藻類膳食纖維制備及功能進(jìn)展

虞燕華，夏愷徽，吳家沁，何宇璇，劉欣欣，丁青芝

江蘇大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院 (鎮(zhèn)江 212013)

海洋藻類是一大類可以通過光合作用汲取大自然營養(yǎng)生長的生物。相比細(xì)菌、酵母真菌等需要培養(yǎng)基才能生長的微生物而言，微藻的大規(guī)模培養(yǎng)更加簡單、經(jīng)濟(jì)。由于其特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，微藻在蛋白生產(chǎn)、藻油以及生物質(zhì)能生產(chǎn)、改善水質(zhì)等方面有較多的應(yīng)用。除了這些應(yīng)用以外，微藻中往往含有豐富的膳食纖維，膳食纖維作為第七大營養(yǎng)素，在改善倡導(dǎo)功能、降低血脂、膽固醇等方面的優(yōu)異表現(xiàn)，吸引了越來越多的關(guān)注。而藻類中豐富的膳食纖維資源，相比其他膳食纖維資源，價(jià)格更加低廉，藻類相對簡單的組成也使得膳食纖維更容易被提取和利用，而且富含磺酸基的微藻膳食纖維具有更為豐富的生理功能，在功能食品生產(chǎn)方面有更好的前景。近幾十年來，國內(nèi)外學(xué)者對藻類膳食纖維的制備和功能進(jìn)行了大量的研究，取得了豐富的研究成果。

1 藻類膳食纖維的提取方法

1.1 酶法提取工藝

微藻富含膳食纖維的同時(shí)往往富含蛋白，蛋白和膳食纖維往往形成締合結(jié)構(gòu)影響膳食纖維的純度，酶法提取膳食纖維就是利用蛋白酶、纖維素酶對微藻原料中的蛋白和纖維素進(jìn)行適度的酶解，打破這種締合結(jié)構(gòu)，提高膳食纖維的純度。

戚勃[1]等采用復(fù)合植物水解酶提取膳食纖維得率為20.34%，膨脹力10.25 mL/g，持水力541.6%。李來泉[2]等以提取卡拉膠后的麒麟藻廢渣為原料，研究酶法提取工藝。最佳工藝條件提取的麒麟藻渣膳食纖維膨脹力10.93 mL/g，持水力721.72%。紀(jì)蕾等[3]研究了銅藻膳食纖維的復(fù)合酶法提取工藝，最佳提取條件下水不溶性膳食纖維產(chǎn)率為32.14%，呈淺綠色；水溶性膳食纖維產(chǎn)率為 2.26%，呈淡黃色。

1.2 酸堿化學(xué)處理法

利用酸堿處理出去原料中的脂肪，得到相對純度較高的膳食纖維。樊文樂[4]等采用化學(xué)處理法以提取褐藻糖膠的海帶渣制備膳食纖維，最優(yōu)工藝條件下，海帶膳食纖維的產(chǎn)率達(dá)14.67%，白度為11.32%。

1.2 醇沉法

醇沉法是利用膳食纖維在乙醇中沉淀的特性從提取液中分離出膳食纖維，是傳統(tǒng)的膳食纖維制備方法。付慧等[5]采用乙醇沉淀法、氯化鈉活化法、褐藻酸轉(zhuǎn)化法3種方法從多肋藻(Costaria costata)渣中提取可溶性膳食纖維(SDF)，結(jié)果表明：氯化鈉活化法優(yōu)于乙醇沉淀法與褐藻酸轉(zhuǎn)化法，其提取率為55.41%，SDF的膨脹力為55.06 mL/g，持水力為2391%，吸脂力為269%。

1.3 酶法化學(xué)法結(jié)合

單純使用化學(xué)處理法和酶處理法都很難得到純度較高的膳食纖維，為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品純度，研究人員結(jié)合酶法和化學(xué)處理法的優(yōu)勢形成酶化學(xué)法。

陳培基等[6]用酶處理和化學(xué)的方法提取馬尾藻膳食纖維。最優(yōu)條件下提取的馬尾藻膳食纖維產(chǎn)率為27.3%。朱亞珠等[7]以銅藻為原料，采用化學(xué)與酶解結(jié)合的方法提取膳食纖維，最優(yōu)條件下銅藻膳食纖維產(chǎn)率為35.4%。童相第等[8]以鼠尾藻為原料，采用酶與化學(xué)結(jié)合的方法提取膳食纖維。最佳工藝條件下膳食纖維的產(chǎn)率可達(dá)15%。陳菲菲[9]以紅藻廢渣為原料，分別采用化學(xué)法、酶法和化學(xué)-酶結(jié)合法水解蛋白質(zhì)，酶法水解脂肪的提取方法，最優(yōu)條件下不溶性膳食纖維得率和含量分別為54.0%和93.61%。王洪欣[10]采用酶-化學(xué)法提取銅藻中的膳食纖維，最優(yōu)條件下銅藻膳食纖維提取率為32.30%。

