螺旋藻營養(yǎng)成分及生物活性研究進(jìn)展

摘 要：螺旋藻蘊藏豐富的營養(yǎng)元素，包括藻藍(lán)蛋白、類胡蘿卜素以及各類維生素等，這些成分在預(yù)防及治療多種疾病上展現(xiàn)出顯著的效用。螺旋藻具有抗氧化、降血糖、降血脂等生物活性，是開發(fā)功能性食品的優(yōu)質(zhì)資源。本文對螺旋藻的營養(yǎng)成分進(jìn)行介紹，分析其抗氧化、提高免疫力、降血糖、降血脂、抗癌、抗腫瘤等方面的生物活性，并對螺旋藻的研究方向進(jìn)行展望，旨在為螺旋藻功能性食品的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：螺旋藻；營養(yǎng)成分；生物活性；抗氧化活性

Research Progress on Nutrients and Bioactivity of Spirulina

SONG Yingxuan， YIN Xinyi， LIU Yingxuan

（School of Food Science and Engineering， Shandong Agricultural University， Taian 271018， China）

Abstract： Spirulina contains abundant nutrients， including phycocyanin， carotenoids， and various vitamins， which has good effects in the treatment of a variety of diseases. Spirulina has biological activities such as antioxidant， hypoglycemic and blood lipid， and is a high quality resource for the development of functional food. This paper introduces the nutrients of spirulina， analyzes the biological activities of antioxidant， immunity， blood glucose， blood lipid， anti-cancer and anti-tumor， and prospects the research direction of spirulina， aiming to provide theoretical basis for the development and industrialization of spirulina functional food.

Keywords： spirulina; nutrients; biological activity; antioxidant activity

螺旋藻是一種屬于藍(lán)藻門的藍(lán)綠色藻類，在美洲、墨西哥、亞洲和中部非洲亞熱帶和熱帶地區(qū)的高鹽湖泊中自然生長。螺旋藻已被消費者視為健康食品[1]。作為一種低等的原核單細(xì)胞或多細(xì)胞水生生物，因其極為豐富的營養(yǎng)成分而廣受贊譽，被冠以“超級食品”的稱號。此外，適量攝入螺旋藻能夠充分供應(yīng)普通人群所需的B族維生素，尤其是維生素B12。特別是其中的螺旋藻多糖，顯示出其在輔助治療代謝性疾病、增強自由基清除能力以及調(diào)節(jié)血糖和血脂水平方面的潛力[2]。在螺旋藻內(nèi)，藻膽蛋白的合成量頗為豐富。當(dāng)前，螺旋藻作為天然色素來源在食品與化妝品等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。此外，它在醫(yī)療和生物工程領(lǐng)域也展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力，被用于制造熒光試劑等，螺旋藻還能夠制成特定類型的食品，以滿足市場需求，展現(xiàn)出良好的開發(fā)與利用前景。在全球范圍內(nèi)，特別是在美國、德國、法國等發(fā)達(dá)國家，螺旋藻相關(guān)產(chǎn)品廣泛融入了日常生活的各個方面，以運動飲料和美容化妝品等形式為消費者提供服務(wù)[3]。本文全面總結(jié)螺旋藻的營養(yǎng)成分和生物活性，為螺旋藻功能的開發(fā)和利用提供參考。

1 螺旋藻的營養(yǎng)成分

1.1 螺旋藻多糖

藻多糖是由多個不同或相同的單糖分子通過糖苷鍵相互連接形成的聚合物，通常具有水溶性。孫建光等[4]分離純化了螺旋藻粗多糖，并測定了它的理化性質(zhì)。螺旋藻多糖是水溶性胞內(nèi)多糖，分子量為12 590，由D-甘露糖、D-葡萄糖、D-半乳糖和葡萄糖醛酸組成，相對含量分別為30.9%、29.8%、22.7%和16.5%，經(jīng)紅外光譜和核磁共振譜分析，其分子結(jié)構(gòu)中的糖苷鍵為α型。

1.2 蛋白質(zhì)和氨基酸

螺旋藻中的主要營養(yǎng)成分是蛋白質(zhì)，螺旋藻的蛋白質(zhì)含量占其干重的60%～70%，這一含量大約是大豆的1.7倍，玉米的9.3倍，牛肉的3.5倍，蛋類的4.6倍。螺旋藻氨基酸含量豐富，尤其是谷氨酸的含量突出，它所含的必需氨基酸也滿足或超越了聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO）所設(shè)定的推薦攝入量[5]。螺旋藻類的蛋白質(zhì)不僅質(zhì)量高，還具有很強的水溶性，容易消化，其消化系數(shù)可以達(dá)到95%，吸收率可以達(dá)到75%[6]。

