紫菜生物活性成分及其應(yīng)用研究進(jìn)展

江濤，費(fèi)帆，方婷*

（1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建福州350002；2.福建省工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證審查技術(shù)中心，福建福州350011）

紫菜隸屬紅藻門，紅毛菜科[1]，其營(yíng)養(yǎng)成分有蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、維生素、微量元素等。其中，紫菜中蛋白質(zhì)含量豐富，富含多種人體必需與非必需氨基酸[2]。紫菜生物活性成分主要可以分為以下幾類：多糖、藻膽蛋白、活性肽、多酚，這些生物活性成分都具有重要作用，如抗氧化、抗腫瘤、降血壓等。隨著現(xiàn)代食品加工技術(shù)不斷完善，充分利用紫菜資源，可以生產(chǎn)不同類型的產(chǎn)品。為此，科研人員對(duì)紫菜的生物活性成分進(jìn)行相關(guān)研究并拓寬其應(yīng)用。本文從紫菜生物活性成分出發(fā)，較為全面總結(jié)紫菜生物活性成分的提取工藝與作用，并且歸納紫菜的產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀，為紫菜生物活性成分研究以及新型產(chǎn)品的開發(fā)提供重要依據(jù)。

1 紫菜生物活性成分

1.1 多糖

多糖是由糖苷鍵相連，至少由10個(gè)單糖所組成的高分子化合物[3]。紫菜多糖是多糖的一種，由多糖來(lái)源而區(qū)分，屬于水溶性多糖[4]。紫菜多糖以半乳糖為主，其中含有豐富的糖醛酸，其多糖殘基可以與硫酸根、半乳糖醛酸基等基團(tuán)相互連接[5]。因此，紫菜多糖屬于半乳糖硫酸酯。實(shí)驗(yàn)室最常用的多糖提取方法是水提醇沉法，另外還有酶解法、膜處理法以及超臨界萃取法等。鑒于高效提取紫菜多糖的需求，張帥等[6]采用超聲波輔助水提-蛋白酶解法，通過(guò)正交試驗(yàn)，比較不同溫度、時(shí)間與水料比對(duì)多糖提取效率的影響，最終確定最佳提取工藝。同時(shí)，Geng等[7]將酶解法和超聲波輔助水提-酶解法相比較，結(jié)果表明：在常用紫菜多糖提取方法中，單一提取方法不僅提取率低且損失量大。故運(yùn)用超聲波輔助水提與蛋白酶酶解法相互協(xié)同提取后可高效獲得紫菜多糖。此方法為紫菜多糖提取提供新經(jīng)驗(yàn)，值得參考。雖然大多數(shù)多糖如淀粉、纖維素等為動(dòng)植物提供能量，維持著動(dòng)植物正常生命活動(dòng)，但是紫菜多糖擁有著除提供能量外更為重要的功能，如乳化[8]、抗腫瘤[9]、抗氧化[10]等。

