裙帶菜孢子葉的生物活性物質(zhì)及其在食品中的應(yīng)用

閆程程,劉海梅,趙芹,牛麗紅,蔣邦智,柳玉琳,閆晴,于慧

(魯東大學(xué) 食品工程學(xué)院,山東 煙臺(tái),264025)

裙帶菜(Undariapinnatifida) 隸屬于褐藻門(mén)、褐子綱、海帶目、翅藻科、裙帶菜屬,亦稱(chēng)“海薺菜”,是一種大型經(jīng)濟(jì)褐藻[1]。主要分布于韓國(guó)、中國(guó)、日本,是亞洲最常食用的海藻之一,在澳大利亞和新西蘭等國(guó)家也越來(lái)越受歡迎。我國(guó)裙帶菜的產(chǎn)量位居世界第三,2019年中國(guó)海藻年產(chǎn)量為256萬(wàn)t,其中裙帶菜產(chǎn)量20.24萬(wàn)t[2],主要分布在渤海地區(qū)的旅順、大連,瀕臨黃海的煙威地區(qū)以及浙江的嵊泗群島等,除自然生長(zhǎng)外,大連還有較大規(guī)模的人工養(yǎng)殖裙帶菜。如圖1所示,裙帶菜外形因像芭蕉葉扇和裙帶,故取其名,葉片扁平,中部有隆起的中肋,葉片從中間至邊緣逐漸變薄,常形成多數(shù)羽狀裂片。其柄為圓柱狀,在裙帶菜的繁殖季節(jié),葉柄側(cè)旁會(huì)著生出一種木耳狀、厚而富含膠質(zhì)的重疊褶皺結(jié)構(gòu),稱(chēng)為孢子葉,俗稱(chēng)“耳朵”,多出現(xiàn)在成熟的裙帶菜中,內(nèi)含孢子囊群。近年來(lái),隨著對(duì)藻類(lèi)的開(kāi)發(fā)利用,裙帶菜較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值逐步被發(fā)現(xiàn),有“天然螺旋藻”的美稱(chēng),引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注[3]。

圖1 裙帶菜形態(tài)圖[4]Fig.1 Morphology of Undaria pinnatifida

孢子葉是裙帶菜的繁殖器官,生長(zhǎng)在裙帶菜的莖部,靠近假根處，因含有較多的纖維素,質(zhì)地較硬,不能滿足人們的飲食需求。2019年孢子葉的年產(chǎn)量約為1.5萬(wàn)t[2],大多在加工過(guò)程中被視為廢料而丟棄,導(dǎo)致資源浪費(fèi)且造成環(huán)境污染。裙帶菜孢子葉營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量極其豐富,干物質(zhì)中碳水化合物的含量可達(dá)52.52%,引起很多學(xué)者的關(guān)注與研究[5];蛋白質(zhì)含量約為16.37%,具有不同的生理活性,氨基酸涉及種類(lèi)較為廣泛,含有18種氨基酸,其中必需氨基酸占到蛋白質(zhì)的39.27%,符合WHO/FAO的理想蛋白質(zhì)模式[6]。同時(shí),裙帶菜孢子葉中粗脂肪含量約為2.22%,多不飽和脂肪酸含量豐富,其中,n-3脂肪酸和n-6脂肪酸占脂肪酸總量的45.49%[7]。鈉、鉀、鈣等礦物質(zhì)含量較豐富。此外,裙帶菜孢子葉還含多種生物活性成分,具有良好的營(yíng)養(yǎng)和保健功效,逐漸成為研究的熱點(diǎn)。本文對(duì)裙帶菜孢子葉生物活性物質(zhì)的功能特性及提取方法進(jìn)行了綜述,并對(duì)其在食品中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和展望,為裙帶菜孢子葉的綜合開(kāi)發(fā)利用提供理論參考。

1 裙帶菜孢子葉生物活性物質(zhì)的研究進(jìn)展

1.1 多糖

1.1.1 生理功效

裙帶菜孢子葉多糖按組成成分可分為3類(lèi)：褐藻糖膠、褐藻酸鈉及膳食纖維。褐藻糖膠的化學(xué)本質(zhì)是含巖藻糖的硫酸化多糖,具有抗腫瘤、抗炎、抗氧化、抗病毒、免疫調(diào)節(jié)、抗凝血等生理活性。褐藻酸鈉是由β-1, 4-D-甘露糖醛酸和α-1, 4-L-古洛糖醛酸不規(guī)則地連接起來(lái)的天然多糖分子,可減緩脂肪、糖和膽鹽的吸收,具有降血脂和降血糖的功效,在腸道中還能抑制有害金屬的聚集。此外,孢子葉中還富含膳食纖維,主要包括纖維素、半纖維素、戊聚糖、木質(zhì)素、果膠等,其中可溶性膳食纖維與不溶性膳食纖維含量均較高,分別為17.78%和20.22%[5]。膳食纖維能抵抗人體胃腸道中酶的消化,并能選擇性地刺激腸道有益菌群的生長(zhǎng),還具有降血糖、降血壓以及提高免疫力的作用[8]。

