小球藻和螺旋藻的营养成分及其降血糖活性比较

史珅，张旗，王娜，尚小玉，栾少萌，艾君

（1.天狮集团有限公司，天津，301700；2.天津市天狮生命科学与技术研究院，天津301700）

小球藻和螺旋藻的营养成分及其降血糖活性比较

史珅1，2，张旗1，2，王娜1，2，尚小玉1，2，栾少萌1，2，艾君1，2

（1.天狮集团有限公司，天津，301700；2.天津市天狮生命科学与技术研究院，天津301700）

通过对比小球藻和螺旋藻的营养成分和辅助降血糖功能，为产品开发应用提供技术依据。采用国标、行标和《保健食品检验与评价技术规范》等规定的生物化学、分析化学检测方法，对比蛋白核小球藻、钝顶螺旋藻样品的核苷酸、氨基酸、肌醇、钙、锌、叶绿素、叶酸、生物素含量，以及辅助降血糖功能。结果发现，实验中采样的蛋白核小球藻含有更低的核苷酸含量，尤其是更低的嘌呤核苷酸，更高的钙、锌、叶绿素、叶酸和生物素含量，并可以有效降低高血糖小鼠的空腹血糖，具有降血糖功效。可见，螺旋藻和小球藻在营养成分、降低空腹血糖和改善糖耐量方面，具有不同优势，在开发降糖类保健食品时可以配合使用。

螺旋藻；小球藻；营养成分；血糖

藻类因其营养丰富、风味独特，在法国、挪威和爱尔兰等欧洲国家和以日本为代表的亚洲国家日常膳食中，扮演不可或缺的角色；作为食品添加剂和营养补充剂也拥有广泛的市场接受和认可度。迄今为止，已发现6 000多种不同的藻类，在风味和特性上各有不同。微型藻类，例如以螺旋藻为代表的蓝绿藻，可制成粉状食品添加剂。棕藻是一种典型的大型藻类，生长于浅海礁石，从中可以提取琼脂，作为食品配料加入冰激凌或糖果。红藻味道鲜美且营养丰富，其VC的含量甚至高于柑橘，用于制作寿司的紫菜就是红藻的一种。虎耳菜是一种看似马尾的藻类植物，是意大利面的重要配料。藻类食品富含蛋白质、不饱和脂肪酸以及各种维生素和微量元素，近年来引起研究者关注，也逐渐被国内消费者接受，并获得追捧，2004年我国卫生部公告批准螺旋藻为新资源食品，可以作为食品和保健食品原料使用，2012年底又公告批准了蛋白核小球藻，成为新的新资源食品，丰富了国内藻类健康食品种类。本文就螺旋藻与小球藻的营养成分和降血糖活性进行比较研究，以期为二者在保健食品领域的应用，提供更多参考。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1原料与试剂

螺旋藻，蓝藻门多细胞原核生物，可在碱水湖光能自养生长，因其在显微镜下呈螺旋状而得名。本试验采用的样品系钝顶型螺旋藻，由天狮集团有限公司提供，阴凉干燥处保存备用。

小球藻，绿藻门单细胞真核生物，可在淡水湖中光合自养生长繁殖，因其在显微镜下呈圆球状而得名。本试验采用的球藻样品系蛋白核小球藻，采购自东莞市绿安奇生物工程有限公司，阴凉干燥处保存备用。

化学、生化试剂均为市售。

1.1.2实验动物

ICR小鼠，SPF级，雄性，（22±2）g，购自北京维通利华实验动物技术有限公司，SCXK（京）2012-0001。

动物饲养条件：屏障系统动物房，温度（22±2）℃，相对湿度40%～60%，控制照明时间为12：12 h。每笼5只分笼饲养，自由饮水，及时更换垫料，定期清洗鼠笼，适应一周后开始实验。