由于紫菜多糖的表面活性，使其可以吸附在油水界面并在乳滴表面形成一層水化膜，阻止油滴相互聚集。在乳液形成以后，由于乳液表面形成的水化膜厚度較厚，紫菜多糖分子將永久吸附在乳液表面，保證乳液的穩(wěn)定性。Fang等[11]利用紫菜多糖制備生物高聚物乳化劑，通過(guò)降低靜電斥力，形成穩(wěn)定緊湊的膠束結(jié)構(gòu)，從而使乳液具有極高的穩(wěn)定性和黏彈性。此外，紫菜多糖可以增強(qiáng)免疫調(diào)節(jié)功能，使免疫細(xì)胞產(chǎn)生增殖作用，對(duì)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生抑制，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)紫菜多糖抗腫瘤作用已取得極大的研究進(jìn)展。Kholiya等[12]以紫菜多糖為原料生產(chǎn)一種瓊脂醛，利用X-射線衍射（X-ray diffraction，XRD）、掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）、 透 射 電 子 顯 微 鏡（transmission electron microscope，TEM）3 種光譜分析瓊脂醛的生物物理特性，并作體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)探究其抗腫瘤活性，結(jié)果表明，瓊脂醛對(duì)ME-180、結(jié)腸-26和HL-60異種移植的小鼠體內(nèi)腫瘤細(xì)胞分別抑制了64%、27.3%、51%，小鼠存活率高達(dá)83%～100%。張忠山等[13]探究紫菜半乳聚糖及其抗腫瘤活性，結(jié)果表明，紫菜半乳聚糖對(duì)人胃癌細(xì)胞株MCF-7、人肝癌細(xì)胞株、胃癌細(xì)胞BGC-823、人血癌細(xì)胞K562具有較高抑制活性，能夠防止細(xì)胞癌變，改善人體免疫調(diào)節(jié)功能。吳飛燕[14]利用生物技術(shù)提取條斑紫菜、大型海藻脆江籬和龍須菜多糖，分別處理患有食管癌的小鼠，分析小鼠癌細(xì)胞抑制率與存活率，結(jié)果表明，紫菜多糖與脆江籬具有抑制腫瘤細(xì)胞、促進(jìn)細(xì)胞凋亡的作用，有效降低食管癌細(xì)胞增殖，提升小鼠存活率。研究表明，紫菜多糖對(duì)OH自由基、超氧陰離子自由基、DPPH自由基有著較強(qiáng)的清除率，具有極強(qiáng)抗氧化活性。黃海潮等[15]通過(guò)超聲波輔助過(guò)氧化氫提取紫菜多糖，以清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基，發(fā)現(xiàn)該自由基清除率高達(dá)65%，且隨提取濃度的提高，自由基清除率明顯上升。

1.2 藻膽蛋白

藻膽蛋白是從藻類中分離純化的蛋白質(zhì)，通過(guò)硫醚共價(jià)鍵將脫輔基蛋白與藻膽素相互連接形成[16]。同時(shí)，藻膽蛋白是藻類光合作用補(bǔ)充光能的重要蛋白。目前，研究人員發(fā)現(xiàn)4種藻膽蛋白：藻紅蛋白、藻藍(lán)蛋白、藻紅藍(lán)蛋白與別藻藍(lán)蛋白[17]。Kissoudi等[18]運(yùn)用超聲波輔助硫酸銨沉淀-高效液相色譜法提取藻膽蛋白，先用超聲法和反復(fù)凍融循環(huán)對(duì)紫菜進(jìn)行裂解，而后利用20%～35%硫酸銨使蛋白質(zhì)膠粒凝結(jié)沉淀，進(jìn)而使用高效液相色譜法對(duì)其進(jìn)行純化，最后采用分光光度計(jì)法進(jìn)行純度測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果得到2.5倍純度藻膽蛋白且精密度小于5.6%，回收率高達(dá)91.2%。此方法不僅提取率高，還可應(yīng)用于純化蛋白與制備天然色素的初步階段。

紫菜藻膽蛋白具有抗腫瘤與抗氧化作用[19]。紫菜藻膽蛋白可以產(chǎn)生光敏反應(yīng)，釋放自由基，進(jìn)攻腫瘤細(xì)胞，抑制腫瘤細(xì)胞增殖，以達(dá)到抗腫瘤目的。何培民[20]進(jìn)行藻膽蛋白的體外光動(dòng)力學(xué)活體實(shí)驗(yàn)，從而建立一套紫菜藻膽蛋白與腫瘤抗體偶聯(lián)技術(shù)，為未來(lái)開發(fā)高效、特異性、廉價(jià)的光敏劑奠定基礎(chǔ)。Senthilkumar等[21]以紫菜藻膽蛋白為原料制備一種蛋白提取物，治療由N-二乙基亞硝胺致癌物質(zhì)誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞增殖的病變小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)病變小鼠肝癌細(xì)胞增殖變慢，健康狀況有所改善。同時(shí)，正常小鼠使用藻膽蛋白提取物后，肝臟得以保護(hù)，這為預(yù)防肝癌，開創(chuàng)“營(yíng)養(yǎng)療法”奠定一定的基礎(chǔ)。另外，張文怡[22]通過(guò)雙酶解法對(duì)紫菜藻膽蛋白進(jìn)行分離純化得到藻紅蛋白，然后用中空纖維膜對(duì)藻紅蛋白進(jìn)行濃縮得到高純度濃縮液，分別處理DPPH自由基、OH自由基以及超氧陰離子自由基，結(jié)果表明，藻膽蛋白具有極強(qiáng)抗氧化能力，清除DPPH自由基的IC50值為0.30 mg/mL，清除超氧自由基的IC50值為0.26 mg/mL，清除羥基自由基的IC50值為2.60 mg/mL。藻膽蛋白還具有一定的抗炎效果，藻膽蛋白是一種大分子化合物，不可以通過(guò)靜脈注射的方式達(dá)到抗炎效果，卻可以通過(guò)制備成口服藥物將大分子化合物分解成如氨基酸等小分子物質(zhì)供人體吸收。雖然目前對(duì)藻膽蛋白研究逐漸完善，但是其抗炎的機(jī)理卻無(wú)法解釋，因此需要對(duì)藻膽蛋白的代謝途徑以及產(chǎn)物進(jìn)行分析鑒定，以完善其抗炎機(jī)理。