裙帶菜孢子葉中的多糖對(duì)抑制癌細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移以及凋亡具有重要意義。LEE等[9]采用酶法將從裙帶菜孢子葉中制備的高分子質(zhì)量半乳巖藻聚糖降解成低分子質(zhì)量多糖組分,研究證實(shí)其主要由α-巖藻糖和β-半乳糖組成,并通過(guò)抑制Akt/GSK-3β/β-catenin通路誘發(fā)細(xì)胞周期受阻和死亡,最終誘導(dǎo)人前列腺癌細(xì)胞株P(guān)C-3的外源性和內(nèi)源性凋亡,從而發(fā)揮對(duì)前列腺的抗癌作用。YOU等[10]通過(guò)醋酸銅水解和膜分離技術(shù)獲得了低分子質(zhì)量的巖藻聚糖硫酸酯,發(fā)現(xiàn)其可能通過(guò)改變分子構(gòu)象提高了硫酸基團(tuán)的結(jié)合特性,使得抗癌活性顯著提升。巖藻聚糖硫酸酯主要通過(guò)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制血管新生、激活免疫細(xì)胞、促進(jìn)細(xì)胞因子分泌等來(lái)達(dá)到抗癌效果,但由于其分子質(zhì)量大,結(jié)構(gòu)多樣化,溶解性較差、不易吸收,在功能性食品和醫(yī)藥行業(yè)中的應(yīng)用受到了限制。研究表明,巖藻聚糖硫酸酯的生物活性與其分子質(zhì)量有關(guān),在一定分子質(zhì)量范圍內(nèi),低分子質(zhì)量多糖因溶解性好、黏度低、容易吸收、生物利用度高等優(yōu)點(diǎn),比大分子多糖具有更好的生物活性,因此,低分子質(zhì)量的巖藻聚糖硫酸酯成為抗腫瘤制劑的重要研發(fā)對(duì)象。

從裙帶菜孢子葉中提取的多糖具有較好的抗炎功效,對(duì)機(jī)體修復(fù)具有顯著作用。KIM等[11]探討了低分子質(zhì)量(5 k～30 kDa)的巖藻聚糖硫酸酯在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)RAW264.7細(xì)胞炎癥中的關(guān)鍵作用,結(jié)果表明其可抑制有絲分裂激活蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)信號(hào)通路和氧化應(yīng)激作用,對(duì)炎性細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、IL-1和TNF-α具有明顯的抑制作用,并能夠阻斷活性氧(reactive oxygen species,ROS)的表達(dá)。SONG等[12]從孢子葉中分離出一種低分子質(zhì)量的巖藻聚糖硫酸酯,RAW264.7細(xì)胞能顯著抑制LPS誘導(dǎo)的炎癥因子NO和前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)的產(chǎn)生，以及誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)和環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)的表達(dá)。

近年來(lái),有學(xué)者發(fā)現(xiàn)從裙帶菜孢子葉中提取的巖藻聚糖硫酸酯具有較好的抗氧化活性,是一種極具潛力的天然抗氧化劑資源。PARK等[13]從裙帶菜孢子葉中制備獲得89、35、17和6 kDa的巖藻聚糖硫酸酯,發(fā)現(xiàn)低分子質(zhì)量的巖藻聚糖硫酸酯對(duì)B16BL6黑色素瘤細(xì)胞黑色素生成的抑制作用更強(qiáng),并表現(xiàn)出對(duì)超氧自由基和羥基自由基較好的清除能力。奚倩等[14]研究發(fā)現(xiàn)，裙帶菜孢子葉中的多糖能夠降低氧化損傷小鼠體內(nèi)的血清和腦組織中的丙二醛(malondialdehyde,MDA)水平,提高超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活力和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)水平,從而恢復(fù)機(jī)體的抗氧化能力。

對(duì)裙帶菜孢子葉多糖的抗病毒活性研究主要集中于抗I型、抗II型單純皰疹病毒(herpes simplexⅠvirus, HSV-1；herpes simplexⅡvirus, HSV-2)和流感病毒。KIM等[15]利用酶法降解裙帶菜孢子葉中的多糖,得到一種由半乳糖、甘露糖以及巖藻糖組成的分子質(zhì)量較低的甘露聚糖,對(duì)HSV-1有很強(qiáng)的抗病毒活性,半數(shù)抑制質(zhì)量濃度僅為2.64 μg/mL,作用機(jī)制是能夠競(jìng)爭(zhēng)性地結(jié)合宿主細(xì)胞表面上的受體,抑制病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞,從而發(fā)揮抗病毒作用。SYNYTSYA等[16]從裙帶菜孢子葉中獲得一種分子質(zhì)量約為 9 kDa的O-乙?；蛩峄瘞r藻聚糖,通過(guò)小鼠實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶l(fā)現(xiàn)該多糖對(duì)禽流感病毒(H5N3和H7N2亞型)具有防御作用,其機(jī)制主要是通過(guò)減少病毒復(fù)制和增加抗體產(chǎn)生。

