魏鑒騰, 裴 棟, 劉永峰, 劉 毅, 邸多隆

(1. 中國(guó)科學(xué)院 蘭州化學(xué)物理研究所, 中國(guó)科學(xué)院 西北特色植物資源化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和甘肅省天然藥物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅 蘭州 730000; 2. 青島市資源化學(xué)與新材料研究中心, 山東 青島 266000)

滸苔多糖的研究進(jìn)展

Research progress of polysaccharides fromEnteromorpha

魏鑒騰1,2, 裴 棟1,2, 劉永峰1,2, 劉 毅1,2, 邸多隆1,2

(1. 中國(guó)科學(xué)院 蘭州化學(xué)物理研究所, 中國(guó)科學(xué)院 西北特色植物資源化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和甘肅省天然藥物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅 蘭州 730000; 2. 青島市資源化學(xué)與新材料研究中心, 山東 青島 266000)

滸苔(Enteromorpha), 俗稱苔條、海苔, 屬于綠藻門(mén)綠藻綱石莼目石莼科滸苔屬, 常見(jiàn)的種類有滸苔、緣管滸苔、扁滸苔、條滸苔和腸滸苔等。滸苔主要分布在我國(guó)的各海區(qū), 尤其是東部沿海[1]。滸苔營(yíng)養(yǎng)豐富,自古以來(lái)滸苔就是我國(guó)沿海居民食用和藥用藻類, 《本草綱目》記載滸苔“燒末吹鼻止衄血, 湯漫搗敷手背腫痛”, 《隨息居飲食譜》記載滸苔“消膽、消瘰癘癭瘤、泄脹、化痰、治水土不服”[2]。滸苔多糖是滸苔主要活性成分之一, 據(jù)報(bào)道, 滸苔多糖具有免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、抗腫瘤、降血脂等多種生物學(xué)活性[3-6]。近年來(lái), 隨著環(huán)境惡化和氣候變化, 在我國(guó)沿海地區(qū)每年滋生大量的滸苔, 嚴(yán)重影響海洋生物生存、海洋運(yùn)輸?shù)? 需花費(fèi)大量人力物力進(jìn)行打撈、清除。為了變廢為寶, 深度開(kāi)發(fā)這一寶貴資源, 近年來(lái), 國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)滸苔, 尤其是滸苔多糖進(jìn)行大量的研究。

1 滸苔多糖化學(xué)組成的研究概況

滸苔多糖的化學(xué)組分比較復(fù)雜, 主要由糖醛酸、硫酸根和單糖組成, 其中糖醛酸和硫酸根的含量相對(duì)比較穩(wěn)定。許福超等[7]提取滸苔粗多糖中糖醛酸含量為19.51%, 硫酸根含量15.42%。滸苔多糖的化學(xué)組成會(huì)因季節(jié)、種類和地區(qū)不同而有所差異[8]。石學(xué)連等[4,9]發(fā)現(xiàn)不同時(shí)間采集的滸苔中提取的多糖中的單糖組成是一致的, 但各組分的含量卻有所不同, 6月份采集的滸苔中滸苔多糖的糖醛酸、硫酸根含量分別為12.10%、16.70%, 甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、半乳糖和木糖的組成比例為 6.74:65.56:5.54: 2.83:19.33; 而11月份采集的滸苔中滸苔多糖的糖醛酸、硫酸根含量分別為 11.90%、16.17%, 甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、半乳糖和木糖的組成比例為2.81:67.55:2.31:2.71:24.61。Jiao等[5]研究發(fā)現(xiàn)腸滸苔多糖是由鼠李糖, 木糖, 半乳糖和葡萄糖組成; Chattopadhyay等[10]和Ray[11]分析的扁滸苔多糖的單糖組成與Jiao等的結(jié)果一致; 而Qi等[12]檢測(cè)的條滸苔的多糖組成為阿拉伯糖, 鼠李糖, 半乳糖和葡萄糖醛酸; 嵇國(guó)利等[13]分析了爆發(fā)期條滸苔多糖中除了含有鼠李糖和葡萄糖醛酸外, 還含有少見(jiàn)的艾杜糖醛酸, 尤其不含甘露糖, 與常規(guī)的條滸苔明顯不同。另外, 不同的研究者分析同種類滸苔的多糖, 得到的單糖組成卻有所不同。宋雪原等[14]從青島收集的滸苔得到滸苔多糖含有鼠李糖、葡萄糖、木糖、半乳糖和甘露糖; 而 Cho等[15]從韓國(guó)莞島郡采集的滸苔多糖中單糖包括鼠李糖, 木糖和葡萄糖。兩者的提取方法類似, 但滸苔的采集地區(qū)不同, 說(shuō)明滸苔的生長(zhǎng)環(huán)境不同也可能造成單糖組成產(chǎn)生差異。