1.3 活性肽

活性肽由多種氨基酸以不同的組合排列方式形成二肽直至多肽[23]。紫菜活性肽從紫菜蛋白中提取，經(jīng)分離純化可以得到抑制α-淀粉酶活性肽[24]、降血壓活性肽[25]、抗氧化活性肽[26]等。紫菜作為海洋植物，其習(xí)性、生長(zhǎng)環(huán)境等方面都不同于陸地植物，這也直接導(dǎo)致紫菜活性肽不同于其它陸地植物活性肽，在活性肽的結(jié)構(gòu)、組成、理化性質(zhì)等方面存在著差異，這使紫菜活性肽具有多種功能，例如降血糖、降血壓、抗氧化等。因此，研究人員對(duì)紫菜活性肽的提取、理化檢驗(yàn)、開發(fā)應(yīng)用產(chǎn)生濃厚興趣。紫菜活性肽提取常用方法有超聲波輔助酶提取、酶與膜分離耦合、混合酶法等[27]。研究表明，采用超濾膜過(guò)濾[28]、高壓脈沖電場(chǎng)、高壓靜水法[29]等對(duì)紫菜酶解產(chǎn)物進(jìn)行活性肽提取有著高效、高量的特點(diǎn)。

降血壓活性肽是極為重要的活性肽，具有降血壓作用。降血壓活性肽即血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制肽[30]，在正常成年人的調(diào)節(jié)血壓系統(tǒng)中，其調(diào)節(jié)方式是人體多種系統(tǒng)之間相互配合。降血壓存在著一定的作用機(jī)理，其中最重要的是激肽釋放酶—激肽系統(tǒng)（kallikrein-kinin system，KKS）[31]。其降壓機(jī)理是在激肽釋放酶-激肽降壓系統(tǒng)中，應(yīng)用紫菜降血壓活性肽抑制血管緊張素轉(zhuǎn)化酶活性，使激肽釋放，以降低血壓。研究表明，食源性降血壓活性肽的降壓機(jī)理已經(jīng)得到證實(shí)。Qian等[32]以紫菜降血壓活性肽制備血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑，處理自發(fā)高血壓的小鼠，結(jié)果表明，抑制劑作用后，小鼠血壓顯著下降，但是降壓的持續(xù)作用時(shí)間較短，加大劑量可提升降壓作用時(shí)間。此外，紫菜蛋白還存在α-淀粉酶抑制肽，可以抑制α-淀粉酶活性，從而降低血糖，治療糖尿病。ADMASSU等[33]從紫菜蛋白酶解物中分離具有抑制活性的α-淀粉酶抑制肽，并對(duì)其進(jìn)行鑒定以及抑制活性測(cè)定，結(jié)果表明，此肽為Gly-Gly-Ser-Lys和Glu-Leu-Ser且抑制α-淀粉酶的活性達(dá)到（88.67±1.05）%。

因此，從紫菜中提取降血壓活性肽、α-淀粉酶抑制活性肽等以開發(fā)藥物，甚至食用紫菜食品，都具有一定治療效果。這種食源性活性肽的直接食用食品或者藥物的方式，簡(jiǎn)便、可食、無(wú)毒、無(wú)副作用以及安全性高，可開發(fā)新型藥物、保健品以及各類食品。這為紫菜作為食源性活性肽產(chǎn)品的重要原料來(lái)源提供方向。

