紫菜生物活性成分及其应用研究进展

江涛，费帆，方婷*

（1.福建农林大学食品科学学院，福建福州350002；2.福建省工业产品生产许可证审查技术中心，福建福州350011）

紫菜隶属红藻门，红毛菜科[1]，其营养成分有蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、微量元素等。其中，紫菜中蛋白质含量丰富，富含多种人体必需与非必需氨基酸[2]。紫菜生物活性成分主要可以分为以下几类：多糖、藻胆蛋白、活性肽、多酚，这些生物活性成分都具有重要作用，如抗氧化、抗肿瘤、降血压等。随着现代食品加工技术不断完善，充分利用紫菜资源，可以生产不同类型的产品。为此，科研人员对紫菜的生物活性成分进行相关研究并拓宽其应用。本文从紫菜生物活性成分出发，较为全面总结紫菜生物活性成分的提取工艺与作用，并且归纳紫菜的产品开发应用现状，为紫菜生物活性成分研究以及新型产品的开发提供重要依据。

1 紫菜生物活性成分

1.1 多糖

多糖是由糖苷键相连，至少由10个单糖所组成的高分子化合物[3]。紫菜多糖是多糖的一种，由多糖来源而区分，属于水溶性多糖[4]。紫菜多糖以半乳糖为主，其中含有丰富的糖醛酸，其多糖残基可以与硫酸根、半乳糖醛酸基等基团相互连接[5]。因此，紫菜多糖属于半乳糖硫酸酯。实验室最常用的多糖提取方法是水提醇沉法，另外还有酶解法、膜处理法以及超临界萃取法等。鉴于高效提取紫菜多糖的需求，张帅等[6]采用超声波辅助水提-蛋白酶解法，通过正交试验，比较不同温度、时间与水料比对多糖提取效率的影响，最终确定最佳提取工艺。同时，Geng等[7]将酶解法和超声波辅助水提-酶解法相比较，结果表明：在常用紫菜多糖提取方法中，单一提取方法不仅提取率低且损失量大。故运用超声波辅助水提与蛋白酶酶解法相互协同提取后可高效获得紫菜多糖。此方法为紫菜多糖提取提供新经验，值得参考。虽然大多数多糖如淀粉、纤维素等为动植物提供能量，维持着动植物正常生命活动，但是紫菜多糖拥有着除提供能量外更为重要的功能，如乳化[8]、抗肿瘤[9]、抗氧化[10]等。

由于紫菜多糖的表面活性，使其可以吸附在油水界面并在乳滴表面形成一层水化膜，阻止油滴相互聚集。在乳液形成以后，由于乳液表面形成的水化膜厚度较厚，紫菜多糖分子将永久吸附在乳液表面，保证乳液的稳定性。Fang等[11]利用紫菜多糖制备生物高聚物乳化剂，通过降低静电斥力，形成稳定紧凑的胶束结构，从而使乳液具有极高的稳定性和黏弹性。此外，紫菜多糖可以增强免疫调节功能，使免疫细胞产生增殖作用，对肿瘤细胞产生抑制，国内外研究人员对紫菜多糖抗肿瘤作用已取得极大的研究进展。Kholiya等[12]以紫菜多糖为原料生产一种琼脂醛，利用X-射线衍射（X-ray diffraction，XRD）、扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）、 透 射 电 子 显 微 镜（transmission electron microscope，TEM）3 种光谱分析琼脂醛的生物物理特性，并作体内和体外实验探究其抗肿瘤活性，结果表明，琼脂醛对ME-180、结肠-26和HL-60异种移植的小鼠体内肿瘤细胞分别抑制了64%、27.3%、51%，小鼠存活率高达83%～100%。张忠山等[13]探究紫菜半乳聚糖及其抗肿瘤活性，结果表明，紫菜半乳聚糖对人胃癌细胞株MCF-7、人肝癌细胞株、胃癌细胞BGC-823、人血癌细胞K562具有较高抑制活性，能够防止细胞癌变，改善人体免疫调节功能。吴飞燕[14]利用生物技术提取条斑紫菜、大型海藻脆江篱和龙须菜多糖，分别处理患有食管癌的小鼠，分析小鼠癌细胞抑制率与存活率，结果表明，紫菜多糖与脆江篱具有抑制肿瘤细胞、促进细胞凋亡的作用，有效降低食管癌细胞增殖，提升小鼠存活率。研究表明，紫菜多糖对OH自由基、超氧阴离子自由基、DPPH自由基有着较强的清除率，具有极强抗氧化活性。黄海潮等[15]通过超声波辅助过氧化氢提取紫菜多糖，以清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基，发现该自由基清除率高达65%，且随提取浓度的提高，自由基清除率明显上升。

