紫球藻生物活性物質(zhì)的研究

劉 群，趙 璐

日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院海洋技術(shù)系，山東 日照 276826

海洋藻類特別是單細(xì)胞微藻，富含脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物等多種營養(yǎng)成分以及DHA (二十二碳六烯酸)、EPA (二十碳五烯酸)、AA (花生四烯酸)等多種生物活性物質(zhì)。

紫球藻是一種單細(xì)胞紅藻，在海水、淡水以及潮濕的土壤中廣泛存在，耐高鹽，能在含鹽量高達(dá)4.5%的環(huán)境中正常生長。紫球藻細(xì)胞呈球形，細(xì)胞外被一層粘質(zhì)鞘所包裹著，細(xì)胞由于粘質(zhì)鞘的粘連而聚集在一起，形成團(tuán)狀的結(jié)構(gòu)。紫球藻以無絲分裂的方式進(jìn)行繁殖，在其生長過程中能夠合成多種生物活性物質(zhì)如多糖、藻膽蛋白、多不飽和脂肪酸等，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文就紫球藻的生物活性物質(zhì)如多糖、藻膽蛋白、多不飽和脂肪酸作簡要的闡述。

1 紫球藻多糖

紫球藻細(xì)胞呈球形，藻細(xì)胞的生長培養(yǎng)經(jīng)歷4個(gè)時(shí)期，即適應(yīng)期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定期和衰亡期，當(dāng)藻細(xì)胞生長到達(dá)對數(shù)生長期后，高爾基體細(xì)胞器開始合成多糖，細(xì)胞繼續(xù)生長到穩(wěn)定期后，胞內(nèi)合成的多糖開始向藻細(xì)胞外分泌，并形成了粘質(zhì)鞘，包在藻細(xì)胞的外面，因此紫球藻的多糖是胞外多糖，并且是一種硫酸酯多糖，易溶于水。

1.1 抗病毒作用

具有硫酸酯基團(tuán)的紫球藻多糖具有良好的抗病毒作用。研究表明，紫球藻胞外多糖能抑制流行性感冒病毒的生長[1]；紫球藻胞外多糖能夠明顯抑制敗血癥病毒的生長[2]；紫球藻細(xì)胞壁硫酸多糖對皰疹病毒具有明顯的抗性[3]；紫球藻胞外多糖具有抗柯薩奇B3 型病毒的活性，其活性比病毒唑等抗生素的效果還要明顯[4]；紫球藻胞外多糖對呼吸道病毒也具有抑制作用[5]；紫球藻胞外多糖對乙肝病毒也具有一定的抑制作用[6]。因此，紫球藻是開發(fā)抗病毒藥物的良好材料。

1.2 抗菌作用

紫球藻多糖具有抗菌作用。研究表明，紫球藻多糖溶液對革蘭氏陽性細(xì)菌有一定的抑制作用，對革蘭氏陰性菌效果不明顯[7]；紫球藻多糖對細(xì)菌、真菌都具有一定程度的抑制作用，抗菌譜比較廣，在治療動(dòng)植物病原菌方面前景比較可觀[8]。

1.3 抗輻射、抗氧化作用

研究表明，紫球藻胞外多糖能夠明顯改善鈷射線照射小鼠，致使小鼠免疫力功能降低及其對機(jī)體造成的一系列的不良反應(yīng)，使小鼠的免疫功能有所恢復(fù)[9]。

眾所周知，天然多糖的相對分子質(zhì)量較大、溶解度較低，而多糖的抗氧化活性與其分子質(zhì)量大小呈反比，大分子質(zhì)量的多糖沒有明顯的體外抗氧化活性，而小分子質(zhì)量的多糖則表現(xiàn)出明顯的抗氧化活性。采用密閉微波法降解紫球藻獲得的小分子質(zhì)量多糖抗氧化活性比較顯著，清除自由基的能力也比較顯著[10]；采用酶制劑降解紫球藻獲得的多糖，具有明顯的抗氧化活性[11]；采用超聲波輔助過氧化氫降解紫球藻獲得的小分子質(zhì)量多糖，對自由基有明顯的清除作用[12]。

1.4 膠體穩(wěn)定劑

紫球藻多糖具有獨(dú)特的膠體性能，常被用作為膠體穩(wěn)定劑，適用于食品、化妝品、醫(yī)藥等行業(yè)。如為了使面包保持長期松軟的狀態(tài)，在面包制作過程中加入紫球藻多糖；多糖還可作為增稠劑，加入到雪糕、酸奶、果汁中，使其質(zhì)地變得濃稠；另外，紫球藻多糖還具有良好的乳化性能，可作為保濕劑加入到化妝品中，使化妝品的保濕性能增加。

2 藻膽蛋白

藻膽蛋白主要存在于紅藻、藍(lán)藻中，是天然的水溶性捕光色素蛋白，即能夠幫助藻細(xì)胞吸收太陽光，便于藻細(xì)胞進(jìn)行光合作用。

藻膽蛋白包括藻紅蛋白、藻藍(lán)蛋白、別藻藍(lán)蛋白、藻紅藍(lán)蛋白四類。在紫球藻以及大多數(shù)藻類中，藻膽蛋白還可以作為貯存蛋白，在缺乏氮源的時(shí)候，藻膽蛋白被降解用來補(bǔ)充氮源，使藻細(xì)胞能夠存活下來。藻膽蛋白在不同藻類中的種類、數(shù)量不盡相同，所有藍(lán)藻和紅藻中都存在有藻藍(lán)蛋白和別藻藍(lán)蛋白，紅藻和部分藍(lán)藻中存在有藻紅蛋白，而在某些無藻紅蛋白卻有異形胞的藍(lán)藻中，存在藻紅藍(lán)蛋白。

