從海泥中篩選的具有褐藻膠降解能力的菌株－解淀粉芽孢桿菌WB1，酶解得到不同分子量的褐藻寡糖，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，低分子量的褐藻寡糖對(duì)刺參體腔細(xì)胞的非特異免疫有促進(jìn)作用；將芽孢桿菌發(fā)酵脫膠后的海帶飼料進(jìn)行或不進(jìn)行高溫滅活，用于刺參的養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)，與未經(jīng)處理的海帶飼料原料進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)對(duì)刺參腸道消化酶、體腔免疫相關(guān)酶活、腸道菌群結(jié)構(gòu)等進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)喂食含活B.amyloliquifaciens WB1發(fā)酵脫膠的海帶飼料，能顯著提高刺參腸道內(nèi)消化酶活性、促進(jìn)多種非特異性免疫的相關(guān)酶活，降低刺參潛在的條件致病弧菌的數(shù)量[21]。為提高多糖生物活性及人體的吸收利用率，需要對(duì)海帶多糖進(jìn)行降解。

1.2.2 海帶多糖的降解方法

1.2.2.1 化學(xué)降解法

1）堿降解

堿水解是利用β－消除反應(yīng)，使糖苷鍵斷裂，從而達(dá)到降解目的。糖苷鍵斷裂時(shí)會(huì)引起O－SO42-基團(tuán)的脫落，并引起多糖鏈結(jié)構(gòu)的變化，因此一般不采用堿降解法[22]。

2）酸降解

在多糖的降解方法中，經(jīng)典的鹽酸降解法應(yīng)用最為廣泛，現(xiàn)在已經(jīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。這是利用不同單糖殘基在酸性介質(zhì)中的水解程度不同進(jìn)行降解。在實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，糖苷鍵的斷裂基本是隨機(jī)的，降解產(chǎn)物的分子量范圍分布較大，分離純化存在困難[22]。

3）氧化降解法

自由基氧化降解法由于條件溫和，對(duì)多糖結(jié)構(gòu)破壞少，成本低廉等特點(diǎn)，是目前學(xué)者研究比較多的方法之一[23]。王琪琳等以琥珀酸+H2O2+VC為體系氧化降解海帶硫酸多糖，試驗(yàn)結(jié)果表明，氧化降解后硫酸多糖含量、硫酸根含量以及單糖組分幾乎無(wú)變化，而多糖的分子量可降低到一萬(wàn)左右[24]。多糖濃度相同時(shí)，H2O2濃度越高，多糖的降解程度越大，而當(dāng)濃度增大到一定值時(shí)，多糖的降解程度不會(huì)發(fā)生變化[25]。董詩(shī)竹以海帶中提取的巖藻聚糖硫酸酯粗糖為原料，經(jīng)陰離子交換柱分離純化得到中分子量的巖藻聚糖硫酸酯后，以H2O2氧化降解法并結(jié)合膜分離法制備低分子量的巖藻聚糖硫酸酯，其中4.5%H2O2氧化降解4.5 g粗糖所得的低分子量巖藻聚糖硫酸酯在2 500 Da～10 000 Da內(nèi)的組分最硫酸根，達(dá)到30.28%，通過(guò)4.5%H2O2和9.0%H2O2對(duì)比，發(fā)現(xiàn)隨著H2O2濃度越高，降解產(chǎn)物分子量越低，降解產(chǎn)物硫酸根和巖藻糖的含量下降，而硫酸根與褐藻糖膠的生物活性密切相關(guān)，采用自由基氧化降解海帶多糖時(shí)，需要控制好參數(shù)[22]。

1.2.2.2 物理降解法

1）輻射法

輻射降解技術(shù)是在高能射線的作用下，物質(zhì)分子不斷吸收輻射能量，產(chǎn)生各種活化粒子，活化粒子與物質(zhì)的一系列物化作用使得聚合物主鏈斷裂，從而發(fā)生降解[26]。NagasaWa利用Co60產(chǎn)生的伽瑪射線對(duì)褐藻酸鈉進(jìn)行處理，輻射強(qiáng)度不同，得到的褐藻酸鈉寡糖分子量存在差別[27]。

2）超聲波法

超聲波的降解作用是由于高速的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，使高分子物質(zhì)的共價(jià)鍵斷裂，分子在介質(zhì)中隨著高速震動(dòng)和剪切作用而被降解[28]。超聲波法酶解多糖具有操作簡(jiǎn)便，有機(jī)試劑使用量少，對(duì)環(huán)境的污染影響小等優(yōu)點(diǎn)。胡尊麗等以海帶硫酸化多糖的特性粘度為指標(biāo)，通過(guò)正交試驗(yàn)，確定了超聲波降解海帶硫酸化多糖的最佳工藝條件：超聲波功率200 W，多糖濃度1 mg/mL，超聲時(shí)間15min，降解后多糖分子量從371kD降至46.4kD，而且降解前后多糖含量和硫酸根含量無(wú)顯著變化[29]。