此外,裙帶菜孢子葉多糖還有降血脂、抗凝血、抗糖尿病、免疫調(diào)節(jié)等功效。KIM等[17]采用纖維素酶提取孢子葉多糖,發(fā)現(xiàn)一種由海藻酸鹽和巖藻聚糖硫酸酯組成的復(fù)合膳食纖維,1.7%的添加量能顯著降低大鼠的體重及脂肪組織的積累,并改善血脂水平,包括甘油三酯、總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇。PARK等[13]從孢子葉中采用超高壓輔助酶法提取的巖藻聚糖硫酸酯具有抗凝血活性,發(fā)現(xiàn)其與降低的分子質(zhì)量和合適的硫酸基濃度有關(guān)。KIM等[18]報(bào)道了從孢子葉制備的巖藻聚糖硫酸酯粗品及其2個(gè)組分(5 kDa和5 k～30 kDa)在200 mg/mL質(zhì)量濃度下可顯著抑制非糖尿病小鼠口服葡萄糖耐量試驗(yàn)引起的高血糖,同時(shí),還可顯著降低糖尿病小鼠的血糖水平和改善胰島素敏感性。鄭桂青等[19]采用水提醇沉法從裙帶菜孢子葉中提取粗多糖,經(jīng)DEAE-瓊脂糖陰離子交換柱層析分離后,發(fā)現(xiàn)UPP-2和UPP-3組分具有顯著的免疫增強(qiáng)作用。

1.1.2 提取方法

多糖提取主要有熱水浸提、酸堿提取、酶提取、超聲提取法等[20]。熱水浸提法是被廣泛采用的方法之一,但存在多糖提取率低、耗時(shí)長(zhǎng)、所需溫度高等問(wèn)題。叢婭奇[20]利用酶解法提取孢子葉多糖,添加纖維素酶0.42%,果膠酶0.12%,木瓜蛋白酶0.12%,料液比1∶20,溫度控制在50 ℃,酶解時(shí)間為4 h,多糖提取率可達(dá)13.4%,多糖總量達(dá)到69.6%。此法作用條件溫和、提取時(shí)間短、提取的多糖純度高,但生產(chǎn)成本高,溫度不易控制。單獨(dú)使用提取率較低,可以適當(dāng)結(jié)合熱水提取法等其他方法共同使用。SONG等[12]在優(yōu)化超聲功率、超聲時(shí)間以及乙醇添加與否等因素基礎(chǔ)上探索了超聲波提取法,結(jié)果表明,提取時(shí)間6 h，多糖產(chǎn)率可達(dá)25.33%,并且具有較好的抗炎活性。PARK等[13]探究了超高壓輔助酶處理提取孢子葉巖藻聚糖硫酸酯的方法,裙帶菜孢子葉粗多糖與β-葡聚糖酶在40 ℃以100 MPa壓力處理24 h,獲得了相對(duì)分子質(zhì)量較低(600 k～800 kDa)的巖藻聚糖硫酸酯。該處理方法降低了硫酸基、巖藻糖和半乳糖含量,提高了葡萄糖含量,且能有效改善巖藻聚糖硫酸酯的抗凝血活性。此法能耗較低、生物活性物質(zhì)破壞程度較小,雖然國(guó)內(nèi)的研究起步較晚,但近年來(lái)的發(fā)展也非常迅速。表1列舉了各種多糖提取方法的特點(diǎn)和機(jī)制。

目前采用上述方法獲取的多糖成分較復(fù)雜,多需進(jìn)行分離純化。常見(jiàn)的分離純化方法有色譜法、膜分離法、超濾法等。色譜分離法是目前應(yīng)用最廣泛的一種高效便捷分離方法,裙帶菜孢子葉多糖通常是帶負(fù)電荷的硫酸酯化多糖,因此常采用離子交換色譜進(jìn)行純化,根據(jù)不同組分與固定相之間的離子交換能力差異,即不同組分的電荷性質(zhì)差異來(lái)實(shí)現(xiàn)分離[18]。SYNY-TSYA等[16]用稀酸提取法從孢子葉中獲得粗多糖,先用CaCl2沉淀去除海藻酸鹽后,繼而采用DEAE-纖維素柱層析進(jìn)行純化,結(jié)果表明,該糖組成以β-D-半乳吡喃糖和α-L-巖藻吡喃糖(44.6%和50.9%，摩爾百分比)為主,還含有少量的木糖(4.2%)和甘露糖(0.3%)。SKRIPTSOVA等[21]采用DEAE-葡聚糖陰離子交換柱層析法對(duì)孢子葉粗多糖進(jìn)行分離純化,得到2個(gè)分子質(zhì)量在30 k～80 kDa的F1和F2組分,其中F1為硫酸甘露聚糖,F2是硫酸半乳糖苷。