1.4 多酚

多酚別名單寧，廣泛存在于植物體內(nèi)，例如可可豆、茶葉、大豆等[34]。紫菜多酚也屬植物多酚類，目前檢測(cè)出紫菜多酚具有多種活性，例如抗氧化性、抗腫瘤性等且以抗氧化性為主要活性作用[35]。Sharma等[36]通過(guò)索氏提取法聯(lián)合超高效液相色譜-電噴霧飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜法（ultra-high-performance liquid chromatography，electrospray ionization coupled with quadrupoletime-of-flight mass spectrometry，UHPLC-ESI-QTOFMS）對(duì)紫菜多酚進(jìn)行高效提取并對(duì)多酚進(jìn)行詳盡和全譜分析。評(píng)估對(duì)比另外3種不同的提取分析方法，結(jié)果表明，此方法對(duì)紫菜多酚提取、表征鑒定有著最佳效果。陳洪彬等[37]運(yùn)用單因素試驗(yàn)確定最佳的紫菜多酚提取工藝，同時(shí)進(jìn)行體外抗氧化試驗(yàn)。結(jié)果表明：紫菜多酚對(duì)DPPH自由基以及ABTS+自由基有超強(qiáng)的清除能力，清除率高達(dá)80%。AL-SHAYA等[38]提取紫菜多酚制備的抗氧化劑，處理超氧陰離子自由基、OH自由基，自由基清除率高達(dá)76%。研究表明，紫菜多酚可以清除原有自由基，同時(shí)自身生成比較穩(wěn)定的酚類自由基，使其具備一定抗氧化以及清除自由基的能力。

2 紫菜生物活性成分的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紫菜開發(fā)與應(yīng)用相繼產(chǎn)生。紫菜不僅加工成各種具有不同營(yíng)養(yǎng)特性、外觀屬性的食品以滿足消費(fèi)者需求，而且可以應(yīng)用于生物技術(shù)行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、美妝行業(yè)等。

2.1 熒光試劑

藻膽蛋白是一種特有的色素捕獲蛋白[39]。藻紅蛋白屬藻膽蛋白，臧帆等[40]對(duì)藻膽蛋白結(jié)構(gòu)、功能作出詳盡的研究和總結(jié)，藻膽蛋白是一種由3種亞基（α、β和γ）所組成的特有蛋白，3種亞基中γ最為重要，可以使藻紅蛋白趨于穩(wěn)定。藻紅蛋白可以有效地將各種蛋白色素相互連接，對(duì)短波顏色進(jìn)行吸收且效率較高，從而讓常見藻類在淺海，甚至是在深海綠光或者較弱的藍(lán)光中高效捕獲和傳遞光能，為藻類生長(zhǎng)繁殖提供動(dòng)力[41]。研究人員在發(fā)現(xiàn)藻紅蛋白捕獲和傳遞光能的功能、結(jié)構(gòu)以及機(jī)理后，開始研究熒光標(biāo)記。在一定波長(zhǎng)光照射下，藻紅蛋白可以發(fā)射出強(qiáng)烈熒光，其強(qiáng)度是普通熒光素的300倍。因此熒光技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是常用的檢測(cè)技術(shù)。同時(shí)，高純度的藻紅蛋白可以與抗體、免疫蛋白等相互結(jié)合制備熒光探針，用于疾病診斷。

2.2 藥物

紫菜藻膽蛋白具有一定光敏作用，在一定波長(zhǎng)光激活作用下放出單線態(tài)氧以及其它自由基，可以進(jìn)攻癌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞，通過(guò)光動(dòng)力學(xué)殺傷作用，減緩癌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散。但是，目前常用的光敏藥物主要是由全血中分離得到的血葉琳衍生物[42]。這種分離物不僅價(jià)格昂貴，而且具有一定副作用[43]，容易對(duì)病人造成如皮膚光中毒、過(guò)敏等反應(yīng)。因此，這種情況使腫瘤光動(dòng)力學(xué)治療受到極大限制。最新研究表明紫菜藻膽蛋白完全可以成為一種全新的、高效的，對(duì)病人無(wú)毒害作用的光敏藥物。另外，應(yīng)用紫菜降血壓、抗腫瘤、降血脂、抗炎等活性作用[44]可以制備降血壓、抗阿爾茨海默病、降血脂、消炎、抗糖尿病等藥物[45]。