從文獻(xiàn)中可以發(fā)現(xiàn), 滸苔多糖在單糖組成和含量方面既存在共性也存在差異性, 在分析的多種滸苔多糖中, 鼠李糖和葡萄糖是其最穩(wěn)定的單糖組成,在所有多糖中都存在, 分布最廣泛; 半乳糖和木糖含量也比較多, 在多種滸苔多糖中都存在; 而甘露糖、阿拉伯糖和艾杜糖含量相對(duì)較少, 而在個(gè)別滸苔中存在。推測(cè)造成這種差異的原因可能是與滸苔的種類滸苔的采集地區(qū)和采集時(shí)間有關(guān)。

2 滸苔多糖制備工藝研究進(jìn)展

目前已報(bào)道的滸苔多糖制備工藝很多, 但歸納起來(lái)主要有三種: 溶液浸提法、酶輔助提取法和物理輔助提取法[16]。

2.1 溶液浸提法

2.1.1 水浸提法

多糖提取的傳統(tǒng)工藝即為水提醇沉法, 在水浸提法中, 料液比、水溫度、浸提時(shí)間均影響多糖的提取率。許福超等[7]在研究滸苔多糖的提取方法時(shí)選用的最佳工藝為料液比1:60, 90℃熱水提取4 h, 最終得到的滸苔多糖提取率為21.96%。姚炳興等[17]將料液比降低為1:20, 85℃熱水提取5 h, 提取率卻大幅度降低, 僅為5.37%。另外, 為了去除一些醇溶性的物質(zhì), 嵇國(guó)利等[13]在水提的工藝前先用乙醇浸提,然后再按照料液比1:20, 90℃熱水提取2 h, 得到的滸苔多糖提取率為17.56%。Cho等[15]也是先利用乙醇浸提, 料液比 1:20, 65℃提取 2 h, 提取率為12.75%。由此可見(jiàn), 料液比是影響提取率的最主要的因素, 水溫和浸提時(shí)間也同樣非常重要, 水提法得到的多糖會(huì)含有很多水溶性雜質(zhì), 且提取的時(shí)間較長(zhǎng), 而在水提前加一步醇提工藝, 從結(jié)果上看提取率不升反降, 但這種工藝會(huì)去除一部分既溶于水又溶于乙醇的物質(zhì), 這樣就有可能有利于提高多糖的純度。

2.1.2 酸液和堿液浸提法

在水提法的基礎(chǔ)上, 通過(guò)改變提取液的pH來(lái)研究滸苔多糖制備工藝的一種方法。酸性提取液可以用于提取一些酸溶性的多糖。宋雪原等[14]首先用95%乙醇浸提2 h, 然后利用0.05 mol/L的鹽酸, 料液比1:50, 提取2 h, 提取率為8.83%。張智芳等[18]將浸提液的pH調(diào)整為5, 料液比1:90, 80℃提取4 h,提取率為8.73%。

堿液浸提法與酸液提法類似, 將提取液保持在堿性條件下, 用于提取堿溶性的多糖。Ray[11]用丙酮和乙醇浸提后, 調(diào)整料液比1:150, 1 mol/L KOH溶液,在4～8℃條件下提取16 h, 然后在30～35℃條件下提取 6 h, 提取率為 4.32%; 而上述剩余殘?jiān)戳弦罕?:150加入4 mol/L KOH后, 在30～35℃條件下提取6 h,然后在4～8℃條件下提取16 h, 仍然有滸苔多糖存在,多糖提取率為 3.78%。嵇國(guó)利[12]首先用 85%乙醇浸提, 調(diào)整料液比為1:20, 90℃熱水提取2 h, 提取率為17.56%, 然后剩余殘?jiān)性偌?0倍2%的NaOH溶液, 90℃提取1 h, 依然得到10.45%的滸苔多糖。

上述數(shù)據(jù)顯示, 水提取法工藝簡(jiǎn)單, 操作簡(jiǎn)便易行, 但是對(duì)提取物的選擇性不好, 可把滸苔中的其他一些水溶性物質(zhì)同時(shí)提取出來(lái), 得到的多糖粗品純度較低, 制約了滸苔多糖的研究與開(kāi)發(fā)。酸液或堿液提取法對(duì)提取物的選擇性有所提高, 能夠去除多糖中酸或堿不溶性的物質(zhì), 但對(duì)提取工藝中的設(shè)備要求較高, 同時(shí)產(chǎn)生的酸堿液對(duì)環(huán)境影響較大,因此不利于工業(yè)化生產(chǎn)。另外, 這些方法需要溶液的溫度較高, 增加了提取成本高, 不符合節(jié)能減排的宗旨。