3）熱解法

張淑平等在140℃下干燥熱降解褐藻膠20 min，得到了黏均分子量為6.0×104的產(chǎn)品，與4.0 mol/L鹽酸降解得到的產(chǎn)品對(duì)比，產(chǎn)品分子量大[30]。

1.2.2.3 生物降解法

酶解是用專一性糖苷酶或非專一性的其他酶，通過(guò)特異開(kāi)裂多糖中的某一糖苷鍵，對(duì)多糖進(jìn)行酶解[31]。酶法降解條件溫和，酶解產(chǎn)物的分子量易于控制，酶解效率高，環(huán)境污染小。

1）專一性裂解酶

褐藻裂解酶是一類催化褐藻膠降解的酶，它們通過(guò)β-消除機(jī)制裂解褐藻酸的β-1-4糖苷鍵，從而使高聚物降解為一系列寡聚物或單糖。褐藻膠裂解酶主要有三個(gè)來(lái)源：動(dòng)物源、植物源以及微生物源。動(dòng)物源褐藻膠裂解酶包括海洋軟體動(dòng)物和棘皮動(dòng)物等；植物源裂解酶包括巨藻、泡葉藻、海帶等海藻；微生物源的裂解酶則包括海洋細(xì)菌、土壤細(xì)菌、真菌等，其中，海洋細(xì)菌是主要來(lái)源[32]。按照裂解酶的底物降解偏好性的不同，可將其分為三類：專一裂解PM的裂解酶、專一裂解PG的裂解酶以及PM和PG兩種片段都能裂解的雙功能裂解酶[33]。大多數(shù)裂解酶的最適pH值為中性或弱堿性，酸性較少；金屬離子能夠影響褐藻裂解酶的活性，多數(shù)情況下，Na+、K+、Ca2+、Mg2+等離子能夠促進(jìn)裂解酶活性，Cu2+、Mn2+、Hg2+等離子則會(huì)抑制酶活[34]。許雷將從海藻中篩選出的瓊氏不動(dòng)桿菌為褐藻膠水解酶，分批多次添加褐藻膠溶液，當(dāng)?shù)孜锟倽舛葹?.5%時(shí)，單位體積酶解液中的寡糖濃度可達(dá)9.28 mg/mL，且產(chǎn)物中的寡糖聚合度較均一，為褐藻膠三糖；通過(guò)測(cè)定酶解產(chǎn)物的吸濕率、保濕性以及抗氧化活性，發(fā)現(xiàn)酶解后寡糖的吸濕保濕性增強(qiáng)，吸濕性和保濕率與寡糖的平均聚合度密切相關(guān)，寡糖的平均聚合度低，吸濕性和保濕率就好；而將褐藻膠乙?；笤龠M(jìn)行酶解，可提高酶解產(chǎn)物的抗氧化活性[35]。

2）非專一性的其它酶

海帶細(xì)胞壁為天然高分子聚合物，酶解處理提取海帶多糖和酶解降解海帶多糖，都需要將高分子聚合物斷裂成低分子量的多糖，促進(jìn)多糖物質(zhì)的消化吸收和利用，因此，對(duì)海帶多糖的酶解降解和酶解提取是交叉和共通的。謝瑾等以檸檬酸提取海帶多糖，分別用胰酶、纖維素酶、果膠酶、木瓜蛋白酶以及植物水解酶對(duì)海帶檸檬酸提多糖溶液進(jìn)行降解，通過(guò)測(cè)定產(chǎn)物抗氧化性和膽酸鹽吸附率等指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，酶解產(chǎn)物的ABTS自由基清除能力以及還原力顯著提高，DPPH·清除率清除率和膽酸鹽吸附能力下降，其中，胰酶、木瓜蛋白酶作用最明顯，其次是纖維素酶[36]。張換選用纖維素酶對(duì)海帶多糖進(jìn)行提取，通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化確定了最佳的工藝條件：料液比1∶40、酶添加量1.5%、溫度44℃、pH值4.0的條件下反應(yīng)2 h，海帶多糖的提取率可達(dá)11.6 2%[37]。將多種酶進(jìn)行復(fù)合，在30℃、pH 5.0的條件下酶解3 h，多糖提取率可達(dá)78.9%，復(fù)合酶的配比：纖維素酶0.5%、果膠酶1.0%、木瓜蛋白酶1.0%、木聚糖酶1.0%[38]。

2 海帶系列產(chǎn)品的研究與進(jìn)展

2.1 海帶的脫腥

海帶的腥味物質(zhì)是醇類、醛類、酮類、羧酸類、烴類及其衍生物等有機(jī)成分共同作用的結(jié)果，特殊的腥藻味影響著海帶系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，海帶的脫腥研究十分必要。海帶脫腥的方法主要有三種：物理脫腥、化學(xué)脫腥和微生物發(fā)酵脫腥[39]。

