海带多糖的研究进展

[摘要] 随着科技的发展和医药学的进步,对海带的有效开发及利用显得越发的迫切。介绍了海带多糖的主要化学成分及生理功能。总结了海带多糖的几种提取方法,包括水浸法、沉淀法、酸解法、碱提取法、酶解法、微波法和超声波法等。比较了各种提取方法的优缺点,为海带多糖的高效提取奠定了基础。

[关键词] 海带多糖;化学成分;生理功能;提取

海带富含功能性物质及人体所需的微量元素,是一种重要的海洋水产资源。研究发现,海带的生物活性与其多糖成分密切相关,在医药、化工、食品行业的应用前景十分广阔。同时,我国拥有世界上最长的海岸线,海带产量位居世界首位,因此,对海带多糖的研究日益受到国内外学者的关注。

1 海带多糖的种类和化学成分

目前从海带中已发现了3种多糖,即褐藻胶、褐藻糖胶和褐藻淀粉。

褐藻胶通常是指褐藻酸盐类,是细胞壁的填充物质,在海带中含量相当丰富,约为19.7%,是由古罗糖醛酸和甘露糖醛酸为单体构成的非均匀性嵌段共聚物,不含蛋白质。

褐藻糖胶[1]是一种水溶性多糖,也是一种细胞壁的填充物质,在海带中的含量约为2.46%,主要成分为岩藻多糖,即α-L-岩藻糖-4-硫酸酯的多聚物,同时还含有不同比例的半乳糖、木糖、葡萄糖醛酸、阿拉伯糖和少量结合蛋白质,是一种高度不均一的多糖,其结构的研究有待进一步深入。

褐藻淀粉又名昆布多糖,存在于细胞质中,在海带中约占1%,一般有水溶性和水不溶性两种,主要由β-D-吡喃葡萄糖通过1,3-糖苷键连接而成的多聚物组成。

2 海带多糖的生理功能

2.1免疫调节功能 有研究发现海带多糖能明显提高正常及免疫低下小鼠脾的T、B细胞增殖能力、脾细胞产生IL2的能力以及增加血清和脾细胞溶血素的含量,对免疫功能起到促进作用[2]。王庭欣实验证明海带多糖能明显增强巨噬细胞吞噬功能,且随剂量的增加其功能有增殖趋势。海带多糖还能提高脾脏自然杀伤细胞的活性,增加免疫低下小鼠血清和脾细胞溶血素含量,促进脾细胞DNA合成,提高脾细胞多克隆抗体（IgG、IgM）的产生。

2.2耐缺氧效应及抗疲劳作用 海带多糖能使氧合血红蛋白解离,促进氧的释放,提高缺氧小鼠组织对氧的利用。在常压密闭缺氧的条件下,可提高小鼠的血红蛋白的含量,由此对预防高海拔地区由缺氧引起的高血红蛋白症有一定的意义。

2.3降血糖作用 有研究发现海带多糖能明显降低糖尿病小鼠血糖和尿素氮,增加糖尿病小鼠的血清钙和血清胰岛素含量,对四氧嘧啶所致的胰岛损伤具有明显的恢复作用,有降血糖[3]及保护胰岛细胞的功能。

2.4消除自由基和抗氧化作用 褐藻海带硫酸酯能够抑制H2O2诱导的红细胞氧化溶血,对FeSO4-抗坏血酸体系造成的脂质过氧化也具有良好的保护作用[4]。孔鹏等以果蝇作为试验动物,研究海带多糖可能通过提高生物体内SOD、CAT等抗氧化酶的活性,降低过氧化脂质分解的最终产物丙二醛的含量而起到抗衰老的作用。

2.5抗肿瘤作用 海带多糖能激活巨噬细胞,能直接抑制肿瘤细胞生长。1993年Itoh从海带中提取的高纯度多糖类物质注入人工培养的骨髓性白血病细胞和骨癌细胞后,其细胞内的染色体就会被自有酶所分解,而正常细胞不受伤害。研究发现海带褐藻糖胶对多种肿瘤和癌细胞具有抑制效果[5]。

2.6抗病毒作用 海带多糖具有抗逆转录酶病毒的作用,对胞疹病毒、外衣病毒、副粘病毒、棒状病毒等均有明显的抑制作用。值得一提的是,海带多糖还具有抗HIV作用,可以用于艾滋病的治疗中。