1.3 維生素和礦物質(zhì)

螺旋藻所含維生素種類超過13種，其中支持生長發(fā)育的維生素，如維生素B1、維生素B2、維生素B12和維生素E的含量尤為豐富。值得注意的是，β-胡蘿卜素的含量在每100 g螺旋藻中高達(dá)50 mg，這一數(shù)值顯著高于其他植物，是胡蘿卜本身含量的15倍[7]。螺旋藻的礦物營養(yǎng)豐富，元素種類在50種以上，富含碘、鉀、鈉。此外，螺旋藻還含有較高的鋅、錳等諸多的微量元素[8]。

2 螺旋藻的生物活性

2.1 提高免疫力

螺旋藻蘊藏極其豐富的微量營養(yǎng)成分，其中許多具備獨特的生物活性特質(zhì)，能夠高效地清除體內(nèi)自由基，從而減輕其對細(xì)胞組織的損傷，增強機體免疫力，預(yù)防多種疾病。螺旋藻多糖就是其一。近年來，關(guān)于螺旋藻多糖免疫調(diào)節(jié)作用的學(xué)術(shù)探討與研究顯著增多。根據(jù)韋金河等[9]的研究，在小鼠模型中，螺旋藻多糖展現(xiàn)出顯著的免疫調(diào)節(jié)能力。具體而言，螺旋藻多糖能夠有效增強由二硝基氟苯引發(fā)的遲發(fā)型超敏反應(yīng)，同時提升小鼠的免疫系統(tǒng)功能，表現(xiàn)為胸腺指數(shù)的增加、血清半數(shù)溶血值的升高以及單核-巨噬細(xì)胞吞噬活性的增強。更值得注意的是，這些正面的免疫效應(yīng)與螺旋藻多糖的使用劑量呈現(xiàn)出直接的正相關(guān)性，即劑量越高，免疫增強效果越明顯。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了螺旋藻多糖在免疫系統(tǒng)調(diào)控方面的潛力，也為其在預(yù)防和治療相關(guān)免疫性疾病的應(yīng)用中提供了科學(xué)依據(jù)。呂小華等[10]認(rèn)為螺旋藻多糖具有增強作用，能有效提升因接受環(huán)磷酰胺治療導(dǎo)致免疫力下降的小鼠的免疫系統(tǒng)效能。常靜瑤等[11]通過3種不同的給藥方法，系統(tǒng)地探討了螺旋藻多糖對小鼠血清內(nèi)24種細(xì)胞因子的調(diào)控效應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)，螺旋藻多糖的使用顯著促進(jìn)了小鼠的整體免疫功能。陳文青等[12]的研究揭示，螺旋藻多糖具備促進(jìn)小鼠淋巴細(xì)胞增殖的功效，并且能通過誘生IFN-γ而展現(xiàn)出其在免疫調(diào)節(jié)方面的積極作用。

螺旋藻多糖主要由葡萄糖和鼠李糖構(gòu)成，AFZALI等[13]采用高效液相色譜法、紅外光譜分析技術(shù)及核磁共振技術(shù)對螺旋藻中的粗多糖進(jìn)行了蒸餾與純化處理，由此分離出了兩種多糖成分，即螺旋藻多糖-1與螺旋藻多糖-2，經(jīng)鑒定均屬于分支型葡聚糖。這類多糖能顯著提升機體對于病毒與細(xì)菌入侵的防御效力。此外，螺旋藻多糖能顯著增強巨噬細(xì)胞的吞噬能力，同時促進(jìn)一氧化氮（NO）的產(chǎn)生及其相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá)，并促進(jìn)這些細(xì)胞釋放NO，NO在生物體對環(huán)境變動的響應(yīng)過程中發(fā)揮核心作用，它不僅能夠增強免疫系統(tǒng)的防御能力，還能減輕因免疫反應(yīng)過度引發(fā)的傷害[14]。