1.2方法

1.2.1主要营养成分的检测

样品中核苷酸含量检测采用卫生部《保健食品检验与评价技术规范》（2003版）十三、保健食品中核苷酸的测定；水解氨基酸含量检测采用《GB/T 5009.124-2003食品中氨基酸的测定》；肌醇含量检测采用《GB/T 5009.196-2003保健食品中肌醇的测定》；钙含量的检测采用《FAAS（GB/T 5009.92-2003）食品中钙的测定》；锌含量测定采用《GB/T 5009.14-2003/第一法原子吸收光谱法》；叶绿素含量的检测采用《SN/T 1113-2002进出口螺旋藻粉中藻蓝蛋白、叶绿素含量的测定方法》；叶酸含量检测采用《GB/T5009.211-2008食品中叶酸的测定》；生物素含量检测采用《GB 5413.19-2010食品安全国家标准婴幼儿食品和乳品中游离生物素的测定》。

1.2.2辅助降血糖动物模型实验

实验依照《保健食品检验与评价技术规范》（2003年版）功能学评价检测方法三辅助降血糖功能检验方法，选用四氧嘧啶为造模剂制作高血糖小鼠动物模型进行检测。

1.2.2.1造模

动物禁食24 h后，给予小鼠腹腔注射四氧嘧啶造模（160 mg/kg BW），现用现配。造模7 d后禁食4 h，监测血糖值，血糖值10 mmol/L～25 mmol/L为高血糖模型动物。

1.2.2.2分组

选高血糖模型动物按禁食4 h的血糖水平分组，随机分为模型组、螺旋藻组和小球藻组并以未造模健康小鼠为空白对照组。两藻类给药组分别给予人推荐摄入量的10倍剂量的螺旋藻和小球藻，即小球藻572 mg/kg BW·d，螺旋藻644 mg/kg BW·d灌胃，模型对照组和空白对照组给予相应体积的生理盐水作为安慰剂，连续30 d，测空腹血糖值（禁食同实验前），比较各组动物血糖值及其差异。

1.2.2.3糖耐量实验

高血糖模型动物禁食4 h，剂量组给予不同受试样品，模型对照组给予同体积溶剂，20 min后经口给予葡萄糖2.0 g/kg·BW，测定给葡萄糖后0、0.5、2 h的血糖值，观察模型对照组与受试样品组给葡萄糖后各时间点血糖曲线下面积的变化。

血糖曲线下面积＝1/2×（0 h血糖值＋0.5 h血糖值）×0.5＋1/2×（2 h血糖值＋0.5 h血糖值）×1.5＝0.25×（0 h血糖值+4×0.5 h血糖值+3×2 h血糖值）

1.2.2.4数据处理及结果判定

实验数据采用SPSS16.0进行统计分析，结果以AVE±SD形式表述。

降空腹血糖实验：受试样品剂量组与对照组比较，空腹血糖实测值降低或血糖下降百分率有统计学意义，可判定该受试样品降空腹血糖实验结果阳性。

糖耐量实验：受试样品剂量组与对照组比较，在给葡萄糖后0.0、0.5、2.0 h血糖曲线下面积降低有统计学意义，可判定该受试样品糖耐量实验结果阳性。

2结果与讨论

2.1小球藻与螺旋藻营养成分的比较分析

通过对螺旋藻和小球藻两2藻类营养成分的相关研究现状的综合分析，发现在基本营养素蛋白质、碳水化合物、脂肪、矿物质总量方面，球藻与螺藻具有相似性，在VB2、VC、β-胡萝卜素、尼克酸、泛酸方面，因不同研究者在样品选择时存在品种和地域的差异，使含量范围较宽泛，比较差异不明显。但在另外几种营养成分的比较中发现，小球藻的纤维素、叶绿素、VE含量方面显著高于螺藻，而在VB1、VB6、VB12和叶酸含量上，螺藻显著高于球藻，二者各有所长。为了更好地了解两种藻类的营养素差异，为实际产品应用提供更具体的科学依据，本文在现有资料基础上筛选出部分营养素指标，包括生物素、叶绿素、叶酸、肌醇、钙、锌、核苷酸、水解氨基酸组分等，将目前多用于保健食品原料的钝顶螺旋藻和蛋白核小球藻进行对比分析，经对不同批次的样品进行检测，获得相对一致的检测结果，这里列代表性一批次结果进行分析讨论，如表1所示。