1.4 超聲波、微波提取法

超聲波、微波都能夠有效提高提取效率，而且可以降低生產(chǎn)成本，是生物資源活性成分提取的發(fā)展方向。

Fulin shi等[11]研究采用超聲波-微波輔助提取法(UMAE)提取龍須菜膳食纖維，在最佳提取條件下，提取率達(dá)34.8%。Ashw等[12]采用微波輔助提取(MAE)和超聲波輔助提取(UAE)的方法，從一種褐藻(馬尾藻)中提取巖藻膳食纖維，在最優(yōu)條件下粗褐藻糖膠的量從33.3%提高到64.5%，總回收率為50.3%。

2 藻類膳食纖維的功能

2.1 降血脂作用

膳食纖維可以通過吸附腸道內(nèi)的膽固醇和甘油三酸酯，減少這些成分的吸收，起到降血脂的作用。

Marlène等[13]研究結(jié)果表明，綠藻石莼膳食纖維可降低血漿膽固醇、非高密度脂蛋白膽固醇，特別是甘油三酯。葉靜等[14]比較江蘺藻水溶性膳食纖維、水不溶性膳食纖維和總膳食纖維對脂肪、膽固醇和膽酸鈉的體外吸附作用。結(jié)果表明：3種膳食纖維對脂肪、膽固醇和膽酸鈉均有一定的吸附作用，其中，江蘺藻水溶性膳食纖維對于膽固醇和膽酸鈉的吸附能力大于另兩種膳食纖維，對脂肪的吸附作用，江蘺藻水不溶性膳食纖維也強(qiáng)于另兩種膳食纖維。

付慧等[15]研究了多肋藻Costaria costata渣膳食纖維對高血脂小鼠的降血脂作用，研究表明，多肋藻渣膳食纖維具有明顯的降血脂作用。

2.2 抗衰老作用

葉靜等[16]研究表明：江蘺藻膳食纖維可減弱衰老小鼠胸腺和脾臟的萎縮，激活衰老小鼠血清及心、肝、腎、腦中抗氧化酶活性，降低MDA的含量，可增強(qiáng)衰老小鼠的免疫力，顯著提高體內(nèi)抗氧化酶活性，清除氧自由基及抑制脂質(zhì)過氧化。肖美添等[17]研究結(jié)果表明：江蘺藻膳食纖維能顯著降低高血脂模型小鼠血清中TC、TG、LDL-C的含量，降低肝臟脂質(zhì)水平，同時(shí)升高血清HDL-C含量，調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，降低高脂膳食導(dǎo)致的氧化損傷。

2.3 抗氧化作用

Takashi[18]等研究發(fā)現(xiàn)萱藻( Scytosiphon lomentaria)膳食纖維(粗褐藻膠和海藻酸鈉)不僅在亞鐵螯合(結(jié)合)試驗(yàn)中表現(xiàn)出抗氧化活性，而且在超氧陰離子自由基清除試驗(yàn)中也表現(xiàn)出抗氧化活性。Nur等[19]研究表明褐藻膳食纖維超氧陰離子清除活性(Lsig=21.7%±3.6%)均顯著高于對照組(p≤0.05)。另一方面，海藻酸鈉對DPPH的清除率最高(p≤0.05)，為85.3%±0.8%。

Asma等[19]研究發(fā)現(xiàn)，用綠藻毛癬菌膳食纖維配制的樣品在脂質(zhì)氧化(TBARS，MetMb)方面表現(xiàn)出較低的值，同時(shí)成功地抑制了微生物的增殖。

2.4 改善消化功能

陳培基等[20]研究表明：海帶和馬尾藻膳食纖維都具有良好的通便作用，其中海帶膳食纖維的作用稍優(yōu)于馬尾藻膳食纖維。

Hyunbin等[21]研究發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌、乳酸桿菌和類桿菌可以選擇性的利用褐藻、紅藻和綠藻膳食纖維，而沒有觀察到有害細(xì)菌的生長。體外糞便發(fā)酵24 h，昆布多糖對雙歧桿菌(Δ8.3%/總菌數(shù))和類桿菌(Δ13.8%/總菌數(shù))有促生長作用，促進(jìn)短鏈脂肪酸的產(chǎn)生。對雙歧桿菌(Δ8.5%/總菌數(shù))和乳酸桿菌(Δ6.8%/總菌數(shù))促進(jìn)乳酸和乙酸的產(chǎn)生的效果相同。與低聚果糖相比，昆布多糖發(fā)酵緩慢，這可能允許在遠(yuǎn)端結(jié)腸產(chǎn)生短鏈脂肪酸。

Pingrui等[22]研究表明：裙帶菜硫酸多糖(UPSP)能降低高脂飲食(HFD)小鼠的增重、脂肪積累和代謝紊亂。能減輕HFD引起的微生物群失調(diào)，能維持腸道屏障的完整性，降低代謝性內(nèi)毒素血癥。