表1 多糖提取方法的特點(diǎn)與機(jī)制Table 1 Characteristics and mechanism of polysaccharide extraction method

1.2 多肽及游離氨基酸

1.2.1 多肽的生理功效

近年來(lái),不斷有研究者從裙帶菜中提取出生物活性肽,發(fā)現(xiàn)其具備特殊的生理功效，可以廣泛應(yīng)用在多種疾病的預(yù)防和治療中,逐漸成為研究熱潮。SUETSUNA等[22]采用胃蛋白酶水解裙帶菜,經(jīng)透析、離子交換色譜、凝膠色譜和反向高效液相色譜純化后,獲得4個(gè)抑制血管緊張素轉(zhuǎn)化酶的四肽,對(duì)自發(fā)性高血壓大鼠具有降壓作用,氨基酸序列分別為Ala-Ile-Tyr-Lys、Tyr-Lys-Tyr-Tyr、Lys-Phe-Tyr-Gly、Tyr-Asn-Lys-Leu。于慧等[23]通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)對(duì)裙帶菜蛋白酶解工藝進(jìn)行了優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)復(fù)合蛋白酶是裙帶菜蛋白酶解的最適用酶,其酶解液具有較好的Fe2+螯合能力和DPPH自由基清除能力。同時(shí),該團(tuán)隊(duì)利用多酶酶解技術(shù)從孢子葉中制備了抗腫瘤多肽,發(fā)現(xiàn)其對(duì)人胃癌細(xì)胞(SGC7901)、胰腺癌細(xì)胞(SW1990)和結(jié)腸癌細(xì)胞(LS180)體外生長(zhǎng)具有一定的抑制作用[24]。

1.2.2 游離氨基酸的呈味特性

在確定裙帶菜孢子葉副產(chǎn)物的風(fēng)味屬性方面,游離氨基酸組成比蛋白質(zhì)氨基酸組成更有意義,因?yàn)橛坞x氨基酸是孢子葉酶解產(chǎn)物中的主要活性風(fēng)味成分,這些活性成分的分布和相對(duì)豐富度影響著風(fēng)味質(zhì)量。李裕博[25]利用風(fēng)味蛋白酶對(duì)裙帶菜孢子葉水煮提糖后副產(chǎn)物進(jìn)行酶解,結(jié)果表明,在50 ℃、pH 6.5、底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、加酶量7.31%、酶解18 h的條件下,酶解產(chǎn)物中游離氨基酸含量明顯提升,其中丙氨酸、谷氨酸和天冬氨酸含量較高,酶解液具有甜味和鮮味特性。李紅艷等[5]也報(bào)道了孢子葉中的鮮味氨基酸(谷氨酸、天冬氨酸)和甜味氨基酸(甘氨酸、丙氨酸)占氨基酸總量的38.03%,賦予了裙帶菜孢子葉濃郁的海藻鮮味。

1.2.3 提取方法

上述研究中多肽和游離氨基酸都是通過(guò)酶法水解制備的。酶解法提取的生物活性成分提取率與純度都較高,作用條件相對(duì)溫和,使物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)得到更好的保存,并避免了污染物的產(chǎn)生,因而是目前廣泛使用的方法[22]。但采用酶解法從海藻中提取生物活性物質(zhì)時(shí),常因海藻細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和組成的復(fù)雜性影響提取效率。褐藻細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)模型見(jiàn)圖2。植物細(xì)胞壁主要由纖維素和半纖維素組成,而海藻細(xì)胞壁組分因分類(lèi)不同而存在差異。裙帶菜屬于褐藻,其細(xì)胞壁主要由海藻酸、巖藻聚糖硫酸酯等組成,它們形成了一個(gè)緊密結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并有蛋白質(zhì)、蛋白多糖、多酚、金屬離子以及其他細(xì)胞壁組分鑲嵌其中[8]。

圖2 褐藻細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)模型[8]Fig.2 Structure model of the brown seaweed cell wall

由于細(xì)胞壁多糖中海藻酸的含量超過(guò)70%,使用纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶難以充分水解。褐藻膠裂解酶可使海藻酸鹽或其聚合物水解成低分子質(zhì)量(<10 kDa)的低聚糖,并降低體系的黏度。SATO等[26]的研究先使用褐藻膠裂解酶水解裙帶菜細(xì)胞壁多糖,再選用動(dòng)物蛋白酶、植物蛋白酶、微生物來(lái)源蛋白酶等17種蛋白酶進(jìn)行催化水解,從中篩選出蛋白酶S“Amano”作為制備裙帶菜降血壓肽的工具酶,并通過(guò)超濾和反向高效液相色譜純化后,發(fā)現(xiàn)肽段Val-Tyr、lle-Tyr、Phe-Tyr、lle-Trp 對(duì)高血壓小鼠具有明顯的降血壓效果。圖3是裙帶菜生物活性肽的制備流程。