表1　小球藻与螺旋藻营养成分Table 1Nutritional Ingredients of Chlorella and Spirulina

核苷酸是一类由嘌呤碱或嘧啶碱、核糖或脱氧核糖以及磷酸3种物质组成的化合物，包括胞嘧啶核苷酸、尿嘧啶核苷酸、腺嘌呤核苷酸、鸟嘌呤核苷酸、次黄嘌呤核苷酸。核苷酸是维持机体正常免疫功能的必须营养成分，并在促进肠道成熟、维持肠道营养、肠粘膜发育和改善修复功能、肝脏的生长发育和代谢及脂质代谢等方面都发挥重要作用，因而适量补充核苷酸类营养物质具有其必要性。然而嘌呤也是机体新陈代谢产物之一，经过酶系催化可以生成黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶催化作用下进一步被氧化成尿酸，加剧现代人生活压力和膳食偏好引起的尿酸代谢异常，体内尿酸水平的升高容易引发高尿酸血症甚至痛风，造成肾脏损伤［1］和骨质疏松［2］。血液尿酸、黄嘌呤、次黄嘌呤的浓度升高与心绞痛、高血压等心血管疾病有高度正相关性［3］。由表1的检测结果发现，同样作为补充核苷酸类营养食品，在嘌呤类成分比例上，小球藻的嘌呤核酸总量（142 mg/100g占螺旋藻的64%），尤其是次黄嘌呤（6.1 mg/100 g约占螺旋藻12%）和腺嘌呤（121 mg/100 g不到螺旋藻的80%），显著低于螺旋藻，因而更加符合现代人群的营养补充需求。

钙是人体必须元素，是人体内具有重要生理功能的7种常量元素之一，不仅是身体中构成骨骼和牙齿的重要成分，而且参与生理代谢活动。它可以调节人体细胞渗透压平衡，维持肌肉-神经的正常活动，促进酶的活性，机体缺少钙时可能出现出血不止或凝血过度、血液粘稠度过高等现象。王宏等［4］研究钙离子对坐骨神经腓肠肌神经肌肉接头神经递质释放的作用，结果发现，钙离子能促进突触小体中神经递质的释放；李晋平等［5］研究补钙对骨质疏松并发骨折的大鼠模型生物力学的影响，发现适量的钙剂能显著促进骨折愈合，改善骨痂质量，增强骨生物力学特性；文允镒等［6］研究食盐及钙对大鼠血压、血浆钙调素和红细胞膜ATP酶活性的影响，结果表明，高钙补充摄入能有效降低血压，预防高血压症的风险。对蛋白核小球藻和螺旋藻中钙含量的检测发现，蛋白核小球藻的钙含量（196 mg/100 g）是螺旋藻（79.7 mg/100 g）的2.5倍，因而作为钙元素天然补充剂更加有效。

锌是人体必须的重要微量元素之一，主要存在于肌肉、骨骼、皮肤中，是营养代谢相关酶组成的重要元素，它参与核酸和蛋白质的合成，可以延缓衰老，提高身体免疫力，锌还具有增强组织再生能力，促进伤口愈合等功效，儿童缺锌会影响生长和发育。现代研究［7］表明，锌能提高小鼠血液中谷胱甘肽水平以及脾脏和胸腺指数，降低脾脏和胸腺组织中丙二醛及一氧化氮含量，提高CuZn-SOD水平，对动物机体有显著的免疫调节作用；蔡东联等［8］研究锌对兔烧伤愈合的影响及血清锌与血清蛋白和碱性磷酸酶的关系，发现锌可以促进烧伤愈合，血清碱性磷酸酶活力可作为烧伤后低锌血症的诊断和补锌效果观察的指标；肖元梅等［9］研究锌对小鼠骨髓造血细胞辐射损伤影响，发现锌可能通过影响细胞凋亡、细胞周期和基因表达而发挥辐射损伤防护作用。王福等［10］开展锌缺乏对小鼠脑发育及功能影响的实验研究，发现发育期锌缺乏不但可造成学习能力下降、海马突触可塑性受损，同时还可使脑组织中金属硫蛋白及其mRNA表达降低。表1所示检测结果发现，蛋白核小球藻的锌含量（407 mg/kg）是螺旋藻（11mg/kg）的近40倍。可见，对于大脑发育、血压、免疫力和抗辐射健康方面，小球藻具备更强的优势。

