海帶多糖的結(jié)構(gòu)特征、生物活性及其應(yīng)用

◎ 林曉娟，蘇志琛，陳繼承

（福建農(nóng)林大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350000）

海帶中含有豐富的多糖，且應(yīng)用范圍非常廣泛，在食品、農(nóng)業(yè)、膳食補(bǔ)充劑等領(lǐng)域都有涉及。在過(guò)去的幾年里，人們對(duì)褐藻細(xì)胞壁中不同類(lèi)型的多糖產(chǎn)生極大的興趣[1]，尤其是海帶多糖[2]。海帶多糖是一種幾乎無(wú)副作用且有著豐富生理活性的植物多糖，是一種活性成分，在維持人體健康、預(yù)防各類(lèi)疾病方面意義重大，同時(shí)在食品領(lǐng)域具有廣闊的前景。海帶多糖是一種存在于褐藻中的開(kāi)發(fā)相對(duì)不足的多糖，近些年來(lái)研究者們對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，加大了對(duì)海帶多糖的利用，市場(chǎng)前景非常廣闊。

1 海帶多糖的概述

1.1 海帶多糖的分類(lèi)

海藻多糖根據(jù)其來(lái)源不同主要?jiǎng)潪楹衷宥嗵?、綠藻多糖以及紅藻多糖3大種類(lèi)，而海帶多糖是源于褐藻的多糖[3]。根據(jù)溶解性的不同，海帶多糖可分為可溶性海帶多糖和不溶性海帶多糖，其中可溶性海帶多糖主要有纖維素、半纖維素，不溶性海帶多糖主要有褐藻膠、巖藻多糖硫酸酯和褐藻淀粉[4-5]；根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，海帶多糖一般可分為褐藻膠、巖藻多糖和褐藻淀粉3大類(lèi)[6]。海帶多糖是通過(guò)D-吡喃葡萄糖中的β-1,3糖苷鍵將其連接形成的一種β-葡聚糖[7]，由于海帶多糖的硫酸化結(jié)構(gòu)比較特殊，并且多糖含量較豐富，因而具有多種生物學(xué)功效，用途也非常廣泛。

1.2 海帶多糖的結(jié)構(gòu)

巖藻多糖富含硫酸基，硫酸基團(tuán)主要位于4號(hào)位，在褐色海藻中廣泛存在。不同海藻含有的巖藻多糖結(jié)構(gòu)不盡相同，大致分為兩種類(lèi)型：一種是以（1-3）α-L-吡喃巖藻糖為重復(fù)單元的主鏈，另一種是以（1-3）-吡喃巖藻糖和（1-4）-α-L-吡喃巖藻糖為重復(fù)單元的主鏈[8]。海帶中的巖藻多糖多以1,4-鍵和1,3-鍵的方式存在，由α-L-巖藻糖-4-硫酸酯單體聚合而成。海帶巖藻多糖提取物含有的均一多糖TC-1主要由巖藻糖構(gòu)成，并且還具有結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的硫酸酯多糖[9]、半乳糖以及少量的葡萄糖、木糖和甘露糖[10]。海帶中巖藻多糖的含量一般為0.3%～1.5%。

褐藻膠主要由α-1,4-L-古羅糖醛酸（G）和β-1,4-D-甘露糖醛酸（M）構(gòu)成，褐藻膠中M和G是以M-嵌段、G-嵌段和MG-嵌段存在[11]，在海帶中，M/G的值在2.26左右，且海帶基部＞中部＞尖部，M/G的比值不同不僅造成其結(jié)構(gòu)具有差異，對(duì)其性質(zhì)也會(huì)造成一定的影響[12]。褐藻膠包含LP-1、LP-2、LP-3以及LP-4 4個(gè)組分，其中LP-1組分含量較少，LP-3和LP-4都是均一多糖，而LP-2又包括了LP-21和LP-22兩種均一多糖。褐藻膠包括了水不溶性的褐藻酸，各種水溶性和水不溶性的藻酸鹽類(lèi)，如褐藻酸鈉、褐藻酸胺等[13]。海帶中褐藻膠的含量一般在15%～25%。

褐藻淀粉是存在于細(xì)胞質(zhì)中的多糖，主要由β-1,3-D-葡聚糖組成，還有少量的β-1,6鏈間糖苷鍵在其長(zhǎng)鏈。褐藻淀粉包括水溶性和水不溶性?xún)煞N：支鏈數(shù)目決定其溶解度，支鏈多的為水溶性，可溶于冷水；支鏈少的不可溶于水，只能溶于熱水。褐藻淀粉在海帶中的含量較少，約為1%。