2.1.1 物理脫腥

物理脫腥技術(shù)包括物理吸附法、掩蓋法、環(huán)糊精包埋法、鹽溶法等。這種方法通過(guò)掩蓋、包埋脫腥物質(zhì)進(jìn)行去腥，不改變腥味物質(zhì)的成分[39]。甘草溶液能夠通過(guò)掩蔽海帶的腥藻味進(jìn)行去腥，β-環(huán)糊精溶液對(duì)腥味物質(zhì)的包埋來(lái)實(shí)現(xiàn)脫腥。陳麗麗用質(zhì)量濃度均為3%的甘草提取液和β-環(huán)糊精溶液對(duì)脫鹽海帶進(jìn)行復(fù)合脫醒，在100℃下脫腥15 min，即可掩蔽海帶的藻腥味，并賦予其甘草香[40]。

2.1.2 化學(xué)脫腥

化學(xué)脫腥是利用一些化學(xué)試劑如酸、堿、鹽等溶液，與腥味物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，從而達(dá)到去除腥味的效果。此外，也可利用相似相溶的原理，用有機(jī)溶劑對(duì)腥味成分進(jìn)行萃取來(lái)脫腥[39]，醋酸溶液能與海帶中的腥氣成分發(fā)生反應(yīng)，生成無(wú)腥味的物質(zhì)，對(duì)海帶進(jìn)行脫腥[40]。但醋酸脫腥存在反應(yīng)不完全和有酸味殘留的缺陷，脫腥效果不理想。

2.1.3 微生物發(fā)酵脫腥

微生物脫腥是通過(guò)其微生物的新陳代謝作用，是小分子腥味成分轉(zhuǎn)化為大分子無(wú)腥味物質(zhì)；在酶的作用下對(duì)腥味成分進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)修飾，也可達(dá)到徹底去除腥味物質(zhì)的目的[39]。姚艷艷通過(guò)感官評(píng)價(jià)，利用酵母菌和植物乳桿菌對(duì)海帶酶解液進(jìn)行發(fā)酵脫腥，并確定了發(fā)酵脫腥的最佳工藝條件。接種0.4%酵母菌，在30℃下脫腥40 min，加熱滅活后，接種7%的植物乳桿菌，37℃下脫腥90 min，即可得到氣味清香，沒(méi)有腥味和異味的海帶酶解液[41]。周延清將蒸煮后的海帶接種0.5%～3%的植物乳桿菌凍干粉，32℃～40℃下密封發(fā)酵90 min～180 min，之后進(jìn)行二次蒸煮，并對(duì)其調(diào)味腌制，有效脫除了海帶腥味[42]。范利洪比較了醋酸浸泡、酵母發(fā)酵、β-環(huán)糊精處理三種不同的脫腥方法，通過(guò)感官評(píng)價(jià)，確定了β-環(huán)糊精脫腥為最佳的脫腥方法：醋酸浸泡反應(yīng)不完全，腥味較重且有酸味，酵母發(fā)酵脫腥雖然腥味去除較徹底，但產(chǎn)品有輕微的發(fā)酵味，且口感不如β-環(huán)糊精發(fā)酵的口感好。β-環(huán)糊精脫腥的最佳條件：2.5%的β-環(huán)糊精溶液，在80℃下浸泡60 min，脫腥效果最好[43]。

2.2 海帶系列產(chǎn)品

日本的海帶系列保健食品開(kāi)發(fā)處于領(lǐng)先地位，已經(jīng)研究出了減肥食品、抗癌食品、降脂食品、維生素海帶等營(yíng)養(yǎng)保健食品，此外，日本還研發(fā)了海藻膠囊、海藻面包、海藻飲料等200多種海藻食品。我國(guó)海帶系列食品除市場(chǎng)上常見(jiàn)的海帶干、海帶結(jié)、即食海帶絲外，還開(kāi)發(fā)了調(diào)味海帶脆片[4]、海帶復(fù)合調(diào)味素[7]、海代糕[40]、海帶涼粉[43]、海帶泡菜[44]、海帶綠豆飲料[45]、海帶濃縮調(diào)味汁[46]、紅曲海鮮調(diào)味汁[47]等產(chǎn)品。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)有著世界上最長(zhǎng)的海岸線，海帶產(chǎn)量位居世界第一，海藻資源豐富。目前海藻加工業(yè)中仍以海帶的初級(jí)產(chǎn)品加工為主，經(jīng)濟(jì)效益較低。海帶糕、海帶飲料、海帶營(yíng)養(yǎng)調(diào)味汁等花色品種的增加，為海帶市場(chǎng)注入了新活力，增加了海帶的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，也提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。利用海帶的功效成分和活性物質(zhì)開(kāi)發(fā)能滿足機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)素需要、大眾消費(fèi)者能夠日常食用的海帶產(chǎn)品，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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