王蕓，張淑平

(1.上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093;2.上海理工大學(xué) 理學(xué)院，上海 200093)

巖藻多糖是含有硫酸基團(tuán)的水溶性多糖。巖藻多糖產(chǎn)品為淡黃色粉末，易溶于水，主要存在于褐藻和一些海洋無(wú)脊椎動(dòng)物中。Kylin［1］于1913 年首次將從褐藻掌狀的海帶中提取的多糖命名為Fucoidin，現(xiàn)在已統(tǒng)一定名為巖藻多糖(Fucoidan)或巖藻聚糖硫酸酯(Sulfated Fucan)。由于來源的不同，提取的巖藻多糖的結(jié)構(gòu)和分子量也會(huì)存在差異，其中巖藻多糖為含有以L-巖藻糖為主和多種單糖殘基以及硫酸基的水溶性多糖，具有抗氧化、抗凝血和抗病毒等多種生物活性［2-3］。近十年來，眾多專家研究巖藻多糖的結(jié)構(gòu)、功能以及兩者之間的關(guān)系［4］。巖藻多糖的提取方法、低分子量巖藻多糖的制備和其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、活性及應(yīng)用一直是研究熱點(diǎn)。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外巖藻多糖研究狀況進(jìn)行綜述，為將來巖藻多糖工業(yè)生產(chǎn)提供參考。

1 巖藻多糖的提取

巖藻多糖是水溶性多糖，故巖藻多糖的提取多用水提、酸提取法，此外超聲波提取法、超濾膜提取法、酶輔助提取法等新型復(fù)合提取法也被深入研究，本節(jié)就巖藻多糖的提取方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的概括。

1.1 傳統(tǒng)提取方法

水提法是利用巖藻多糖易溶于熱水、不溶于乙醇等有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，分離得到巖藻多糖。Barros等［5］采用熱水提法從紅藻G. caudata 中提取巖藻多糖，以100 ℃水浴2 h，乙醇沉淀，巖藻多糖(PGC)得率為32.8%。Rodríguez-Jasso 等［6］采用水提法從褐藻F. vesiculosus 在180 ℃、20 min 獲得巖藻多糖，產(chǎn)率為16.5%。該方法作為一種傳統(tǒng)的方法具有成本低、操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)長(zhǎng)的特點(diǎn)。與水提法相比，酸提法是利用巖藻多糖能夠溶于稀鹽酸的水溶液，褐藻酸在較低pH 值下難以溶解和部分鈉鹽溶于水的性質(zhì)來分離提取巖藻多糖。Rabanal 等［7］采用酸法從海藻D. dichotoma 提取巖藻多糖的產(chǎn)率為7.2%。該方法提取率不高，容易破壞巖藻多糖的結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響活性。

超聲波法是利用超聲波的能量破碎細(xì)胞，可以在常溫狀態(tài)下，以較短的時(shí)間使巖藻多糖溶出，減少褐藻膠等雜質(zhì)溶出。曲桂燕等［8］響應(yīng)面優(yōu)化超聲法提取巖藻多糖的最佳提取工藝條件為超聲時(shí)間11 min、溫度為100 ℃、液料比為1∶35、時(shí)間2 h。比同樣條件下未超聲巖藻多糖提取率提高了5.42%，同時(shí)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，超聲作用可以增加粗巖藻多糖提取率、降低褐藻膠含量而不會(huì)對(duì)多糖、硫酸根含量造成影響。

酶提取法則是利用酶來破壞細(xì)胞壁的骨架結(jié)構(gòu)，促使細(xì)胞內(nèi)的活性成分巖藻多糖的流出，其中纖維素酶作為一種用來破壞細(xì)胞壁的酶被廣泛使用，由于酶的高效性、專一性、反應(yīng)條件溫和、可以提取胞內(nèi)多糖，使得提取具有高效性。張換等［9］選用纖維素酶提取海帶多糖，并結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化得出最佳的提取條件是液料比為40，纖維素酶的用量為1.5%，提取的溫度44 ℃，pH 4.0，時(shí)間2 h，海帶多糖得率高達(dá)(11.62 ±0.03)%。

