小球藻营养活性研究进展

张旗，尚小玉，王娜，闫桂强，史珅

（天津市天狮生命科学与技术研究院，天津301700）

小球藻营养活性研究进展

张旗，尚小玉，王娜，闫桂强，史珅

（天津市天狮生命科学与技术研究院，天津301700）

小球藻具有较高的营养价值与保健功效，可作为食品添加剂、饲料、保健食品和医药等原料，开发前景广阔。文章综述了小球藻的化学组成、营养价值、医疗保健作用及应用前景。

小球藻；化学组成；营养价值；保健作用

小球藻（Chlorella）是一种单细胞绿藻，多生长在淡水中，因细胞呈球形或椭圆形而得名。我国常见的种类有蛋白核小球藻、普通小球藻、椭圆小球藻等。小球藻一直是全球范围内流行的食品，特别是在日本和韩国，含有人体必需氨基酸，蛋白质，矿物质，维生素，叶绿素等。1957年，日本政府设立绿藻研究所，发现小球藻生物活性物质CGF。因小球藻类具有胞壁坚厚等特性，需经破壁处理后，使其内活性成分更易于被人体吸收［1］。近年来，其营养成分组成和生物活性备受研究者关注，本文对小球藻化学组成、营养价值、医疗保健作用及应用前景等方面的研究进行了综合分析，以期为小球藻这一国内新兴营养补充物质的应用和相关产品开发，提供参考。

1　小球藻的化学组成和营养价值

小球藻中含蛋白55.5%，脂肪7.5%，碳水化合物17.8%，纤维3.1%，叶绿素2.68%，灰分8.25%，水分7.0%［2］。所含蛋白质含有17种氨基酸，其中所含的人体必需氨基酸与联合国粮农组织和世界卫生组织所推荐的RDA值（人体需要量）相似，其中苯丙氨酸2.57%，异亮氨酸1.62%，苏氨酸2.82%，赖氨酸4.8%，亮氨酸4.8%，蛋氨酸5.3%，缬氨酸，2.93%，色氨酸0.4%［3］。除此之外，小球藻富含Na、K、Ca、Mg、Zn、Fe等矿物质元素，而对人体有害的铅、汞、砷含量极低，适于长期服用。同时，小球藻中含有丰富的B族维生素，VC、VE及胡萝卜素以及亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸，且异氧生长小球藻不饱和脂肪酸含量明显高于自氧生长小球藻，亚油酸含量占有主导地位［4-5］。

2　小球藻保健作用

2.1抗氧化作用

人体生理生化反应过程中产生的过量自由基，如超氧阴离子自由基（O2-·）和羟自由基（·OH-）等，具有强氧化性，可损害机体的组织和细胞，进而引起慢性疾病及衰老效应。小球藻具有抗氧化的功效，能有效清除体内自由基，还能改善红细胞过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的活性［6-8］。Cha KH等［9］采用加压液体提取法提取小球藻中抗氧化物质，并分析抗氧化能力，结果显示，小球藻提取物能有效清除自由基，小球藻提取物中15个主要抗氧化物鉴定为亲水性化合物，分别为叶黄素及其异构体，叶绿素和叶绿素衍生物。Sun H L等［10］研究吸烟者服用小球藻对吸烟导致氧化损伤的影响。对吸烟者连续补充服用小球藻粉6周，发现小球藻改善受试者红细胞过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的活性，提高血浆抗氧化维生素水平，降低脂质过氧化水平，减少淋巴细胞DNA损伤。Miyazawa T等［11］研究小球藻对红细胞膜脂质氧化的影响，正常组补充2个月小球藻（8 g小球藻/天/人），考察红细胞和血浆中磷脂过氧化氢和类胡萝卜素的影响，结果表明，服用小球藻能够提高红细胞抗氧化水平，降低磷脂过氧化氢浓度，有助于维持红细胞的正常功能，预防和缓解老年痴呆症的发展。