1.2 藻胆蛋白

藻胆蛋白是从藻类中分离纯化的蛋白质，通过硫醚共价键将脱辅基蛋白与藻胆素相互连接形成[16]。同时，藻胆蛋白是藻类光合作用补充光能的重要蛋白。目前，研究人员发现4种藻胆蛋白：藻红蛋白、藻蓝蛋白、藻红蓝蛋白与别藻蓝蛋白[17]。Kissoudi等[18]运用超声波辅助硫酸铵沉淀-高效液相色谱法提取藻胆蛋白，先用超声法和反复冻融循环对紫菜进行裂解，而后利用20%～35%硫酸铵使蛋白质胶粒凝结沉淀，进而使用高效液相色谱法对其进行纯化，最后采用分光光度计法进行纯度测定。试验结果得到2.5倍纯度藻胆蛋白且精密度小于5.6%，回收率高达91.2%。此方法不仅提取率高，还可应用于纯化蛋白与制备天然色素的初步阶段。

紫菜藻胆蛋白具有抗肿瘤与抗氧化作用[19]。紫菜藻胆蛋白可以产生光敏反应，释放自由基，进攻肿瘤细胞，抑制肿瘤细胞增殖，以达到抗肿瘤目的。何培民[20]进行藻胆蛋白的体外光动力学活体实验，从而建立一套紫菜藻胆蛋白与肿瘤抗体偶联技术，为未来开发高效、特异性、廉价的光敏剂奠定基础。Senthilkumar等[21]以紫菜藻胆蛋白为原料制备一种蛋白提取物，治疗由N-二乙基亚硝胺致癌物质诱导肝癌细胞增殖的病变小鼠，结果发现病变小鼠肝癌细胞增殖变慢，健康状况有所改善。同时，正常小鼠使用藻胆蛋白提取物后，肝脏得以保护，这为预防肝癌，开创“营养疗法”奠定一定的基础。另外，张文怡[22]通过双酶解法对紫菜藻胆蛋白进行分离纯化得到藻红蛋白，然后用中空纤维膜对藻红蛋白进行浓缩得到高纯度浓缩液，分别处理DPPH自由基、OH自由基以及超氧阴离子自由基，结果表明，藻胆蛋白具有极强抗氧化能力，清除DPPH自由基的IC50值为0.30 mg/mL，清除超氧自由基的IC50值为0.26 mg/mL，清除羟基自由基的IC50值为2.60 mg/mL。藻胆蛋白还具有一定的抗炎效果，藻胆蛋白是一种大分子化合物，不可以通过静脉注射的方式达到抗炎效果，却可以通过制备成口服药物将大分子化合物分解成如氨基酸等小分子物质供人体吸收。虽然目前对藻胆蛋白研究逐渐完善，但是其抗炎的机理却无法解释，因此需要对藻胆蛋白的代谢途径以及产物进行分析鉴定，以完善其抗炎机理。

1.3 活性肽

活性肽由多种氨基酸以不同的组合排列方式形成二肽直至多肽[23]。紫菜活性肽从紫菜蛋白中提取，经分离纯化可以得到抑制α-淀粉酶活性肽[24]、降血压活性肽[25]、抗氧化活性肽[26]等。紫菜作为海洋植物，其习性、生长环境等方面都不同于陆地植物，这也直接导致紫菜活性肽不同于其它陆地植物活性肽，在活性肽的结构、组成、理化性质等方面存在着差异，这使紫菜活性肽具有多种功能，例如降血糖、降血压、抗氧化等。因此，研究人员对紫菜活性肽的提取、理化检验、开发应用产生浓厚兴趣。紫菜活性肽提取常用方法有超声波辅助酶提取、酶与膜分离耦合、混合酶法等[27]。研究表明，采用超滤膜过滤[28]、高压脉冲电场、高压静水法[29]等对紫菜酶解产物进行活性肽提取有着高效、高量的特点。