2.2 抗氧化

螺旋藻因富含藻藍(lán)蛋白、自然產(chǎn)生的抗氧化物質(zhì)，如β-胡蘿卜素、維生素與礦物質(zhì)，乃因其展現(xiàn)出顯著的抗氧化功效。這類化合物能有效中和多余的自由基，防止DNA受到損害，并增強超氧化物歧化酶及過氧化氫酶的活性，顯著降低氧化應(yīng)激事件的頻率。此舉能有效減輕自由基對細(xì)胞的損傷，維持細(xì)胞及其外部環(huán)境的和諧狀態(tài)，保障生物體細(xì)胞代謝過程的順暢進(jìn)行[15]。羅愛國等[16]從鈍頂螺旋藻中成功提取了蛋白質(zhì)，并對其清除自由基的效能進(jìn)行了評估。數(shù)據(jù)表明，當(dāng)螺旋藻中的蛋白質(zhì)攝入量達(dá)到特定閾值后，其展現(xiàn)出的抗氧化效能與維生素C相當(dāng)。除了對螺旋藻抗氧化性能的直接評估，HASSANZADEH等[17]探討了螺旋藻在創(chuàng)新功能性果汁配方優(yōu)化中的應(yīng)用價值，將小麥胚芽粉與螺旋藻作為配方增效劑進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在螺旋藻和小麥胚芽的添加比例均為1%的情況下，該功能型飲品的抗氧化能力躍升至98%，并且在感官體驗評估中達(dá)到了最高分。李羚等[18-19]發(fā)現(xiàn)螺旋藻及其多糖能夠有效清除羥自由基（·OH）和超氧陰離子（·O??），這兩類活性氧對細(xì)胞損傷有重要作用。通過清除這些自由基，螺旋藻及其多糖能顯著抑制脂質(zhì)過氧化和DNA的氧化損傷。此外，螺旋藻多糖對抗氧化貢獻(xiàn)尤其突出，其效果優(yōu)于螺旋藻本身。這說明螺旋藻中的多糖是其抗氧化活性的重要成分，并且螺旋藻還含有其他具有抗氧化作用的成分，如維生素和藻藍(lán)蛋白。研究表明螺旋藻不僅清除自由基能力強，而且具有長效的抗氧化保護(hù)作用。

2.3 降血糖

螺旋藻多糖是螺旋藻中的天然成分，展現(xiàn)出多樣化的生物活性特性。螺旋藻多糖在細(xì)胞中參與眾多生命過程中的調(diào)控，展現(xiàn)出顯著的血糖降低效果。MA等[20]利用響應(yīng)面法深入研究了螺旋藻中β-胡蘿卜素和螺旋藻多糖的提取與純化方法，同時評估了其體外抗氧化活性以及在糖尿病模型小鼠中的降糖效果。結(jié)果表明，螺旋藻中提取的β-胡蘿卜素具有顯著的抗氧化能力，同時對抗脂質(zhì)過氧化表現(xiàn)出強大的抑制能力。此外，在糖尿病模型小鼠中，經(jīng)過10 d的給藥后，小鼠的血糖水平顯著下降，從（15.81±1.71）mmol·L-1降至（8.10±0.88）mmol·L-1，食物和水的攝入量也得到了顯著改善。齊清華[21]利用鹽酸沉淀法從螺旋藻中提取出多糖和蛋白質(zhì)，在治療四氧嘧啶誘導(dǎo)的糖尿病實驗鼠的高血糖試驗中，顯示出顯著的血糖調(diào)節(jié)作用，可見其在功能食品開發(fā)方面具有一定潛力，在糖尿病的預(yù)防與治療方面具有一定的應(yīng)用價值。ABOUZID等[22]對埃及幾種植物和螺旋藻在抗高血糖方面的效果進(jìn)行了比較研究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)螺旋藻展現(xiàn)出最顯著的抗高血糖活性。

螺旋藻在調(diào)節(jié)葡萄糖代謝的過程中，其機制可能涉及螺旋藻內(nèi)豐富蛋白質(zhì)與纖維素的雙重作用，這二者有助于減緩血糖上升的速度，并促進(jìn)胰島素的生成。螺旋藻增進(jìn)胰島素敏感性的效果可能與其降低白細(xì)胞介素-6（IL-6）的水平有關(guān)。這一機制有助于維持胰島素信號通路的正常運作，尤其是胰島素受體底物的功能。如果IL-6水平過高，可能會影響胰島素受體底物的活性，從而阻礙葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4（GLUT4）向細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運，導(dǎo)致肌肉和脂肪組織對葡萄糖的攝取效率下降。因此，螺旋藻通過調(diào)節(jié)IL-6水平，可能有助于改善葡萄糖代謝和胰島素敏感性[23]。王蘇儀等[24]針對糖尿病大鼠展開了深入研究。在運用鏈脲佐菌素（Streptozotocin，STZ）誘導(dǎo)產(chǎn)生糖尿病的大鼠模型中，觀察到過氧化產(chǎn)物丙二醛（Malondialdehyde，MDA）的生成量增加，同時抗氧化酶超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）的活性顯著下降。這一系列變化直接導(dǎo)致了胰島素分泌的減少以及血糖水平的升高。由此可以推斷，抗氧化能力的減弱是引發(fā)糖尿病的關(guān)鍵因素之一。通過螺旋藻多糖的治療，血清中的MDA水平顯著下降，SOD的活性明顯增強，這表明螺旋藻多糖的作用機制在于提升抗氧化酶的活性，促進(jìn)自由基的清除，減少自由基對胰島細(xì)胞的破壞，進(jìn)而促進(jìn)胰島素的生成與釋放，展現(xiàn)其降糖效果。