2.2排毒作用

随着年龄的增长、新陈代谢减缓和环境毒素增多，身体慢慢积聚了无法自我清除的毒素和日益严重的外界毒素侵害。这些毒素通过胃、肠道的再吸收，淤积于人体的肝脏、肾脏等器官，毒素长期在体内积累会加速组织器官老化，造成代谢紊乱。小球藻具有排毒作用，既可以促进机体排出有毒化合物和重金属，也能抑制肠道再吸收，有效清除体内的毒素和重金属淤积。

Lee YJ等［12］采用Fisher344雄性大鼠研究小球藻对杂环胺（PHIP）代谢和结肠异常基因表达的影响，结果显示，服用小球藻的大鼠组PHIP排泄量显著增加；实时定量PCR证实，PHIP诱导大鼠饲喂小球藻可以改善结肠β-链蛋白和细胞周期蛋白D1的mRNA表达，西方膳食习惯中，适量补充小球藻有利于阻止PHIP的吸收。Uchikawa T［13］研究小球藻粉对甲基汞的排泄和组织积累的影响，在实验动物饲料中分别混入0%、5%及10%小球藻粉，对甲基汞造模的雌性C57BL/ 6N小鼠给药21 d，发现摄入含小球藻饲料的实验小鼠尿液（5%组）和粪便（5%组，10%组）中汞含量显著增加，肾脏和大脑中汞含量显著降低，肝脏中未检出汞成分，且连续服用小球藻粉没有改变谷胱甘肽的代谢，表明连续食用小球藻粉能够加速甲基汞的排泄，减少机体组织的汞蓄积。Vanessa BV等［14］研究小球藻对氯化汞引起肾脏细胞氧化应激和肾脏细胞损伤的影响，结果表明，服用小球藻能够促进氯化汞排泄，减少组织中汞含量，从而预防氯化汞引起的氧化应激和肾脏细胞损害。

伴随环境污染问题的日益严重，重金属污染因其毒性可蓄积、临床症状严重，治疗困难和可致死亡等特征，日益受到研究者关注，而小球藻对重金属毒物的促排泄和预防损伤作用更加引发研究者兴趣。Shim JA等［15］研究小球藻对镉诱导SD大鼠肝毒性的影响，将40只大鼠分为三组，每组用10 mg/L镉处理，分别给予0%、5%及10%小球藻粉，饲喂8周。结果显示，Cd-0C组大鼠肝中镉和金属硫蛋白（MTS）浓度显著高于Cd-5C或Cd-10C组，Cd-5C和Cd-10C组实验大鼠比Cd-0C组MTS mRNA获得更多表达，表明小球藻能减少镉的体内蓄积，刺激MTSⅡ的表达，从而对镉诱导的肝脏损伤具有保护作用。

2.3降血糖作用

糖尿病是由于机体胰岛功能减退、胰岛素抵抗等而引发的糖、蛋白质、脂肪、水和电解质等一系列代谢紊乱综合症状，临床上以高血糖为主要特点，特别是眼、肾、心血管及神经系统的损害及其功能障碍和衰竭。小球藻具有降血糖作用，改善胰岛素敏感性，提高胰岛素抵抗能力［16］。Jeong H等［17］研究2型糖尿病GK大鼠和正常Wistar大鼠的降血糖作用，大鼠随机分配到3个组，分别饲喂含小球藻0%，3%或5%为期8周，发现小球藻摄入量对胰岛素分泌量无明显影响，但可以改善胰岛素敏感性。Chiu YJ等［18］研究小球藻对高果糖饲料喂养的实验大鼠胰岛素抵抗的影响，大鼠口服给药（每日3次，连续5 d），结果表明，服用小球藻能够提高胰岛素的敏感性，改善胰岛素抵抗能力，可以用于胰岛素抵抗患者辅助治疗。Thulasingam S等［19］研究蛋白核小球藻对链脲菌素和镉诱导糖尿病肾病大鼠高血糖介导氧化应激和肾衰竭的影响，结果表明，小球藻为100 mg/kg·BW表现出更多的潜在的降血糖和肾脏保护作用，而且具有防止氧化应激作用。Senthilkumar T等［20］研究蛋白核小球藻对镉暴露糖尿病大鼠的影响，向大鼠体内注射链脲佐霉素（40 mg/kg·BW），并每周5天服用镉（0.6 mg/kg体重·BW），给大鼠饲喂蛋白核小球藻90 d，观察血浆葡萄糖，胰岛素，血脂变化，结果表明，与对照大鼠相比，镉暴露糖尿病大鼠血浆葡萄糖水平升高并伴随血浆胰岛素水平降低，同时，组织中总胆固醇，甘油三酯，游离脂肪酸和磷脂等水平显著升高；补充蛋白核小球藻（100 mg/kg·BW）的糖尿病肾病大鼠生化指标检测及肾脏组织病理学分析结果趋于正常，表明蛋白核小球藻对镉暴露糖尿病大鼠具有降血糖，降血脂及肾脏保护作用。