叶绿素是植物进行光合作用的主要成分，是一类含脂的色素家族，位于类囊体膜。叶绿素分子由负责光吸收的核心部分卟啉环以及被称作叶绿醇负责插入到类囊体膜的长脂肪烃侧链两部分组成。叶绿素有造血、排毒、抗病美肤等多种用途。诺贝尔得主Dr. Richard Willstatter和Dr.Hans Fisher发现，叶绿素分子与人血红蛋白分子在结构上十分相似，唯一分别是各自的核心为镁原子与铁原子。因此，服用叶绿素对产妇与意外失血者大有助益，并对慢性贫血症患者有补血作用。营养学家Dr.Bernard Jensen指出，叶绿素能除去杀虫剂与药物残渣的毒素，并能与辐射性物质结合而将其排出体外。新英国医药期刊曾有报导，叶绿素有助于克制内部感染与皮肤问题。蛋白核小球藻和螺旋藻中叶绿素含量检测发现，蛋白核小球藻（2.30 g/ 100 g）是螺旋藻（1.42 g/100 g）的近2倍，从该角度而言，小球藻是更好地叶绿素补充营养物质，对生血、排毒等更有助益。

生物素又称维生素H、辅酶R，属于维生素B族，是合成VC的必要物质，是一种维持人体自然生长和正常人体机能所必须的水溶性维生素，是代谢脂肪及蛋白质不可或缺的物质，也是维持正常成长、发育及健康必要的营养素。生物素能够帮助脂肪、肝糖和氨基酸在人体内进行正常的合成与代谢；促进汗腺、神经组织、骨髓、男性性腺、皮肤及毛发的正常运作和生长，减轻湿疹、皮炎症状；预防白发及脱发，有助于治疗秃顶；缓和肌肉疼痛；促进尿素合成与排泄、嘌呤合成和油酸的生物合成；用于治疗动脉硬化、中风、脂类代谢失常、高血压、冠心病和血液循环障碍性的疾病。叶酸是维生素B复合体之一，相当于蝶酰谷氨酸，也叫VB9，是米切尔从菠菜叶中提取纯化的，故而命名为叶酸。叶酸是合成核酸时所需的辅酶，叶酸不足，影响核酸合成，影响正常细胞分裂与复制；帮助调节胚胎神经细胞发育，防止新生婴儿患先天性神经管缺陷症；制造红血球不可缺少物质，预防治疗叶酸贫血症；保护粘膜。叶酸和烟酸一道能阻止自由基对染色体破坏。李卫红等［11］研究叶酸对Ⅱ型糖尿病大鼠心肌细胞凋亡的影响，结果表明，长期补充叶酸对Ⅱ型糖尿病大鼠心肌细胞凋亡具有明显预防作用。郑维平等［12］研究发现，孕前4周及孕后12周每日增补少量叶酸片，能有效降低胎儿神经管缺陷的发生率。通过对蛋白核小球藻和螺旋藻的检测，发现蛋白核小球藻中生物素含量（41 μg/100 g）是螺旋藻（4 μg/100 g）的10倍；叶酸含量小球藻（1.7 mg/100 g）是螺旋藻（0.11 mg/100 g）的16倍，蛋白核小球藻是更加优于螺旋藻的叶酸、生物素补充剂。

2.2小球藻和螺旋藻的辅助降血糖活性比较分析

实验采用四氧嘧啶损伤胰岛细胞的形式制作高血糖小鼠动物模型，通过比较给药周期后实验小鼠的空腹血糖值和糖耐量结果探讨小球藻和螺旋藻的辅助降血糖功能，结果如图1所示。

图1　螺旋藻和小球藻对高血糖小鼠空腹血糖及糖耐量的影响Fig.1Effect of Spirulina and Chlorella on blood glucose and glucose tolerance in mice with fasting hyperglycemia