2.7抗菌作用 海带中的褐藻酸钠制备的褐藻酸银的加入量大于0.6%时,能抑制处于旺盛生长期的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌这两种细菌的生长。

2.8抗凝血作用 施志仪发现,各多糖组分都有抗凝血作用,多糖的分子抗凝效果比肝素弱,适用于血粘度高的病人,可作为预防血栓形成的药物或保健品。

2.9抗辐射效应 邓春等发现海带多糖一次注射300mg/4kg,能明显提高900拉德照射小鼠的存活率,并延长存活时间,能显著保护被照射动物的造血器官[6]。罗琼等研究了多糖对大鼠的辐射防护作用,结果表明:多糖各组能显著调节辐射损伤大鼠的免疫功能。由此推测海带多糖抗辐射作用的可能机制之一是抑制免疫细胞凋亡。

2.10抗突变作用 王庭欣探讨胺诱发小鼠染色体突变的拮抗作用的结果表明:海带多糖对诱发突变有明显的抑制效果,其抑制率达60.7%,且随着浓度的增加抑制率有所增强[7]。

2.11对神经细胞的影响 耿美玉等发现,由海带中提取的GS201褐藻多糖对海马神经细胞和皮质神经细胞均有明显的营养作用,可提高神经细胞的存活率,并呈一定的剂量关系,有希望将此多糖开发为一种神经细胞营养剂[8]。

2.12对植物的保鲜 张惠英等研究了降解前后的海带多糖能使切花寿命延长5-8d,最大花径增大1-2cm,呼吸高峰推迟4-6d,细胞膜相对透性变小,较好地维持水分平衡,从而增加了切花鲜样质量,提高了观赏效果[9]。

2.13与金属离子的有效结合 褐藻糖胶可作为金属离子的结合剂和阻吸剂。实验发现褐藻胶对二价以上阳离子的亲和力非常活泼,是良好的离子交换剂。海带中的褐藻酸对高价重金属离子的富集倍数明显高于一般金属离子。

3 海带多糖的提取方法

3.1复合酶法

采用酶解法从海带中提取制备海带硫酸多糖（LPS）,在海带浆中加入纤维素酶、果胶酶和蛋白酶,50℃水解4h,而后升温至90℃,使酶失活,冷却过滤,取滤液加入氯化钙,离心去除海藻酸钙;上清液加入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）与LPS结合沉淀,离心收集CTAB-LPS沉淀物;加入氯化钙溶液进行盐解,游离出LPS后加入乙醇使其析出,经离心烘干得LPS。与水煮提取法比较,该提取工艺得到的LPS产率是前者的2倍。用戊聚糖复合酶酶解海带的最佳酶解参数为酶加量0.06%,温度40℃,pH3.5,酶解时间30min,对岩藻聚糖硫酸酯的提取率1.845%,粗提物中总硫酸根的质量分数0.238%,用复合纤维素酶酶解海带的最佳酶解参数为酶加量0.208%,温度50℃,pH4.5,酶解时间50min,对岩藻聚糖硫酸酯的提取率为1.279%,粗提物中总硫酸根含量为0.231%。该方法不仅对多糖的提取效率高,而且无其他溶剂的加入,不会对多糖的活性产生影响,但是酶的价格较为昂贵。

将浸泡好的海带放入酶解罐,加人纤维素酶、果胶酶和蛋白酶,控制酶解温度为30-50℃,酶解时间为3-6h。调节上清液pH值、亲和沉淀、盐解、离子交换层析、分子筛凝胶过虑层析、透析、浓缩,提取出3类7种组分含硫酸根的海带多糖组分,分别进行冷冻干燥,制备成泡沫结晶状固形物,称为精品海带多糖。酶法提取精品海带多糖是获得这种生物活性物质的高效方法,其产率是高温蒸煮法的2.6倍,是酸解法的3.3倍[10]。实践证明,应用酶解技术生产海带多糖（海带素FGS）是海带深度开发的关键技术。酶法生产海带多糖技术在生产海带多糖的同时,还可直接或间接生产十多种产品;能将海带从假根到藻体全部开发应用;能保持海带多糖活性物质的纯天然性,其毒副作用极小,可广范用于保健食品和药品的研制开发。