2.4抗癌作用

癌症，又称恶性肿瘤，是指机体在各种因素作用下，局部组织的细胞异常增生而形成的局部肿块，癌症可以破坏组织、器官的结构和功能，引起坏死出血合并感染，患者最终由于器官功能衰竭而死亡。小球藻具有抗癌作用，有效降低癌细胞活性，抑制癌细胞增殖和迁移扩散［21］。

Wang X等［22］采用低温高压提取，酶解，离子交换和凝胶过滤层析等工艺，从小球藻中分离一种多肽，能够抑制人肝癌细胞HepG2的活性，并命名为小球藻抗肿瘤多肽。Wang HM等［23］采用超临界二氧化碳萃取法提取小球藻中活性成分，能显著提高多酚和类黄酮得率，经实验证明，这些提取物可以抑制H1299，A549和H1437等肺癌细胞生长，有效减缓肿瘤细胞迁移，抑制肺癌转移。Emey SMA等［24］研究小球藻对诱导肝癌大鼠癌细胞凋亡的影响，对诱导肝癌雄性Wistar大鼠分别饲喂不同剂量小球藻（50、150、300 mg/kg·BW），结果表明，小球藻能够降低抗凋亡蛋白Bcl-2蛋白表达，提高促凋亡蛋白胱天蛋白酶8的表达，控制肝癌细胞增殖，对化学诱导肝癌细胞凋亡具有一定的预防作用。

2.5降血脂和降血压作用

心脑血管疾病是近年来多发的现代流行疾病，有发病急，预后不佳，影响患者生活质量和死亡率高等特征。以血脂含量、成分和血压表现异常为初期表现，对上述症状的改善可以有效预防心脑血管的突发和降低临床发病的危害程度。有研究者关注小球藻的相关影响，并有发现［25］。Yang SC等［26］研究小球藻对LNAME（一氧化氮合成酶抑制剂）诱导血管内皮功能障碍大鼠的血压、心脏和肾脏重塑的影响，实验大鼠经L-NAME诱导后，分别饲喂L-NAME（40 mg/kg·BW）和小球藻粉（4%或8%）五周，观察小球藻对大鼠血压及心肾重塑的影响，结果表明，NOx水平或血浆精氨酸浓度没有差异，小球藻组的血浆和组织中血管紧张素转换酶性显著低于L-NAME组。此外，小球藻组的组织肿瘤-α坏死因子浓度和肾CYP4A表达也较低，小球藻能够改善血压升高，并对一氧化氮缺乏大鼠心肾具有保护作用Ko SC等［27］采用中性蛋白酶、碱性蛋白酶、胰蛋白酶，胃蛋白酶等复合蛋白酶水解小球藻得到具有高活性血管紧张素转换酶（ACE）抑制肽，该抑制肽由缬氨酸，谷氨酸，甘氨酸和酪氨酸等4种氨基酸组成，口服纯ACE抑制肽对自发性高血压大鼠（SHR大鼠）具有降压效果，能够显著降低SHR大鼠收缩压。Takeshi O等［28］通过对14名青年服用安慰剂和小球藻片4周，考察小球藻片中不同活性成分对青年人群动脉血管的影响，发现小球藻中抗氧化维生素，精氨酸，钾，钙，和n-3多不饱和脂肪酸等物质可以降低动脉僵硬度，表明小球藻可有效降低动脉硬化。