降血压活性肽是极为重要的活性肽，具有降血压作用。降血压活性肽即血管紧张素转换酶抑制肽[30]，在正常成年人的调节血压系统中，其调节方式是人体多种系统之间相互配合。降血压存在着一定的作用机理，其中最重要的是激肽释放酶—激肽系统（kallikrein-kinin system，KKS）[31]。其降压机理是在激肽释放酶-激肽降压系统中，应用紫菜降血压活性肽抑制血管紧张素转化酶活性，使激肽释放，以降低血压。研究表明，食源性降血压活性肽的降压机理已经得到证实。Qian等[32]以紫菜降血压活性肽制备血管紧张素转换酶抑制剂，处理自发高血压的小鼠，结果表明，抑制剂作用后，小鼠血压显著下降，但是降压的持续作用时间较短，加大剂量可提升降压作用时间。此外，紫菜蛋白还存在α-淀粉酶抑制肽，可以抑制α-淀粉酶活性，从而降低血糖，治疗糖尿病。ADMASSU等[33]从紫菜蛋白酶解物中分离具有抑制活性的α-淀粉酶抑制肽，并对其进行鉴定以及抑制活性测定，结果表明，此肽为Gly-Gly-Ser-Lys和Glu-Leu-Ser且抑制α-淀粉酶的活性达到（88.67±1.05）%。

因此，从紫菜中提取降血压活性肽、α-淀粉酶抑制活性肽等以开发药物，甚至食用紫菜食品，都具有一定治疗效果。这种食源性活性肽的直接食用食品或者药物的方式，简便、可食、无毒、无副作用以及安全性高，可开发新型药物、保健品以及各类食品。这为紫菜作为食源性活性肽产品的重要原料来源提供方向。

1.4 多酚

多酚别名单宁，广泛存在于植物体内，例如可可豆、茶叶、大豆等[34]。紫菜多酚也属植物多酚类，目前检测出紫菜多酚具有多种活性，例如抗氧化性、抗肿瘤性等且以抗氧化性为主要活性作用[35]。Sharma等[36]通过索氏提取法联合超高效液相色谱-电喷雾飞行时间串联质谱法（ultra-high-performance liquid chromatography，electrospray ionization coupled with quadrupoletime-of-flight mass spectrometry，UHPLC-ESI-QTOFMS）对紫菜多酚进行高效提取并对多酚进行详尽和全谱分析。评估对比另外3种不同的提取分析方法，结果表明，此方法对紫菜多酚提取、表征鉴定有着最佳效果。陈洪彬等[37]运用单因素试验确定最佳的紫菜多酚提取工艺，同时进行体外抗氧化试验。结果表明：紫菜多酚对DPPH自由基以及ABTS+自由基有超强的清除能力，清除率高达80%。AL-SHAYA等[38]提取紫菜多酚制备的抗氧化剂，处理超氧阴离子自由基、OH自由基，自由基清除率高达76%。研究表明，紫菜多酚可以清除原有自由基，同时自身生成比较稳定的酚类自由基，使其具备一定抗氧化以及清除自由基的能力。

2 紫菜生物活性成分的应用

随着科学技术的发展，紫菜开发与应用相继产生。紫菜不仅加工成各种具有不同营养特性、外观属性的食品以满足消费者需求，而且可以应用于生物技术行业、医药行业、美妆行业等。

2.1 荧光试剂

藻胆蛋白是一种特有的色素捕获蛋白[39]。藻红蛋白属藻胆蛋白，臧帆等[40]对藻胆蛋白结构、功能作出详尽的研究和总结，藻胆蛋白是一种由3种亚基（α、β和γ）所组成的特有蛋白，3种亚基中γ最为重要，可以使藻红蛋白趋于稳定。藻红蛋白可以有效地将各种蛋白色素相互连接，对短波颜色进行吸收且效率较高，从而让常见藻类在浅海，甚至是在深海绿光或者较弱的蓝光中高效捕获和传递光能，为藻类生长繁殖提供动力[41]。研究人员在发现藻红蛋白捕获和传递光能的功能、结构以及机理后，开始研究荧光标记。在一定波长光照射下，藻红蛋白可以发射出强烈荧光，其强度是普通荧光素的300倍。因此荧光技术在医学领域是常用的检测技术。同时，高纯度的藻红蛋白可以与抗体、免疫蛋白等相互结合制备荧光探针，用于疾病诊断。