2.3 化妝品和護(hù)膚品

紫菜多糖、多酚類等生物活性成分都具有抗衰老、抗氧化的活性作用，這種活性作用非常適用于護(hù)膚品及美妝產(chǎn)品開發(fā)。通過(guò)特定技術(shù)將紫菜活性成分復(fù)配運(yùn)用至化妝品可以有效增強(qiáng)化妝品的功能效用[46]。楊亞云[47]通過(guò)對(duì)比四大海藻多糖保濕率以及相應(yīng)化妝品效用，得出紫菜紅藻類多糖活性物質(zhì)所復(fù)配的面膜和護(hù)膚霜具有良好護(hù)膚美妝效用且相比于另外三類海藻有更好功效。

2.4 食品

一方面，紫菜通過(guò)簡(jiǎn)單加工手段例如干制等可以制成紫菜干，之后通過(guò)剪切以及包裝方式得到紫菜制品，例如剪碎后裝入小包裝袋可以得到調(diào)味食品，這種產(chǎn)品廣泛用于方便以及軍用快速食品。同時(shí)，各類紫菜食品例如調(diào)味海苔食品、紫菜蛋花湯、紫菜炒飯等也成為中國(guó)百姓餐桌常見食品。但是，目前紫菜主要是作為一種輔料食品并且已經(jīng)為廣大消費(fèi)者所接受。另一方面，紫菜通過(guò)精深加工例如多糖、蛋白質(zhì)提取后應(yīng)用于醬油，這種方式可以有效增強(qiáng)醬油的鮮味。朱力等[48]開發(fā)了一款紫菜醬食品，產(chǎn)品將紫菜加工與傳統(tǒng)醬工藝相互結(jié)合，產(chǎn)品碘含量豐富成為缺碘人群新型天然保健品。周秀琴[49]開發(fā)了一款紫菜瓊脂果凍，利用紫菜、糖、鹽、蜂蜜、瓊脂等配料，在鍋中熬煮后冷卻，容器分裝制得。這種果凍制品有著紫菜獨(dú)特風(fēng)味且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富[50]。

2.5 其它

如今，紫菜資源應(yīng)用已十分廣泛，更值得關(guān)注的是紫菜加工后期殘?jiān)?。鄧紅霞[51]利用紫菜殘?jiān)_發(fā)紫菜沙司，風(fēng)味獨(dú)特，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，解決紫菜腥味重以及殘?jiān)速M(fèi)問(wèn)題，為紫菜資源后期開發(fā)利用打下基礎(chǔ)。同時(shí)，紫菜作為海藻，養(yǎng)殖于沿海地帶，可以有效固化氮、磷等元素，防止因元素超量而導(dǎo)致嚴(yán)重的“赤潮”現(xiàn)象。另外，紫菜以及其它的海藻都具有較強(qiáng)光合作用，可以吸收二氧化碳，釋放氧氣，為緩解溫室效應(yīng)以及全球變暖做出巨大貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

紫菜是一種具有極高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的海藻，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分和多種活性成分，其不論是作為食品，還是應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，都符合國(guó)家海洋開發(fā)戰(zhàn)略以及人們健康綠色的生活方式。現(xiàn)階段，紫菜資源研究主要集中在活性成分和產(chǎn)品開發(fā)兩方面，則歸納先進(jìn)的提取工藝以及應(yīng)用顯得很有必要。同時(shí)，更值得關(guān)注的是其活性成分具有的協(xié)同作用，可為開發(fā)新型藥物、食品等提供寶貴依據(jù)。紫菜藻膽蛋白其抗氧化活性與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系以及抗炎作用機(jī)理都尚未可知且熒光探針技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室階段；紫菜多糖應(yīng)用于化妝品和護(hù)膚品的開發(fā)也只是處于初級(jí)階段。紫菜殘?jiān)幚硪约疤嵘郊又?，卻鮮有報(bào)道。因此，紫菜的價(jià)值不應(yīng)該只是局限在已開發(fā)的部分，更應(yīng)該涉及到殘?jiān)约捌渌鼜U料的利用，從而“變廢為寶”，應(yīng)用于食品、藥品、醫(yī)學(xué)等各個(gè)方面。