圖3 裙帶菜生物活性肽的制備流程Fig.3 Preparation process of bioactive peptides from Undaria pinnatifida

1.3 褐藻多酚

1.3.1 生理功效

褐藻多酚屬于褐藻類(lèi)的次生代謝產(chǎn)物,是一類(lèi)多羥基酚類(lèi)化合物,也被認(rèn)為是間苯三酚的衍生物,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因其分布較廣泛、種類(lèi)多樣化,成為多酚研究的主要方向。裙帶菜孢子葉中的多酚含量約為13.34 mg/g,并具有抗氧化、抗炎、降血糖等多種生理活性[5]。TONG等[27]報(bào)道了裙帶菜孢子葉的多酚提取物具有較好的DPPH自由基清除能力、還原能力,尤其清除羥基自由基的能力較強(qiáng),質(zhì)量濃度為5 mg/mL時(shí)清除能力超過(guò)沒(méi)食子酸,主要活性成分為原兒茶酸和丁香酸。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn),該多酚提取物對(duì)α-葡萄酶有較明顯的抑制作用,有助于預(yù)防和改善高血糖癥。EDA等[28]研究表明裙帶菜孢子葉水提物中的酚類(lèi)物質(zhì)含量較高,約為120 μmol PGEq/g干重,對(duì)超氧陰離子自由基具有很強(qiáng)的清除能力。JIANG等[29]發(fā)現(xiàn)紫外線A能誘導(dǎo)裙帶菜孢子葉多酚進(jìn)一步發(fā)揮氧化魚(yú)肌原纖維蛋白的作用,從而改善馬鮫魚(yú)肌原纖維蛋白凝膠的性質(zhì)。DONG等[30]發(fā)現(xiàn)孢子葉多酚對(duì)H2O2誘導(dǎo)的RAW264.7細(xì)胞具有較好的抗氧化活性,同時(shí)通過(guò)免疫印跡的方法研究了多酚的抗炎途徑,發(fā)現(xiàn)多酚對(duì)COX-2表達(dá)沒(méi)有產(chǎn)生影響,但是明顯抑制了iNOS表達(dá),表明多酚是通過(guò)RAW264.7細(xì)胞中的iNOS調(diào)節(jié)途徑來(lái)抑制LPS誘導(dǎo)的炎癥, 且效率更高。

1.3.2 提取方法

近年來(lái),隨著多酚的研究不斷深入,提取工藝也不斷優(yōu)化。溶劑萃取法是較為經(jīng)典的提取方法,利用溶解度的差異來(lái)提取多酚物質(zhì),乙醇水溶液是溶劑萃取法中使用最廣泛的溶劑。但由于褐藻多酚常和藻類(lèi)細(xì)胞壁中的其他組分相結(jié)合,導(dǎo)致常規(guī)方法提取效率較低。DONG等[30]采用高溫結(jié)合溶劑萃取法提取裙帶菜孢子葉中的褐藻多酚,高溫可以提高多酚的溶解度,破壞細(xì)胞壁的交聯(lián)結(jié)構(gòu),促進(jìn)小分子質(zhì)量化合物等耐熱生物活性成分的釋放,提高萃取效率。經(jīng)響應(yīng)面工藝優(yōu)化,在加熱溫度為170 ℃,加熱時(shí)間為5.2 h,乙醇體積分?jǐn)?shù)為52%時(shí),多酚得率為10.7 mg GAE/g樣品干重。但該方法對(duì)溫度要求較嚴(yán)格,溫度過(guò)高,易導(dǎo)致酚類(lèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為醌類(lèi)而損失。

另外,由于褐藻多酚結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易氧化,純化較難進(jìn)行,學(xué)術(shù)界對(duì)其深入研究較欠缺,限制了多酚相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前的分離純化方法主要以凝膠、樹(shù)脂、硅膠等柱色譜為主,再結(jié)合高效液相色譜獲得單體化合物。JIANG等[29]采用50%乙醇水溶液從孢子葉中提取多酚,經(jīng)硅膠柱色譜純化后,通過(guò)超高效液相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用法鑒定得到9種小分子質(zhì)量的酚類(lèi)化合物,包括3,5-二羥基苯酚、3,4-二羥基苯甲醛、5-乙酰氧基-2-羥基苯甲醛、對(duì)苯二酚、對(duì)苯二酚乙酸酯、4-羥基苯甲醛、C8H8O3、1-(3-甲氧基-4-羥基苯基)乙烯酮、4-甲氧基苯酚。