3.2酸化法提取海带多糖

将海带洗涤、干燥、粉碎后用盐酸浸提再通过滤液离心,浓缩,洗涤,透析,干燥等方法提取海带多糖。海带多糖经提取、纯化后,脂肪、粗蛋白含量明显下降,多糖含量明显提高。在传统提取海带多糖方法的基础上,采用延时、增加料液比、稍提高水浴的温度,通过酸液的充分作用,使海带细胞、细胞壁充分吸胀膨大破裂,从而使海带多糖充分游离出来,提高得率。传统方法提取液中添加甲醛,甲醛有毒,而改良酸提法则克服了这一缺点。海带中含有丰富的色素,改良酸提法将粗品用乙醇、丙酮、TCA沉淀交替处理,同时除去脂肪和蛋白质,使脱色效果较好,可以得到较纯较白的海带多糖粉末,随着提取次数的得率也相应提高。当提取温度为75℃,时间为4h,料液比为1:20（质量体积比）时,最终沉淀所用乙醇的浓度为85%。经测定,海带总多糖（含海带胶）的得率为35.1%与传统方法相比明显提高了海带多糖的提取率[11]。

3.3超声波提取

超声波提取法最佳的提取条件是温度80℃、功率300w、提取时间30min、物料比1∶60、提取两次,海带多糖提取率为10.8%,其中多糖含量为24.92%,我们选取常规的Seva法去除蛋白,在脱蛋白过程中振摇次数对所得粗多糖的性状影响比较大。振摇越充分,白分层越明显;次数越多除蛋白越彻底。与传统的热水提取方法相比,提取率和多糖含量虽然提高不多,但是大大缩短了提取时间（从6-8h缩短为2-3h）,并且提取的粗多糖色泽比传统方法要好。由于提取工艺的优化大大的节省了能源,为日后海带的深加工利用奠定了基础。

3.4水浸法

先将海带洗净风干,在60℃下充分干燥,使之易于粉碎,接着用小型家用粉碎机将海带粉碎后过40目筛得到海带粉。在海带粉,加入25倍的水在90℃条件下浸提5h,用布氏漏斗真空抽滤,得浸提液。利用旋转式蒸发仪将浸提液浓缩5倍。脱蛋白:在海带多糖浓缩液中加入0.2%质量分数的木瓜蛋白酶,70℃下水解1h后加热至100℃,6min终止酶反应,用Al2O3柱层析（20mm×800mm）脱色3次（Al2O3装柱高度为600mm）。在除去蛋白质和经脱色处理的海带多糖浓缩液中加入4.5倍体积分数95%的乙醇,放置24h,使多糖充分沉淀。采用真空抽滤的方法分离出海带多糖,并置于60℃下干燥4h,干燥后称重得到粗多糖重[12]。将海带多糖提取液浓缩5倍后添加浓缩液重4-5倍体积分数95%的乙醇进行醇析时,海带多糖的得率最高。滤液中含有较多的乙醇,采用减压蒸馏和脱水等方式进行回收。

3.5沉淀法

沉淀法有两种,一种是用乙醇沉淀法和十六烷氯化吡啶（CPC）沉淀法可以从醇凝沉淀物中分离提取褐藻糖胶。另一种絮凝沉淀法将含海藻多糖的浸提料液置入反应器中,调节反应器内温度为20-60℃,pH5-8,在300-1500r/min搅拌速度下,加入具有活性氨基与羟基的阳离子生物絮凝剂或溶于水时电离出磺酸根离子的阴离子型絮凝剂或加入它们的混合絮凝剂,对含海藻多糖浸提料液进行絮凝或电场絮凝提取,从而得到海藻多糖粗产品。

4 展望

海带作为一种实用的海洋作物,具有高产、天然、低价等特点,海带多糖在抗血糖,抗辐射,提高免疫等方面的作用可圈可点,在提倡健康生活的当下对海带的有效开发利用有巨大的市场前景。从海带多糖的提取方法的总结可以知道,现在对海带多糖的提取方法的研究较少,若要更好的进行海带多糖的药理学研究,在提取方法方面我们还要进行更多的研究。从海带中提取多糖之后,褐藻胶、褐藻糖胶和褐藻淀粉的纯化工艺的改进,这些提取物进一步加工成新型的产品,在这些步骤中还需要很多的研究以达到从廉价的海带中挖掘巨大的财富,提高自然资源价值的目的。

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作者简介:田妙萍（1990-）,女,浙江省桐乡市,本科,研究方向:海洋生物资源综合利用。

通讯作者:陈静（1979-）,女,讲师,博士,研究方向:海洋生物资源综合利用。

基金项目:2011年浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）项目（2010R411023）;浙江海洋学院科研启动项目;浙江海洋学院2010年中青年资助项目.