2.2 酶輔助提取法

酶輔助提取法是在水提法的基礎(chǔ)上, 結(jié)合酶技術(shù)提取多糖的一種新方法, 選用合適的酶能夠分解滸苔細(xì)胞壁中的纖維素、半纖維素及果膠, 破壞細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu), 有利于溶劑進(jìn)入細(xì)胞, 加快多糖的溶出速度和效率, 但為了保持酶的活性, 提取溫度和 pH會(huì)做出相應(yīng)的調(diào)整。徐大倫等[19]在水提液中加入8%纖維素酶, 40℃提取2.5 h, pH值5.0, 滸苔多糖提取率為20.22%。肖寶石等[20]比較了熱水提取法和酶輔助提取法的差異, 熱水浸提法的滸苔多糖提取率為10.43%。加入8%的木瓜蛋白酶, 60℃酶解2 h、料液pH值 5.5, 滸苔多糖提取率提高到 13.88%。酶輔助提取法中酶的加入, 降低了制備工藝中對(duì)溫度的要求, 與同組熱水提取法比較, 酶輔助提取法能夠明顯提高滸苔多糖提取率, 雖然制備過(guò)程中節(jié)約了能源, 但同時(shí)由于酶的參與而增加了制備成本。

2.3 物理輔助提取法

2.3.1 超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取法是采用超聲波輔助溶劑進(jìn)行提取, 超聲波能夠產(chǎn)生高速、強(qiáng)烈的空化效應(yīng)和攪拌作用, 從而破壞滸苔細(xì)胞, 使溶劑能夠滲透到細(xì)胞中, 縮短提取時(shí)間, 提高提取率。唐志紅等[21]使用的工藝條件為料液比 1:54.81, 超聲功率 531.17 W, 提取時(shí)間為4.8 min, 滸苔多糖的提取率為17.42%。該方法與傳統(tǒng)熱水浸提法相比, 提取時(shí)間縮短 95.8%,多糖提取率提高了 22.17%, 節(jié)省了能源, 但是由于提取時(shí)間過(guò)短, 也存在提取效果不穩(wěn)定的因素, 郭雷等[22]選用制備工藝的條件為料液比 1:63, 超聲功率500 W、超聲溫度80℃、超聲時(shí)間28 min, 但多糖提取率僅為2.58%。因此, 仍需要大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)優(yōu)化其制備工藝, 從而提高實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性和可控性。

2.3.2 微波輔助提取法

微波能加速溶液對(duì)滸苔多糖的提取過(guò)程, 微波具有波動(dòng)性、高頻特性以及熱特性或非熱特性等特點(diǎn)。陳小梅等[23]利用微波提取多糖的條件為微波功率610 W, 料液比1:62, 提取時(shí)間11 min, 在此條件下, 滸苔多糖的提取率為 7.58%。郭雷等[24]選擇微波功率800 W, 料液比1:78, 95℃提取32 min, 最終多糖提取率僅為 4.04%。與傳統(tǒng)水浸提法和超聲輔助提取法比較, 微波輔助提取法具有節(jié)能、快速等優(yōu)點(diǎn), 但在得率方面卻沒(méi)有明顯的提高, 需要進(jìn)一步研究微波輔助提取法的制備工藝, 從而提高多糖提取率。

綜上所述, 目前的研究多以水溶性滸苔多糖為主, 因此提取方法均以水提法為基礎(chǔ), 盡管研究者對(duì)其進(jìn)行了多種優(yōu)化方案, 但并沒(méi)有達(dá)到最大化利用, 所以仍需進(jìn)行大量制備工藝的研究, 以便獲得高純度、低成本的水溶性滸苔多糖, 從而進(jìn)行滸苔多糖的后續(xù)研究。

3 滸苔多糖生物活性研究進(jìn)展

滸苔多糖是滸苔的主要活性物質(zhì)之一, 現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道了滸苔多糖具有多種生物學(xué)活性, 主要包括免疫調(diào)節(jié), 抗氧化, 抗腫瘤和降血脂等活性[3-6]。