1.4 巖藻黃素

1.4.1 生理功效

巖藻黃素是一種海洋類(lèi)胡蘿卜素,廣泛存在于進(jìn)行光合作用的藻類(lèi)、貝殼類(lèi)動(dòng)植物組織中。裙帶菜孢子葉中的巖藻黃素含量約為0.51 mg/g,高于鼠尾藻(0.45 mg/g)和海黍子(0.26 mg/g),抗氧化、抗癌、抗炎等多種生理功效,具有優(yōu)良的功能食品開(kāi)發(fā)價(jià)值[5]。

巖藻黃素最初是作為食品添加劑在食品中使用,后來(lái)發(fā)現(xiàn)巖藻黃素具有抗氧化作用,是一種天然的抗氧化劑。FUNG等[4]研究了新西蘭產(chǎn)裙帶菜的巖藻黃素含量及抗氧化活性,發(fā)現(xiàn)在整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)中,孢子葉中的巖藻黃素含量均很高,約為0.9～1.5 mg/g,但經(jīng)熱燙、烘干等熱處理加工后,裙帶菜的DPPH自由基清除能力和銅離子還原抗氧化能力顯著降低,主要由于巖藻黃素高溫下易氧化分解所致。紀(jì)曉林[31]研究發(fā)現(xiàn)裙帶菜孢子葉中的巖藻黃素具有較好的清除DPPH自由基、羥基自由基的能力,IC50值分別為3.88 μg/mL和34.9 μg/mL,對(duì)脂肪酶的抑制率達(dá)到54.33%。此外,還能有效防止RAW264.7細(xì)胞氧化。醫(yī)學(xué)研究表明,腫瘤、炎癥等與ROS引發(fā)的脂質(zhì)過(guò)氧化有密切聯(lián)系,而巖藻黃素的抗氧化作用,也使其表現(xiàn)出良好的抗炎、抗癌等功效。CHOI等[32]發(fā)現(xiàn)裙帶菜孢子葉中的巖藻黃素能有效抑制角叉菜膠引起的過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT)和SOD活性的降低,減輕其誘導(dǎo)的足腫脹小鼠組織中NF-κB、p65和IκBα的降解。表明巖藻黃素具有抗炎特性,并顯示了其治療炎癥患者疾病的潛力。

1.4.2 提取方法

目前,巖藻黃素的提取方法主要為有機(jī)溶劑萃取法、微波萃取法、超聲波提取法、酶解提取法、雙水相提取法等[31]。溶劑萃取法是最常用的巖藻黃素提取方法,常用的溶劑有甲醇、乙醇、丙酮、石油醚、甲苯、正己烷等。此法簡(jiǎn)單易行,對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求不高。然而,這些溶劑大多不適合用于提取食品成分或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),因?yàn)樵诟邷叵掠袡C(jī)溶劑的去除會(huì)導(dǎo)致巖藻黃素和其他生物活性物質(zhì)的部分降解[3]。此外,用有機(jī)溶劑萃取法獲得的巖藻黃素的提取率差異較大。微波萃取法是利用微波對(duì)萃取溶劑和物料的加熱作用,破壞物質(zhì)氫鍵和溶解遷移,提取所需物質(zhì)。XIAO等[33]對(duì)微波輔助萃取巖藻黃素工藝進(jìn)行了優(yōu)化,微波功率300 W,以乙醇為提取溶劑,固液比為1∶15(g∶mL),提取溫度為60 ℃,提取時(shí)間為10 min的條件下,巖藻黃素的得率為109.3 mg/100 g干重。相較溶劑萃取法該法提取效率更高,色素的穩(wěn)定性也保持較好。后采用高速逆流色譜純化巖藻黃素,其純度可達(dá)90%以上,并實(shí)現(xiàn)快速、高效和大制備量分離的特點(diǎn)。

紀(jì)曉林[31]研究了有機(jī)溶劑結(jié)合超聲波、酶解的復(fù)合工藝與雙水相提取工藝分別提取孢子葉中的巖藻黃素,復(fù)合工藝得到的巖藻黃素的提取率為0.75 mg/g,雙水相提取法的巖藻黃素的提取率高達(dá)2.65 mg/g,提取純度也相對(duì)較高。雙水相提取法是一種較新穎的提取方法,成本低、處理量大。采用乙醇和磷酸鉀兩種溶劑進(jìn)行提取,依據(jù)巖藻黃素在兩相之間的選擇性分配,待物質(zhì)進(jìn)入雙水相體系后,由于表面性質(zhì)、電荷作用等,使其在兩相中濃度不同而達(dá)到分離的目的。

1.5 其他活性物質(zhì)