经过对高血糖小鼠灌胃给药等效于人体推荐服用量的螺旋藻和小球藻，螺旋藻组和小球藻组的实验小鼠的空腹血糖均有显著降低，其中球藻组空腹血糖值接近正常对照组小鼠，可见2种藻类均有效降低高血糖小鼠的血糖值，而球藻效果更佳；另外，经过糖耐量实验的监测，发现螺旋藻可以显著改善高血糖模型小鼠的糖耐量指标，球藻也呈现改善趋势。在辅助降血糖功能评价的角度，认为螺旋藻与小球藻均有效，且分别更加擅长改善糖耐量和降低空腹血糖。通过对两种藻类作用机制的相关研究的检索分析，发现存在作用机制的差异和互补性。Jeong H等［13］研究小球藻对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，分别饲喂含不同剂量的小球藻8周，发现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［14］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。研究者认同小球藻是通过提高胰岛素敏感性的方式来降低血糖的。而针对螺旋藻的降血糖机制，ZuoSY等［15］研究螺旋藻多糖（PSP）对链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠降血糖影响，发现PSP可以阻止肾上腺素刺激肝糖原分解，抑制小鼠肠道对葡萄糖吸收，可见PSP具有降血糖作用。Senthil N等［16］研究螺旋藻对糖尿病大鼠降糖作用，结果表明，螺旋藻可以降低肝脏中己糖激酶活性，增加肌肉中葡萄糖-6-磷酸酶的活性，减少肠内葡萄糖吸收，提高胰岛素降糖活性，降低肝糖原合成，增加外周组织对葡萄糖的利用。研究者认为螺旋藻降低血糖的主要作用方式是通过促进肝糖原合成或抑制其分解来实现的。因而，在辅助降低高血糖人群的血糖作用方面，两藻存在很强的互补特性，可能通过不同的作用机制获得对更多的不同病因引起的血糖异常升高患者血糖的辅助降低发挥更有效的作用。

3结论

总之，蛋白核小球藻类产品是在日本、东南亚等国家和地区具有较长食用历史和畅销风靡的市场现状，在国内具有新颖性和较大市场潜力；作为营养补充来源，其营养成分在多方面与螺旋藻存在较大互补特性；作为降血糖产品原料，其作用机制与螺旋藻存在高度互补性。因此，针对降糖消费需求市场，研发蛋白核小球藻保健食品，或与螺旋藻复方产品，具有重要意义和市场潜力。

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Comparison of Chlorella and Spirulina on Nutrients and Anti-diabetic Effects

SHI Shen1，2，ZHANG Qi1，2，WANG Na1，2，SHANG Xiao-yu1，2，LUAN Shao-meng1，2，AI Jun1，2
（1.Tiens Group Co.，Ltd.，Tianjin 301700，China；2.Tianjin Tiens Academy of Life Science and Technology，Tianjin 301700，China）

Providing technical basis for product development and application，by comparing the chlorella and spirulina nutrition composition and anti-diabetic effects.Contrast the concentration of nucleotide，amino acid，inositol，calcium，zinc，chlorophyll，folic acid，biotin in chlorella pyrenoidosa and DunDing spirulina，as well as auxiliary anti-diabetic function，via the biochemical methods and analytical chemistry recorded in national standard，the line mark and“Health food inspection and evaluation of technical specifications”.The results show that the samples of chlorella pyrenoidosa contained lower nucleotide content，especially lower purine nucleotides，higher contents of calcium，zinc，chlorophyll，biotin and folic acid，which could effectively reduce the glycemia concentration in hyperglycemia mice；in another word it had anti-diabetic effects.It is clear that spirulina and chlorella could be used in the development of hypoglycemic kind of health food for their different advantages in nutrients，anti-diabetic function and improving glucose tolerance.

spirulina；chlorella；nutrients；glycemia

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.10.033

2014-03-26

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）

史珅（1981—），女（汉），高级工程师，博士，研究方向：功能性食品，天然产物。