2 海帶多糖的生物學(xué)功效及其作用機(jī)制

2.1 調(diào)節(jié)腸道菌群

2.1.1 調(diào)節(jié)腸道菌群代謝物

海藻多糖由多糖代謝產(chǎn)生的短鏈脂肪酸（SCFAs）可以抑制腸道內(nèi)有害物質(zhì)生成，抑制有害菌生長(zhǎng)，在維持宿主健康和預(yù)防疾病方面起著重要作用。海帶多糖可通過(guò)微生物如乳酸菌、雙歧桿菌等進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)生SCFAs，尤其是低聚糖更容易被酵解利用，產(chǎn)生更多的SCFAs，主要有乙酸、丙酸和丁酸等，被宿主細(xì)胞快速吸收和代謝，刺激相關(guān)基因表達(dá)，其中乙酸在結(jié)腸內(nèi)被吸收，為肌肉提供能源以及促進(jìn)脂肪組織的合成，丙酸通過(guò)抑制3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A的活性來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)體膽固醇的含量[14]。

2.1.2 改變腸道微生物組成

益生菌具有很大的開(kāi)發(fā)潛力，可以作為優(yōu)勢(shì)菌調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡、防治疾病。當(dāng)機(jī)體自由基增多時(shí)會(huì)產(chǎn)生氧化應(yīng)激，并造成腸道微生物的結(jié)構(gòu)紊亂，而功能性膳食補(bǔ)充劑的攝入可以有效清除自由基，促進(jìn)益生菌的增殖，提高抗氧化能力，從而維持機(jī)體健康[15]。多糖是膳食補(bǔ)充劑中的一種，具有改善機(jī)體腸道微生態(tài)的作用，具有益生元作用，是理想的微生態(tài)調(diào)節(jié)劑[16]。有研究表明羊棲菜多糖以及巖藻多糖可以使厚壁菌門(mén)和擬桿菌門(mén)的比值降低，促進(jìn)有益菌的生長(zhǎng)，可以預(yù)防乳腺癌[17]。

2.2 降血脂

2.2.1 降低膽固醇和甘油三酯

海帶多糖尤其是巖藻多糖的注入可以增加低密度脂蛋白受體（LDL-R）的表達(dá)，加速TC轉(zhuǎn)化為膽汁酸的代謝過(guò)程，同時(shí)低密度脂蛋白（LDL）與LDL-R結(jié)合后分解成氨基酸和游離膽固醇，降低LDL的水平。TC和甘油三酯（TG）的合成代謝跟酶的活性有關(guān)，在TG的合成中，脂肪酸合成酶（FAS）和乙酰輔酶A羧化酶-1（ACC1）起著重要的作用，是脂肪酸合成的限速酶，它可以通過(guò)調(diào)整該因子的表達(dá)量來(lái)減少游離脂肪酸的量進(jìn)而減少TG的積累。脂肪甘油三酯脂肪酶是水解TG的限速酶，可以通過(guò)提高甘油三酯脂酶的活性來(lái)加快TG的代謝速度[18]。有研究表明海帶多糖不管是作為飼料的輔料給動(dòng)物食用，還是作為溶液注入高脂動(dòng)物體中，都會(huì)降低TC、TG的含量[19]。

2.2.2 降低脂質(zhì)過(guò)氧化

游離的脂肪酸超載會(huì)誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，進(jìn)而誘導(dǎo)促炎基因的表達(dá)并抑制抗氧化酶的表達(dá)，與長(zhǎng)鏈脂肪酸氧化有關(guān)的過(guò)氧化物酶會(huì)產(chǎn)生過(guò)氧化物作為底物，從而產(chǎn)生額外的自由基。將海帶多糖制成相關(guān)溶液灌入高脂動(dòng)物體內(nèi)，可提高SOD活性，增強(qiáng)SOD清除羥基自由基和超氧化自由基的能力。海帶多糖的抗氧化活性主要依賴(lài)于多糖的結(jié)構(gòu)，與分子結(jié)構(gòu)、單糖單元數(shù)目、分支程度和長(zhǎng)度等多種因素有關(guān)[20]，而低分子量海帶多糖抗氧化活性的增強(qiáng)可能是由于海帶多糖分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，如在輻照處理過(guò)程中，海帶多糖結(jié)構(gòu)中羰基的數(shù)量增加，這些帶電基團(tuán)可能與過(guò)渡金屬離子相互作用，加強(qiáng)對(duì)脂質(zhì)過(guò)氧化的保護(hù)。

2.3 降血糖

2.3.1 調(diào)節(jié)相關(guān)酶的活性

血糖的合成代謝與多種酶的活性有關(guān)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)酶的活性來(lái)降低血糖。α-葡萄糖苷酶是一種重要的糖類(lèi)消化酶，能夠催化α-（1,4）-糖苷鍵水解，使寡糖水解生成葡萄糖，通過(guò)抑制α-葡萄糖苷酶的活性，能夠降低餐后血糖水平，從而預(yù)防糖尿病。己糖激酶和葡萄糖激酶可以催化葡萄糖轉(zhuǎn)化為6-磷酸葡萄糖，促使肝糖原的合成，多糖可以通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)酶活性改善糖代謝，進(jìn)而控制血糖含量。研究表明海帶多糖可以降低α-葡萄糖苷酶的活性，且隨著濃度的增加其抑制率越高，IC50僅為 38 μmol·L-1。