除上述物質(zhì)外,裙帶菜孢子葉中的脂肪酸與礦物質(zhì)含量也較豐富。李紅艷等[5]以乙醚萃取脂質(zhì),氣相色譜分析了孢子葉的脂肪酸組成,發(fā)現(xiàn)其以多不飽和脂肪酸為主,還有少量的單不飽和脂肪酸,其中n-3脂肪酸具有抑制血栓形成、降血壓、降甘油三脂、延緩動(dòng)脈粥樣硬化、抑制腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移等作用。BOULOM等[7]研究發(fā)現(xiàn)新西蘭產(chǎn)裙帶菜孢子葉中的多不飽和脂肪酸含量在冬季最高,C18∶2n-6(亞油酸)和C20∶4n-6(花生四烯酸)分別占總脂肪酸含量的6%和14%,且n-6/n-3脂肪酸的比例為2.32,優(yōu)于孢子葉的葉片和中脈,是功能性食品中脂質(zhì)的良好來(lái)源。

礦物質(zhì)是維持人體正常生理功能必不可少的物質(zhì),裙帶菜孢子葉富含鉀、鈉、鈣,其中鉀的含量遠(yuǎn)高于鈉,有助于改善人體鉀鈉平衡。鈣不僅是人體骨骼組織的重要成分,并參與機(jī)體的能量代謝。此外,還有一定量的碘和鐵,碘是維持人體甲狀腺正常功能所必需的元素,鐵能夠增強(qiáng)人體肌肉的強(qiáng)度,還具有運(yùn)輸氧氣、緩解貧血等功效[5]。

2 裙帶菜孢子葉在食品中的應(yīng)用研究

裙帶菜的孢子葉由于口感較硬,人們主要將其曬干或鹽漬后食用,產(chǎn)品以孢子葉絲、孢子葉片為主,原料大部分出口日本等國(guó)家,亦有少部分原料在打撈時(shí)直接將其割斷作為垃圾扔掉,總體利用率不高。但隨著研究的不斷深入和消費(fèi)者健康意識(shí)的逐步提高,裙帶菜孢子葉中的功能活性成分不斷得到開(kāi)發(fā)和認(rèn)可,其本身的特點(diǎn)具有功能性食品開(kāi)發(fā)潛力,有著較為廣闊的功能性食品應(yīng)用前景。

TONG等[27]將裙帶菜孢子葉粉添加到蔬菜提取物中,發(fā)現(xiàn)20%的添加量能使DPPH自由基清除能力提高17.27%,5%的添加量能使ɑ-葡萄糖苷酶活性抑制了98.26%,表現(xiàn)出較好的抗氧化劑增強(qiáng)劑的效果。啟航等[34]以裙帶菜孢子葉為主要原料,采用酶解、脫腥工藝,輔以添加砂糖、奶粉及增稠劑、乳化劑等食品添加劑,制成裙帶菜孢子葉飲料,該飲料不僅味道獨(dú)特可口,而且具有保健功能的褐藻糖膠和膳食纖維的含量得以提高,降血脂、降血糖、改善胃腸道效果也得以顯著提升。韓建升等[35]以孢子葉為原料,通過(guò)切片、去除黏液、冷凍、殺菌制備成孢子葉即食食品,既較好保存了孢子葉原有的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,又易于人體消化吸收,便于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。利用裙帶菜孢子葉開(kāi)發(fā)的功能性食品不僅提高了其附加值,也減少了其對(duì)環(huán)境的污染,可開(kāi)創(chuàng)良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí),鑒于孢子葉中的生物活性物質(zhì)含量較高,從中提取的多糖、多酚、巖藻黃素等活性成分在功能性食品中的應(yīng)用也越來(lái)越多。

叢婭奇[20]將從裙帶菜孢子葉中提取的多糖生物活性部分用于加工含片,通過(guò)感官評(píng)定的方法確定了主輔料的配比,制成了一款具有保健效果同時(shí)口感較好的含片。呂占祥等[36]將采用對(duì)孢子葉黃酒進(jìn)行開(kāi)發(fā),通過(guò)酶解輔以水提醇沉工藝從孢子葉中獲得了巖藻聚糖硫酸酯粗品,將其添加到黍米黃酒,發(fā)現(xiàn)該保健酒具有降血壓、降血脂、提高免疫力、抗腫瘤等功效。而采用水提醇沉法制備孢子葉多糖過(guò)程中,水煮、過(guò)濾后殘留的孢子葉渣經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)仍有部分生物活性物質(zhì)保留,除了多糖以外,還有蛋白質(zhì)、多酚等化合物。孫昊[37]將裙帶菜多糖提取物及其副產(chǎn)物為功能性原料替代部分面粉分別加入到以曲奇餅干為代表的烘焙食品中,結(jié)果表明,2種曲奇餅干中的總糖和總酚含量有所提高,0.5%的添加量不僅能抑制曲奇餅干的脂質(zhì)氧化,而且保持了曲奇餅干的品質(zhì)。李裕博[25]以裙帶菜孢子葉水煮提糖后的副產(chǎn)物為原料通過(guò)酶解工藝制備了海鮮調(diào)味料,該調(diào)味料呈味氨基酸和揮發(fā)性風(fēng)味成分比重增加,呈現(xiàn)出較好的風(fēng)味。