2.6增强免疫力作用

小球藻水提取物，尤其是多糖、小球藻生长因子等能够促进细胞因子产生，提高人类白细胞抗原（HLA）以及巨噬细胞共刺激分子表达，降低过敏免疫反应，增强巨噬细胞吞噬功能，从而改善和增强机体免疫力［29］。

HsuHY等［30］研究蛋白核小球藻水溶性多糖（CWSP）对细胞因子，HLA以及巨噬细胞共刺激分子表达的影响，研究揭示小球藻中多糖体外免疫调变信号转导的分子机制，CWSP通过蛋白激酶信号通路诱导Toll样受体4触发巨噬细胞分泌IL-1β，此外，CWSP也能刺激HLA-DR，HLA--DB和HLA-DC的细胞表面表达，以及HLA-DR，HLA--DP和HLA--DQ共刺激如CD80和CD86分子家族在巨噬细胞中的表达。同时，注射CWSP到C57BL/6J小鼠体内，可使脂多糖诱导的肿瘤坏死因子-α和IL-1β分泌到血清中。Suarez ER［31］等采用热水提取，通过乙醇沉淀，层析等方法，从蛋白核小球藻中分离出一系列具有相似结构不同分子量的磷酸化多糖，经实验证明，较高分子量组分能够使小鼠腹腔巨噬细胞刺激合成一氧化氮。

刘海琴等［32］研究小球藻生长因子（CGF）对增强小鼠免疫调节的生理活性功能的影响，采用酶解法提取CGF，采用75、150、450 mg/（kg·d）剂量经30 d对小鼠喂食，进行免疫调节实验，结果表明，150、450 mg/（kg·d）剂量的CGF可以明显增强二硝基氟苯引起的小鼠迟发性超敏反应，对造血功能受损的小鼠有恢复作用，并增强小鼠单核巨噬细胞吞噬功能。

Bae MJ等［33］研究小球藻水提取物（CVE）对组胺引起过敏免疫反应的影响，由化合物48/80刺激大鼠腹腔肥大细胞（RPMCs），对CVE的抗组胺活性进行分析，采用卵白蛋白（OVA）免疫的BALB/C小鼠服用CVE治疗。CVE通过阻断细胞外钙离子进入RPMCs防止其脱粒产生的组胺释放效应。此外，CVE的摄入能够抑制血清IgE的过量生成，CVE可以作为防止组胺释放的抗过敏剂使用。

3　小球藻在食品领域上的应用前景

小球藻具有独特的海藻风味，作为一种新资源食品原料，可以广泛用于食品行业。目前，市场上可见小球藻饮料、小球藻片、小球藻饼干、面条等。韩国学者［34］研究开发小球藻功能型饮料，它以小球藻粉，添加蜂蜜，柚子提取物，甜叶菊和海洋深层水调配而成。小球藻藻粉是一种高蛋白、低糖、低脂、营养全面均衡的绿色营养源，含有蛋白质，氨基酸，矿物质，维生素等，且具有抗病毒感染，增强免疫力，促进生长等作用。

我国早在20世纪60年代初就开展对小球藻的培养与生产试验研究。目前，我国小球藻培养和生产企业屈指可数，年产量约2000 t，国际市场的年需求量约为8 000 t～10 000 t。随着世界范围人口的不断增加，耕地面积日益减少，海洋湖泊资源开发受到广泛关注，小球藻的营养全面而丰富，加上生物技术迅猛发展，推动小球藻产业化迅速发展，研究小球藻的营养保健和功能作用对开发新的功能食品具有重要的意义。

［1］Mitsuda H，Nishikawa Y，Higuchi M，et al.Effect of the breaking of Chlorella cells on the digestibility of Chlorella protein［J］.Japanese Science of Food and Nutrition，1977，30：93-98

［2］Joseph A.Lubitz.The Protein Quality，Digestibility，and Composition of Algae，Chlorella 71105［J］.Journal of Food Science，1963，28（2）：229-232