2.5 降血糖作用

肖美添等[23]研究結(jié)果表明：江蘺藻膳食纖維能顯著降低四氧嘧啶糖尿病小鼠的血糖值，且以中劑量(0.4 g/kg)江蘺藻膳食纖維的降血糖作用最佳。此外，江蘺藻膳食纖維可降低四氧嘧啶糖尿病小鼠血清中的丙二醛(MDA)濃度，提高超氧化物歧化酶(SOD)活性，改善糖尿病小鼠的氧化應(yīng)激水平。

Ramu等[24]研究發(fā)現(xiàn)：鏈脲佐菌素(65 mg/kg，i.p)造模的糖尿病動物用100 mg/kg和200 mg/kg的褐藻多糖治療能顯著對抗行為缺陷、氧化應(yīng)激和淀粉樣蛋白負(fù)荷。胰腺組織病理學(xué)顯示巖藻多糖對鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病有保護(hù)作用。大腦皮層和海馬剛果紅染色進(jìn)一步增強(qiáng)了褐藻糖膠的神經(jīng)保護(hù)作用。

Jia等[25]研究表明：小葉子囊藻提取物具有明顯的抗糖尿病作用可降低糖尿病大鼠總膽汁酸(TBA)水平和高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平。組織形態(tài)學(xué)觀察進(jìn)一步證實(shí)APs尤其是FVP能減輕糖尿病引起的肝腎損害。

3 微藻膳食纖維的應(yīng)用

3.1 制備可食用膜

A M K等[26]以多產(chǎn)E.prolifera生物質(zhì)中提取的纖維素為原料，制備了纖維素納米晶(CNCs)。最初纖維素經(jīng)過堿處理和漂白處理，隨后用不同濃度的酸水解法分離CNCs，透射電鏡觀察表明：用60%酸水解得到的納米碳管(CNC60)呈“針狀”，長(177±12) nm，寬(3±1) nm，表明CNC60具有較高的長寬比，可以作為增強(qiáng)納米填料。進(jìn)一步的研究表明：CNC60的加入對提高生物納米復(fù)合膜的力學(xué)性能效果最好。

聶景貴等[27]以銅藻膳食纖維為原料制備可食用膜，最優(yōu)條件下可食用膜的透明度最高為15.87%。

3.2 膳食纖維面條

楊檳煌等[28]研究表明：紅毛藻粉的添加降低了面條蒸煮損失率和吸水率，增加了面條的剪切力、縮短了面條拉斷距離，但對面條的拉斷力影響并不明顯。面條的彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)性對紅毛藻的敏感度不大，但是其硬度、咀嚼性和膠著性卻隨著紅毛藻粉添加量的增加而增加.感官評價(jià)結(jié)果表明在面條中添加少量的紅毛藻，可以在一定程度上在色澤、外觀、組織結(jié)構(gòu)方面等改善其面條品質(zhì)。

3.3 膳食纖維面包

劉琦[29]對添加1%小球藻粉、1%金藻粉、1%的小球藻粉和金藻粉(按1︰1混合)的面包進(jìn)行感官評價(jià)和營養(yǎng)指標(biāo)分析，結(jié)果表明：金藻粉面包的綜合評價(jià)指數(shù)較高，較受人們的歡迎。

程麗麗等[30]研究表明：螺旋藻膳食纖維降低了面包的硬度、咀嚼性和老化速度，增加了面包的彈性、黏聚性和持水性，提高了面包的品質(zhì)和貯藏性。

3.3 膳食纖維飲料

孫立春等[31]研究結(jié)果表明：每500 mL茶飲料中添加1.0 g馬尾藻提取物，所得產(chǎn)品整體口感好，無明顯的海腥味。在0.2～1.4 mg/mL濃度范圍內(nèi)，馬尾藻茶飲料對DPPH的清除能力和還原力均隨馬尾藻提取物濃度的增加而增大。

3.4 食品添加劑

Gao等[32]從褐藻(BA)廢棄物中提取纖維素。納米纖維懸浮液在水中的流變行為表明其具有高粘度和剪切變稀特性。更重要的是，BA纖維素納米纖維在牛奶中表現(xiàn)出優(yōu)異的增稠性能， MTT實(shí)驗(yàn)證實(shí)了納米纖維的安全性和良好的生物相容性。

Jinchuang等[33]研究結(jié)果表明，三種海藻膳食纖維均能促進(jìn)α-螺旋的開放，并逐漸轉(zhuǎn)化為β-螺旋和無規(guī)螺旋結(jié)構(gòu)。本研究為通過添加外源多糖制備纖維結(jié)構(gòu)豐富的植物蛋白基肉類替代品提供了有益的信息。

4 結(jié)語

我國有豐富的海洋國土面積處于待開發(fā)狀態(tài)，可以用來進(jìn)行海洋藻類的生產(chǎn)。海藻膳食纖維資源豐富，是膳食纖維的新的重要來源，海藻生產(chǎn)成本以及可發(fā)展規(guī)模都是陸地膳食纖維來源作物無法比擬的。而且海藻膳食纖維在降血糖、降血脂、增強(qiáng)免疫力、改善腸道功能等方面的卓越表現(xiàn)，使其具備開發(fā)成食品、藥品、食品添加劑的潛力，具有很好的發(fā)展前景。