藻紅蛋白(phycoerythrin，PE) 是重要的藻膽蛋白，在紫球藻細(xì)胞內(nèi)含量極為豐富，由于含有大量的藻紅蛋白，紫球藻細(xì)胞呈現(xiàn)出深紅色。紫球藻細(xì)胞內(nèi)還有一個(gè)色素體，大且呈星形，色素體內(nèi)含有豐富的藻紅蛋白和少量的藻藍(lán)蛋白。紫球藻中藻膽蛋白含量達(dá)到藻細(xì)胞總蛋白量的一半，其中藻紅蛋白占藻膽蛋白的80%以上。藻紅蛋白有B-藻紅蛋白（B-PE）和b-藻紅蛋白（b-PE）兩類，其中B-PE含量較多，因此紫球藻是B-PE 的一個(gè)重要的來源，已成為具有應(yīng)用價(jià)值的天然色素蛋白，其著色能力好，無毒無害，對人體不會(huì)造成傷害。

藻紅蛋白作為一種水溶性色素蛋白，具有很大的市場應(yīng)用前景。藻紅蛋白是一種天然的色素蛋白，無毒，有較強(qiáng)的著色力，可以添加到飼料、食品、化妝品等行業(yè)中，如添加到觀賞魚飼料中，使觀賞魚的體色變得鮮艷亮麗；藻紅蛋白可作為一種生物熒光探針，用于生物、醫(yī)學(xué)等臨床應(yīng)用[13]；藻紅蛋白還是一種高效光敏劑，在特定波長光的刺激下，可以產(chǎn)生單態(tài)氧，與相鄰生物大分子之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而殺傷生物大分子，在腫瘤光動(dòng)力治療中發(fā)揮一定的作用[14]；另外，由于大量的生活污水和工業(yè)廢水排入到天然的水域之中，致使水域中的藻類由于富營養(yǎng)化而大量繁殖，引起水華和赤潮的頻繁發(fā)生。藻紅蛋白的含量是衡量水體藻類富營養(yǎng)化的一個(gè)重要指標(biāo)，紫外- 可見分光光度計(jì)法可以測定水體中藻紅蛋白的含量，因此，測定水體中藻紅蛋白的含量已經(jīng)成為水質(zhì)監(jiān)測的一個(gè)重要指標(biāo)[15]。

3 多不飽和脂肪酸

多不飽和脂肪酸(PUFA)是指含有2 個(gè)或2 個(gè)以上雙鍵并且含有18～22 個(gè)碳原子的直鏈脂肪酸。多不飽和脂肪酸根據(jù)雙鍵的位置及功能，分為ω-6系列和ω-3 系列。ω-6 系列包括亞油酸和花生四烯酸（AA）等，ω-3 系列包括亞麻酸、二十二碳六烯酸(DHA)、二十碳五烯酸(EPA)等。

多不飽和脂肪酸尤其是ω-3 系列，如EPA、DHA，是哺乳動(dòng)物所必需的脂肪酸，但是，這些必需脂肪酸在哺乳動(dòng)物體內(nèi)不能合成，必須從外界食物中攝取。多不飽和脂肪酸在海洋生物，如藻類、海洋魚類等中含量比較豐富。傳統(tǒng)EPA 和DHA 主要來自于深海魚油，受深海魚油膽固醇含量比較高、魚腥味道比較濃重、脂肪酸結(jié)構(gòu)組成比較復(fù)雜等多方面的影響，再加上海洋魚類不能合成多不飽和脂肪酸，也需要吞食水體中的藻類才得以獲取，而藻類可以合成多不飽和脂肪酸，因此，微藻已成為獲取多不飽和脂肪酸的主要來源。

利用微藻生產(chǎn)多不飽和脂肪酸具有以下優(yōu)點(diǎn)：微藻生長速度快、細(xì)胞內(nèi)不飽和脂肪酸含量比較高；藻細(xì)胞結(jié)構(gòu)比較簡單，微藻比較容易進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)，其生長培養(yǎng)過程容易受外界環(huán)境條件的影響，如果要高效地生產(chǎn)某種特定的不飽和脂肪酸，可以通過改變其培養(yǎng)的條件如溫度、光照或者培養(yǎng)基等，就可以獲得；微藻中多不飽和脂肪酸結(jié)構(gòu)組成比較簡單，容易分離提純，并且多不飽和脂肪酸制品沒有魚腥味，沒有膽固醇，也沒有重金屬的污染[16-17]。

紫球藻細(xì)胞內(nèi)脂肪酸含量約占總生物量的90%以上，其中多不飽和脂肪酸約占總脂肪酸的50%以上，含量極為豐富，其中花生四烯酸（AA）的含量超過20%、二十碳五烯酸(EPA)的含量超過25%，而DHA 含量很少。AA 和EPA 是哺乳動(dòng)物所必需的脂肪酸，是合成前列腺素及其衍生物的前提。AA 能夠增加血管的彈性、降低血液的黏稠度等；EPA 能夠降低血液中的膽固醇和甘油三酯，可以軟化血管等。另外，還能緩解過敏反應(yīng)引起的一系列癥狀[18]。