［3］Leroy S，Lawrence E，Max S.The amino acid composition of Chlorella［J］.Journal of Food Science，1953，18（1/2/3/4/5/6）：377-380

［4］Tan C K，Michael R J.Fatty acid production by heterotrophic Chlorella saccharophila［J］.Hydrobiologia，1991，215（1）：13-19

［5］Otles S，Pire R.Fatty Acid Composition of Chlorella and Spirulina Microalgae Species［J］.Journal of AOAC International，2001，84（6）：1708-1714

［6］Hu Q H，Pan B S，Xu J，et al.Effects of supercritical carbon dioxide extraction conditions on yields and antioxidant activity of Chlorella pyrenoidosa extracts［J］.Journal of Food Engineering，2007，80（4）：997-1001

［7］Vijayavel K，Anbuselvam C，Balasubramanian M P.Antioxidant effect of the marine algae Chlorella vulgaris against naphthalene-induced oxidative stress in the albino rats［J］.Molecular and Cellular Biochemtry，2007，303（1/2）：39-44

［8］Lee S H，Kang H J，Lee H J，et al.Six-week supplementation with Chlorella has favorable impact on antioxidant status in Korean male smokers［J］.Nutrition，2010，26（2）：175-83

［9］Cha K H，Kang S W，Kim C Y，et al.Effect of Pressurized Liquids on Extraction of Antioxidants from Chlorella vulgaris［J］.Agricultural and Food Chemistry，2010，58（8）：47-56

［10］Sun H L，Hae J K，Lee H J，et al.Six-week supplementation with Chlorella has favorable impact on antioxidant status in Korean male smokers［J］.Applied nutritional investigation，2010（26）：175-183

［11］Miyazawa T，Nakagawa K，Takekoshi H，et al.Ingestion of Chlorella reduced the oxidation of erythrocyte membrane lipids in senior Japanese subjects［J］.Journal of Oleo Science，2013，62（11）：873-81.

［12］Lee Y J，Hong Y J，Kim J Y，et al.Dietary Chlorella protects against heterocyclic amine-induced aberrant gene expression in the rat colon by increasing fecal excretion of unmetabolized PhIP［J］.Food Chem Toxicol，2013，56：272-277

［13］Uchikawa T，Kumamoto Y，Maruyama I，et al.Enhanced elimination of tissue methylmercury in Parachlorella beijerinckii-fed mice［J］. Toxicological sciences，2011，36（1）：121-126

［14］Vanessa B V，Rocio O B，Marisol Pineda-Reynoso，et al.Chlorella vulgaris administration prevents HgCl2-caused oxidative stress and cellular damage in the kidney［J］.Journal of Applied Phycology，2011，23（1）：53-58

［15］Shim J A，Son Y A，Park J M，et al.Effect of Chlorella intake on Cadmium metabolism in rats［J］.Nutrition Research and Practice，2009，3（1）：15-22

［16］Cherng J Y，Shih M F.Potential hypoglycemic effects of Chlorella in streptozotocin-induced diabetic mice［J］.Life Sciences，2005，77（9）：980-990

［17］Jeong H，Kwon H J，Kim M K.Hypoglycemic effect of Chlorella vulgaris intake in type 2 diabetic Goto-Kakizaki and normal Wistar rats［J］.Nutrition Research Practice，2009，3（1）：23-30

［18］Chiu Y J，Chung H H，Yeh C H，et al.Improvement of Insulin Resistance by Chlorella in Fructose-rich Chow-fed Rats［J］.Phytotherapy Research，2011，25（9）：1306-1312

［19］Thulasingam S，Natarajan A.Impact of Chlorella pyrenoidosa on the attenuation of hyperglycemia-mediated oxidative stress and protection of kidney tissue in streptozotocin-cadmium induced diabetic nephropathic rats［J］.Biomedicine and Preventive Nutrition，2012，2（2）：125-131

［20］Senthilkumar T，Sangeetha N，Ashokkumar N.Antihyperglycemic，antihyperlipidemic，and renoprotective effects of Chlorella pyrenoidosa in diabetic rats exposed to cadmium［J］.Toxicology Mechanisms and Methods，2012，22（8）：617-624