JIANG等[29]將從裙帶菜孢子葉中提取的褐藻多酚添加到鯖魚(yú)糜中,經(jīng)紫外線照射后,魚(yú)糜的持水力和破斷力顯著提高,凝膠中總巰基和游離胺的減少使蛋白質(zhì)間形成了更均勻分布的交聯(lián)結(jié)構(gòu),增強(qiáng)了魚(yú)糜蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成,從而提高了鯖魚(yú)糜的凝膠性能。曾惠[38]將裙帶菜多酚應(yīng)用于大菱鲆的防腐保鮮,研究發(fā)現(xiàn)隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng),大菱鲆菌落數(shù)明顯降低,減緩了魚(yú)肉的腐敗變質(zhì),對(duì)高蛋白魚(yú)類(lèi)的保藏研究起到了良好的借鑒意義。

巖藻黃素最初在食品中僅作為著色劑使用,后來(lái)研究發(fā)現(xiàn)其具有較好的抗氧化作用,效果甚至優(yōu)于維生素C和維生素E。紀(jì)曉林[31]采用電子自旋共振波譜技術(shù)研究了孢子葉中的巖藻黃素對(duì)食品體系中脂質(zhì)自由基的清除活性,結(jié)果表明,巖藻黃素質(zhì)量濃度為100 ng/mL時(shí),加速氧化3 h,在魚(yú)油以及玉米油體系中自由基清除率分別為64.46%和57.4%,當(dāng)質(zhì)量濃度增加到300 ng/mL時(shí),加速氧化10 min,在亞油酸和亞油酸鹽體系中脂質(zhì)自由基清除率為75.24%和66.9%。SASAKI等[39]將從裙帶菜中提取的巖藻黃素添加到雞胸肉中,200 mg/kg的添加量既能抑制雞胸肉烹調(diào)后在低溫儲(chǔ)藏期間脂質(zhì)氧化反應(yīng)的發(fā)生,還能改善肉質(zhì)的顏色與外觀,延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期。國(guó)外推出了含巖藻黃素的保健品,除定位于減肥功效外,還將其添加到餡餅、黃油等焙烤食品中,增加產(chǎn)品色澤與功能性。表2是裙帶菜孢子葉及其提取物在食品中的應(yīng)用。

表2 裙帶菜孢子葉及其提取物在食品中的應(yīng)用Table 2 Application of Undaria pinnatifida sporophyll and its extract in food

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,作為工業(yè)廢料的裙帶菜孢子葉中含有多種生物活性物質(zhì),并在食品工業(yè)中具有廣闊的開(kāi)發(fā)利用空間。近些年,國(guó)內(nèi)外對(duì)孢子葉的研究多集中于多糖生物活性方面的研究,也有部分研究對(duì)其多肽、多酚、巖藻黃素、脂肪酸等進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)其具有抗腫瘤、抗氧化、抗炎、抗凝血等多種生理功效。但目前這方面研究仍較少且不夠深入,常因提取率低,分離純化較難進(jìn)行而限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。今后需要進(jìn)一步加強(qiáng)生物活性物質(zhì)提取及分離純化技術(shù)的研究,找到適合工業(yè)化應(yīng)用的提取分離方法,不斷提高生物活性物質(zhì)的產(chǎn)率。同時(shí),孢子葉中其他生物活性物質(zhì)如精油、糖蛋白等也不斷被研究發(fā)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)對(duì)其生物活性的探索將促進(jìn)孢子葉資源的有效利用。此外,隨著生活水平的提高,人們對(duì)健康的關(guān)注點(diǎn)不再僅滿足于食物的基本營(yíng)養(yǎng)需求,而是不斷渴求能夠獲得健康益處的功能性食品。裙帶菜孢子葉含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分和天然的生物活性物質(zhì),在海藻功能性食品的研發(fā)、生產(chǎn)中有較高的應(yīng)用價(jià)值,是一類(lèi)重要的海藻功能性食品配料,其開(kāi)發(fā)利用將是今后長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)海藻功能食品領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。孢子葉在食品中的應(yīng)用雖然也有了一定的研究進(jìn)展,但我國(guó)目前對(duì)其加工利用還處于初級(jí)階段,精深加工及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還比較落后,未來(lái)的研究重點(diǎn)應(yīng)加大生物活性物質(zhì)的功能開(kāi)發(fā)、結(jié)構(gòu)鑒定及作用機(jī)制等方面研究的力度,拓寬裙帶菜孢子葉的應(yīng)用領(lǐng)域。基于裙帶菜孢子葉的研究現(xiàn)狀,加深對(duì)其開(kāi)發(fā)利用,不僅能減少藻類(lèi)資源浪費(fèi)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境,促進(jìn)資源合理有效的利用,而且能提高產(chǎn)品的附加值,優(yōu)化和改善人們的膳食結(jié)構(gòu),在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),減少相關(guān)疾病的發(fā)生,保障人民的身體健康,具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。