2.4 降血脂

螺旋藻中包含亞麻酸，這一元素具有抑制肝臟和動脈內(nèi)部膽固醇與甘油三酯累積的能力，能夠降低血液中的膽固醇濃度，進(jìn)而發(fā)揮預(yù)防高血脂的效果。余頡等[25]通過讓患有高血脂的小鼠食用螺旋藻，發(fā)現(xiàn)螺旋藻展現(xiàn)出明顯的降低血脂的功效，其能夠有效降低實驗動物體內(nèi)的膽固醇含量。螺旋藻脂溶性成分在降低HepG2細(xì)胞內(nèi)3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶（3-Hydroxy-3-Methyl Glutaryl Coenzyme A Reductase，HMGR）活性方面表現(xiàn)出顯著效果，該酶是膽固醇合成過程中的關(guān)鍵酶。通過減少HMGR的表達(dá)，螺旋藻脂溶性部分抑制了膽固醇的合成。此外，它能抑制低密度脂蛋白受體（Low-Density Lipoprotein，LDLR）以及與脂肪蓄積相關(guān)的基因（包括脂肪酸合成酶和硬脂酰輔酶A去飽和酶1）的機能，從而起到顯著降低血脂的作用[26]。

2.5 抗癌、抗腫瘤

螺旋藻多糖不僅有抑制腫瘤細(xì)胞增殖周期與促發(fā)細(xì)胞凋亡的作用，還能增強機體免疫功能，提高個體對腫瘤的防御能力。藻藍(lán)蛋白則表現(xiàn)為調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)基因與抑制凋亡基因的表達(dá)，從而加速腫瘤細(xì)胞的凋亡過程。此外，它還能明顯提升免疫系統(tǒng)的效能[27]。杜玲等[28]通過腹水瘤小鼠探索非洲乍得湖鈍頂螺旋藻多糖在腫瘤治療領(lǐng)域的應(yīng)用效能及開發(fā)前景。研究顯示，鈍頂螺旋藻多糖表現(xiàn)出卓越的抗腫瘤功能，能提升攜帶腹水瘤小鼠的存活率，有效遏制腫瘤細(xì)胞的擴展。同時，與對照組相比，實驗組小鼠的各項生理指標(biāo)均表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。此外，該研究還指出，鈍頂螺旋藻多糖的抗腫瘤效果呈現(xiàn)出一定的劑量響應(yīng)特性，即隨著多糖濃度的增加，其成效更明顯。王群等[29]通過研究，揭示了螺旋藻多糖能夠有效遏制結(jié)腸腺癌的生長和擴散，且濃度為5.0 mg·mL-1時能顯著抑制腫瘤細(xì)胞。此外，他們推測螺旋藻多糖的抗腫瘤作用可能通過直接抑制腫瘤細(xì)胞的生長以及增強機體免疫功能來實現(xiàn)。

3 結(jié)語與展望

螺旋藻因其營養(yǎng)價值全面且安全可靠，成為一種理想的低脂、低熱量、無膽固醇的優(yōu)質(zhì)蛋白供給，且具備增強免疫系統(tǒng)、抵抗病毒侵襲、抗氧化的功效，對于疾病的輔助治療亦有積極作用[30-31]，在全球范圍內(nèi)，螺旋藻因其天然特性，常作為食品補充劑被廣泛推崇與應(yīng)用。伴隨社會的發(fā)展與人們生活質(zhì)量的提升，以及消費者對食品營養(yǎng)認(rèn)知的加深和醫(yī)藥科技的進(jìn)展，基于螺旋藻的日常食品將不斷涌現(xiàn)。當(dāng)前，國內(nèi)外在螺旋藻的應(yīng)用開發(fā)上，主要聚焦于營養(yǎng)補充品、健康藥物、美容產(chǎn)品以及高端寵物飼料等產(chǎn)業(yè)。未來的研究工作應(yīng)致力于探索螺旋藻中未被充分挖掘的功能性成分，以此來拓展其潛在的使用價值。

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