［21］Cha K H，Koo S Y，Lee D U.Antiproliferative effects of carotenoids extracted from Chlorella ellipsoidea and Chlorella vulgaris on human colon cancer cells［J］.Journal of Agricultur Food Chemistry，2008，56（22）：10521-10526

［22］Wang X，Zhang X.Separation，antitumor activities，and encapsulation of polypeptide from Chlorella pyrenoidosa［J］.Biotechnol Progress，2013，29（3）：681-687

［23］Wang H M，Pan J L，Chen C Y，et al.Identification of anti-lung cancer extract from Chlorella vulgaris C-C by antioxidant property using supercritical carbon dioxide extraction［J］.Biochemical Engineering Science，2010，45（12）：1865-1872

［24］Emey S M A，Suhaniza S，Shafina H M H，et al.Chlorella vulgaris triggers apoptosis in hepatocarcinogenesisinduced rats［J］.Journal of Zhe jiang University Sciencce B，2009，10（1）：14-21

［25］Randall E，Merchant C A，Andre，et al.Nutritional Supplementation with Chlorella pyrenoidosa for Mild to Moderate Hypertension［J］. Journal of Medicinal Food，2002，5（3）：141-152

［26］Yang S C，Yang H Y，Yang Y C，et al.Chlorella pyrenoidosa ameliorated L-NAME-induced hypertension and cardiorenal remodeling in rats［J］.European Journal of Nutrition，2013，52（2）：601-608

［27］Ko S C，Kang N，Kim E A.，et al.A novel angiotensin I-converting enzyme（ACE）inhibitory peptide from a marine Chlorella ellipsoidea and its antihypertensive effect in spontaneously hypertensive rats［J］. Process Biochemistry，2012，47（12）：2005-2011

［28］Takeshi O，Kazuhiro S，Motoyuki I，et al.Multicomponent supplement containing Chlorella decreases arterial stiffness in healthyyoung men［J］.Journal of Clinical Biochemistry and Nutriton，2013，53（3）：166-169

［29］Yang F M，Shi Y，Sheng J C，et al.In vivo immunomodulatory activity of polysaccharides derived from Chlorella pyrenoidosa［J］.European Food Research and Technology，2006，224（2）：225-228.

［30］Hsu H Y，Narumon J，Yeh C H，et al.Immunostimulatory Bioactivity of Algal Polysaccharides from Chlorella pyrenoidosa Activates Macrophages via Toll-Like Receptor 4［J］.Agricultural and Food Chemistry，2010，58（2）：927-936

［31］Suarez E R，Kralovec J A，Grindley T B.Isolation of phosphorylated polysaccharides from algae：the immunostimulatory principle of Chlorella pyrenoidosa［J］.Carbohydrate Research，2010，345（9）：1190-1204

［32］LIU H Q，H S Q.Physiological function of Chlorella growth factor［J］. Marine Sciences，2005，29（9）：23-26

［33］Bae M J，Shin H S，Chai O H，et al.Inhibitory effect of unicellular green algae（Chlorella vulgaris）water extract on allergic immune response［J］.Science of Food Agriculture，2013，93（12）：3133-3136

［34］Kim M K，KIM S，Yoo B H.Functional beverage composition comprising Chlorella and deep sea water：US，2013028929［P］.2013-01-31

The Research Progress on Nutrition Activity of Chlorella

ZHANG Qi，SHANG Xiao-yu，WANG Na，YAN Gui-qiang，SHI Shen
（Tianjin Tiens Academy of Life Science and Technology，Tianjin 301700，China）

Chlorella has a high nutritional value and health benefits，can be used as food additives，feed，health food and pharmaceutical raw materials，development prospects.This paper reviews the Chlorella chemical composition，nutritional value，health care function and application prospects.

Chlorella；chemical composition；nutritional value；health effects

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.13.037

2014-02-12

天津市科技计划项目《营养保健食品功效验证及安全性评价平台》13ZXGCCX06600

张旗（1975—），男（汉），高级工程师，执业中药师，硕士，研究方向：功能性食品，药物研究与开发工作。