3.1 免疫調(diào)節(jié)作用

免疫是機(jī)體抵御外界刺激保護(hù)機(jī)體的一種自身防御作用, 研究發(fā)現(xiàn), 滸苔多糖具有免疫調(diào)節(jié)作用。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 滸苔多糖能促進(jìn) T、B淋巴細(xì)胞增殖, 而且可以增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬作用, 促進(jìn)巨噬細(xì)胞分泌一氧化氮(NO), 增強(qiáng)誘導(dǎo)型-氧化氮合酶(iNOS)活性, 促進(jìn)TNF-α和IL-6的分泌[25], 徐大倫等[26]報(bào)道了滸苔多糖對(duì)抗原提呈細(xì)胞活化所致的誘導(dǎo)IFN-γ產(chǎn)生有明顯增強(qiáng)作用, 但對(duì)Con A誘導(dǎo)T細(xì)胞直接活化所致的IFN-γ和IL-2的產(chǎn)生沒(méi)有明顯的影響。而Kim等[3]的研究結(jié)果顯示, 滸苔的多糖能夠促進(jìn)IFN-γ和IL-2分泌量增加, 可能的機(jī)制是滸苔多糖可以上調(diào)關(guān)鍵因子的 mRNA表達(dá),從而增強(qiáng)iNOS的活性, 刺激NO和下游細(xì)胞因子的產(chǎn)生。小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 滸苔多糖能明顯提高小鼠的免疫功能, 它不僅可以增強(qiáng)機(jī)體的吞噬指數(shù)和自然殺傷能力, 還可以增加Con A誘導(dǎo)的脾細(xì)胞增殖[3]。韓秋風(fēng)等[27]發(fā)現(xiàn)滸苔多糖具有防治右旋葡聚糖硫酸鈉致小鼠潰瘍性結(jié)腸炎的作用, 作用機(jī)制可能也是通過(guò)促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖和分化、刺激巨噬細(xì)胞的吞噬功能、促進(jìn)細(xì)胞因子和抗體的產(chǎn)生等途徑來(lái)實(shí)行機(jī)體對(duì)免疫系統(tǒng)功能的調(diào)節(jié)。研究還發(fā)現(xiàn), 滸苔多糖可以顯著提高大菱鲆的呼吸爆發(fā)活性,從而提高吞噬細(xì)胞中的中性粒細(xì)胞和巨嗜細(xì)胞殺死細(xì)菌病原體的能力[28]。盡管滸苔多糖能夠提高機(jī)體免疫力, 但具體的機(jī)制仍不清楚, 因此需要大量的研究來(lái)闡述其機(jī)制。

3.2 抗氧化作用

體內(nèi)代謝產(chǎn)生和外源性因素產(chǎn)生的自由基均可誘導(dǎo)細(xì)胞衰老和凋亡, 多糖抗氧化作用的機(jī)理主要有4種: (1)直接作用于ROS本身; (2)多糖分子作用于抗氧化酶; (3)多糖分子絡(luò)合產(chǎn)生ROS所必需的金屬離子; (4)促進(jìn)SOD從細(xì)胞表面釋放[29]。文獻(xiàn)中報(bào)道了滸苔多糖能具有較好的抗氧化作用。許晶晶等[30]報(bào)道了滸苔粗多糖(總糖含量為 75.39%)的濃度為0.6 g/L時(shí), 對(duì)羥基自由基的清除率為 44%, 對(duì)超氧陰離子自由基的清除作用較弱。而石學(xué)連等[4]提取的滸苔多糖(總糖含量 47.86%)對(duì)超氧陰離子自由基清除能力最強(qiáng), 濃度為 0.0103 mg/mL時(shí)清除率高達(dá)49.8%, 0.5 g/L滸苔多糖對(duì)羥基自由基的清除率約為40%, 對(duì) DPPH(1, 1-二苯基苦基苯肼)的清除率僅為3%。宋雪原等[14]也報(bào)道了滸苔多糖對(duì)羥基自由基和超氧陰離子具有良好的清除能力, 當(dāng)多糖濃度為在濃度為 0.0125 g/L左右, 對(duì)超氧陰離子的消除率為49.3%。0.08 g/L時(shí), 對(duì)羥基自由基的清除率達(dá)到30%。另外, 薛丁萍等[31]也證實(shí)了滸苔多糖的抗氧化作用。