2.3.2 提高胰島素水平

有研究表明褐藻多糖硫酸酯可通過(guò)提高血清胰島素水平，降低血糖含量，且高劑量的褐藻多糖硫酸酯降血糖效果更明顯。于竹芹等人研究了海帶多糖對(duì)Ⅱ型糖尿病小鼠胰島細(xì)胞（CrlR）表達(dá)的影響，將海帶多糖溶液注入高脂小鼠中，經(jīng)海帶多糖治療后，動(dòng)物血清空腹血糖水平顯著降低，肝臟和胰島細(xì)胞CrlR mRNA以及蛋白表達(dá)水平得到大幅提升，實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出海帶多糖使肝臟和胰島細(xì)胞CrlR表達(dá)有所提升，以此來(lái)使胰島素抵抗受到一定程度的抑制，從而實(shí)現(xiàn)降糖功效。

3 海帶多糖的應(yīng)用

3.1 海帶多糖在食品方面的應(yīng)用

3.1.1 海帶多糖在新型食品的應(yīng)用

海帶多糖具有多種生理功效，在食品領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)前景非常廣闊。由于海帶多糖和淮山粉具有不同的理化性狀，可采用噴霧干燥技術(shù)研發(fā)出新型產(chǎn)品淮山-海帶多糖固體飲料[21]，該產(chǎn)品為海帶多糖的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供了新思路。同時(shí)基于乳酸菌發(fā)酵的原理，以海帶多糖為基質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)生大量乳酸菌，海帶可以利用乳酸菌的發(fā)酵作用改變本身的腥味，利用這一原理開(kāi)發(fā)出具有安全性、高質(zhì)量且能夠延長(zhǎng)冷藏貨架期的增值型海藻產(chǎn)品，如海帶泡菜，以此創(chuàng)造出高附加值的海藻產(chǎn)品。

3.1.2 海帶多糖在貯藏保鮮方面的應(yīng)用

海藻酸鈉是一種天然多糖類(lèi)化合物，由于其生物相容性好，可作為可食性涂膜，在果蔬表面起到調(diào)整氣體的作用，通過(guò)抑制乙烯的生成和呼吸作用增加果蔬貯藏期[22]。海藻酸鈉在微膠囊方面也有一定的應(yīng)用，周莉等人將兩歧雙歧桿菌包埋在海藻酸鈉和乳清蛋白中制成微膠囊，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)人工胃液處理后的菌體仍存在較高的存活率，在模擬腸液中60 min后能夠完全釋放出來(lái)，可以顯著提高兩歧雙歧桿菌在模擬消化液處理后的存活率[23]。

3.2 海帶多糖在醫(yī)藥保健方面的應(yīng)用

海帶多糖具有降血脂、降血糖、抗氧化、抗癌以及調(diào)節(jié)腸道菌群等功能。但海帶多糖在醫(yī)藥保健中的應(yīng)用未得到有力的推廣，因此對(duì)海帶多糖的深入研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)圍繞其生物活性和藥理作用進(jìn)行，開(kāi)發(fā)出大眾日常食用的保健品，滿(mǎn)足人們對(duì)營(yíng)養(yǎng)素的需求。從海帶中分離提取的海藻酸PPS（藻酸雙酯鈉）在治療缺血性心血管疾病方面具有顯著的效果，被廣泛應(yīng)用于臨床，但是還存在著不良反應(yīng)，有待改善。從海帶中提取的褐藻多糖硫酸酯，研究人員對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究后，完成了二期臨床試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其對(duì)治療腎病綜合征和早、中期慢性腎衰效果顯著[24]。

3.3 海帶多糖在化妝品方面的應(yīng)用

隨著年齡的增長(zhǎng)，人體皮膚組織的抗氧化能力會(huì)下降，氧自由基數(shù)量增多，膠原蛋白的含量減少，從而造成人體皮膚逐漸衰老。相關(guān)研究表明海帶多糖具有很強(qiáng)的清除自由基能力，可以作為化妝品中的防曬成分，起到防止衰老的作用。同時(shí)海帶多糖具有較好的保濕性和吸濕性，可作為面膜的成分，起到較好的保濕效果[25]。

4 結(jié)語(yǔ)

盡管海帶多糖已經(jīng)在多項(xiàng)研究中被證實(shí)對(duì)人體健康具有很多益處，然而大部分僅限于應(yīng)用研究，在市場(chǎng)未得到有效推廣。在未來(lái)對(duì)海帶多糖的研究應(yīng)要特別注重其在藥品、保健品以及功能性食品方面的應(yīng)用，通過(guò)在這幾個(gè)方面研究，開(kāi)發(fā)出更具有廣泛價(jià)值的產(chǎn)品，使海帶多糖的功效成分能夠在保護(hù)人體健康方面發(fā)揮更好的功效。