2.2 药物

紫菜藻胆蛋白具有一定光敏作用，在一定波长光激活作用下放出单线态氧以及其它自由基，可以进攻癌细胞和肿瘤细胞，通过光动力学杀伤作用，减缓癌细胞和肿瘤细胞扩散。但是，目前常用的光敏药物主要是由全血中分离得到的血叶琳衍生物[42]。这种分离物不仅价格昂贵，而且具有一定副作用[43]，容易对病人造成如皮肤光中毒、过敏等反应。因此，这种情况使肿瘤光动力学治疗受到极大限制。最新研究表明紫菜藻胆蛋白完全可以成为一种全新的、高效的，对病人无毒害作用的光敏药物。另外，应用紫菜降血压、抗肿瘤、降血脂、抗炎等活性作用[44]可以制备降血压、抗阿尔茨海默病、降血脂、消炎、抗糖尿病等药物[45]。

2.3 化妆品和护肤品

紫菜多糖、多酚类等生物活性成分都具有抗衰老、抗氧化的活性作用，这种活性作用非常适用于护肤品及美妆产品开发。通过特定技术将紫菜活性成分复配运用至化妆品可以有效增强化妆品的功能效用[46]。杨亚云[47]通过对比四大海藻多糖保湿率以及相应化妆品效用，得出紫菜红藻类多糖活性物质所复配的面膜和护肤霜具有良好护肤美妆效用且相比于另外三类海藻有更好功效。

2.4 食品

一方面，紫菜通过简单加工手段例如干制等可以制成紫菜干，之后通过剪切以及包装方式得到紫菜制品，例如剪碎后装入小包装袋可以得到调味食品，这种产品广泛用于方便以及军用快速食品。同时，各类紫菜食品例如调味海苔食品、紫菜蛋花汤、紫菜炒饭等也成为中国百姓餐桌常见食品。但是，目前紫菜主要是作为一种辅料食品并且已经为广大消费者所接受。另一方面，紫菜通过精深加工例如多糖、蛋白质提取后应用于酱油，这种方式可以有效增强酱油的鲜味。朱力等[48]开发了一款紫菜酱食品，产品将紫菜加工与传统酱工艺相互结合，产品碘含量丰富成为缺碘人群新型天然保健品。周秀琴[49]开发了一款紫菜琼脂果冻，利用紫菜、糖、盐、蜂蜜、琼脂等配料，在锅中熬煮后冷却，容器分装制得。这种果冻制品有着紫菜独特风味且营养价值丰富[50]。

2.5 其它

如今，紫菜资源应用已十分广泛，更值得关注的是紫菜加工后期残渣利用。邓红霞[51]利用紫菜残渣开发紫菜沙司，风味独特，营养价值丰富，解决紫菜腥味重以及残渣浪费问题，为紫菜资源后期开发利用打下基础。同时，紫菜作为海藻，养殖于沿海地带，可以有效固化氮、磷等元素，防止因元素超量而导致严重的“赤潮”现象。另外，紫菜以及其它的海藻都具有较强光合作用，可以吸收二氧化碳，释放氧气，为缓解温室效应以及全球变暖做出巨大贡献。

3 结语

紫菜是一种具有极高经济价值的海藻，含有丰富的营养成分和多种活性成分，其不论是作为食品，还是应用于各个行业，都符合国家海洋开发战略以及人们健康绿色的生活方式。现阶段，紫菜资源研究主要集中在活性成分和产品开发两方面，则归纳先进的提取工艺以及应用显得很有必要。同时，更值得关注的是其活性成分具有的协同作用，可为开发新型药物、食品等提供宝贵依据。紫菜藻胆蛋白其抗氧化活性与结构之间的关系以及抗炎作用机理都尚未可知且荧光探针技术仍处于实验室阶段；紫菜多糖应用于化妆品和护肤品的开发也只是处于初级阶段。紫菜残渣处理以及提升附加值，却鲜有报道。因此，紫菜的价值不应该只是局限在已开发的部分，更应该涉及到残渣以及其它废料的利用，从而“变废为宝”，应用于食品、药品、医学等各个方面。