3.3 抗腫瘤作用

近年來(lái), 研究者發(fā)現(xiàn), 滸苔多糖對(duì)腫瘤細(xì)胞本身并沒(méi)有毒性作用[5], 但對(duì)荷瘤小鼠腫瘤生長(zhǎng)有明顯抑制作用, 分析原因可能與免疫調(diào)節(jié)有關(guān), 滸苔多糖能刺激小鼠脾和胸腺生長(zhǎng), 誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞增殖,增加巨噬細(xì)胞TNF-α產(chǎn)物, 上調(diào)誘導(dǎo)型iNOS的活性,引起巨噬細(xì)胞 NO產(chǎn)量上升, 從而增強(qiáng)了機(jī)體的免疫能力, 通過(guò)免疫系統(tǒng)間接抑制或殺死細(xì)胞, 達(dá)到抑制腫瘤的效果[15,32]。另外, 林文庭等[33]報(bào)道了滸苔多糖能提高IL-2水平和降低VEGF水平。目前的研究顯示, 滸苔多糖的抗腫瘤作用并非傳統(tǒng)意義上的抗腫瘤藥, 通過(guò)抑制細(xì)胞增殖或誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡達(dá)到抗腫瘤的效果, 它主要通過(guò)提高機(jī)體免疫力, 利用免疫系統(tǒng)間接殺死腫瘤細(xì)胞, 因此滸苔多糖是一類潛在的輔助抗腫瘤候選藥物。

3.4 降血脂作用

隨著人們生活水平的提高, 生活方式及飲食結(jié)構(gòu)的變化, 血脂異常的人群日漸增長(zhǎng), 對(duì)健康構(gòu)成較大威脅。滸苔多糖用于高血脂的治療和預(yù)防, 其作用也已引起人們的廣泛關(guān)注。滸苔多糖可顯著降低高脂血癥模型的血清總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇和丙二醛含量, 并且可以顯著提高高密度脂蛋白膽固醇含量。同時(shí), 滸苔多糖還可降低高脂血癥大鼠肝細(xì)胞的脂肪變性程度[6]。因而, 滸苔多糖對(duì)高血脂癥大鼠模型具有降血脂及預(yù)防脂肪肝的作用。原因可能與機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)有關(guān), 滸苔多糖能夠有效增強(qiáng)機(jī)體的免疫能力, 加快肝膽循環(huán), 使肝內(nèi)的酮體和肝外組織所能利用的限度達(dá)到很好的一個(gè)平衡, 從而降低了血脂在血液中的堆積[34]。

4 其他

除上述活性外, 滸苔多糖還具有其他生物學(xué)活性和應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn), 滸苔多糖能保護(hù) H2O2導(dǎo)致的細(xì)胞損傷[35]。隨著研究者對(duì)滸苔多糖的進(jìn)一步研究,人們逐步發(fā)現(xiàn)滸苔多糖新的用途, 如薛志欣等[36]發(fā)現(xiàn)熱水法提取的滸苔多糖可以用 BaCl2做凝固浴經(jīng)濕法紡絲制得滸苔纖維, 為纖維提供新的來(lái)源。石學(xué)連等[7]發(fā)現(xiàn)滸苔多糖具有較強(qiáng)的保濕和吸濕活性,且與天然活性保濕因子透明質(zhì)酸的保濕和吸濕特征很相似。另外, 滸苔多糖還具有凝膠性能[37]和抗凝血活性[12]。隨著研究的不斷深入, 滸苔多糖新的用途被不斷開(kāi)發(fā), 從而更有效的利用這種天然的資源。

5 展望

我國(guó)滸苔資源十分豐富, 產(chǎn)量巨大, 滸苔多糖可以應(yīng)用于天然植物食物, 食品添加劑和藥物加工,具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。目前的制備工藝已經(jīng)能夠獲得大量的滸苔多糖, 但上述方法制備的滸苔多糖通常純度太低, 無(wú)法達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求, 如何提高滸苔多糖的純度, 目前仍是研究者研究的熱點(diǎn)之一。另外, 滸苔多糖是一種具有多種生物活性的生物大分子, 適量攝入將會(huì)有利于機(jī)體健康, 但由于研究的時(shí)間較短, 對(duì)其功能性和安全性仍無(wú)法掌握, 很多研究?jī)H限于實(shí)驗(yàn)室中, 這就需要研究者深入研究其化學(xué)組成和生物活性, 從而增加其可控性, 以期為保障人類健康發(fā)揮作用。

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(本文編輯: 康亦兼)

Q949.21

A

1000-3096(2014)01-0091-05

10.11759/hykx20121211003

2012-12-11;

2013-03-07

中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”擇優(yōu)支持資助項(xiàng)目

魏鑒騰(1980-), 男, 山東青島人, 博士研究生, 從事海洋活性物質(zhì)的分離分析, 電話: 0532-58701350, E-mail:weijt@163.com;邸多隆, 通信作者, 研究員, E-mail:didl@licp.cas.cn