傳統(tǒng)提取方法經(jīng)過早些年實(shí)驗(yàn)的證明，且生產(chǎn)設(shè)備容易制作和調(diào)整及操作步驟相對(duì)簡(jiǎn)單，為在工業(yè)上大批量生產(chǎn)提供了便利。然而以上方法的效率卻不高，耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)，新型方法的研究應(yīng)運(yùn)而生。

1.2 新型提取方法

除了以上的傳統(tǒng)提取方法，近年來在傳統(tǒng)提取方法的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了許多新型的提取方法。

微波輔助提取法是利用微波射線的穿透性好、能量高，可以深入細(xì)胞內(nèi)部促使巖藻多糖流出縮短提取時(shí)間來提高效率。張海艷等［10］通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到微波功率為480 W，時(shí)間3 min，液料比20時(shí)，可得海帶多糖提取率為17.5%。Rodriguez-Jasso等［11］采用微波輔助法從褐藻F. vesiculosus 提取巖藻多糖，用響應(yīng)面法優(yōu)化得出壓力為120 psi、時(shí)間為1 min、料液比為1∶25 時(shí)，得率高達(dá)18.22%。該方法大大縮短了提取時(shí)間，不使用有機(jī)溶劑減少能源浪費(fèi)。

超聲輔助酶法提取是先利用酶來破壞細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，超聲波加快破壞細(xì)胞壁，促進(jìn)巖藻多糖的溶出，大大的縮短提取時(shí)間。Xu 等［12］進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)得出最佳提取條件為:酶解溫度50 ℃、pH 4.5、時(shí)間75 min、酶用量2.25%(纖維素酶∶中性蛋白酶=2∶1，w/w)，可以獲得提取率可達(dá)8.64%。該復(fù)合法作為一種新穎的方法可以有效提取巖藻多糖，同時(shí)保持它的結(jié)構(gòu)和生物活性。因此未來應(yīng)該加大研究促使該方法產(chǎn)業(yè)化。

超濾膜法是將提取出的巖藻多糖中小分子雜質(zhì)除去，純度提高又不破壞巖藻多糖的生物活性，更重要的是對(duì)環(huán)境友好，但是對(duì)膜的要求大、成本較高。周奕等［13］在4 ℃下提取巖藻多糖經(jīng)過超濾可以分離得分子量＞50 kDa 的百分比含量為(84. 29 ±2.72)%，硫酸根含量為30.9%。在低溫環(huán)境下，巖藻多糖很少發(fā)生降解，這說明超濾能夠有效地脫除巖藻多糖水溶液中小分子物質(zhì)。

以上研究顯示新型提取方法可大大縮短時(shí)間，提高效率。但設(shè)備要求高，花費(fèi)大，阻礙新型方法的工業(yè)化進(jìn)程。在開發(fā)新提取方法的同時(shí)，應(yīng)該加大力度著力解決費(fèi)用和優(yōu)化設(shè)備的問題，為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)巖藻多糖提供保障。

2 巖藻多糖的降解

巖藻多糖作為天然高分子多糖，其分子量測(cè)定可以采用光散射法、粘度法和凝膠過濾法［22］等。研究表明巖藻多糖分子量大小與其生物活性相關(guān)，主要表現(xiàn)為低分子量的巖藻多糖的生物活性更高和多樣性［4，14］。因此降解成為研究熱點(diǎn)。

巖藻多糖分子量的降解可以使用鹽酸降解、酶法和自由基降解法等。Park 等［15］采用鹽酸降解法(1 mol/L，HCl)、酶法(1%，β-葡糖酶)和超高壓輔助酶法(UHP-enzyme，100 MPa，40，24 h)來降解巖藻多糖，獲得FUPS-HCl(HCl treated FUPS)、FUPS-T1(Enzyme treated FUPS)、FUPS-T1-U 和FUPS-T0.3-U(UHP-enzyme treated FUPS)平均分子量為15，722，711，687 kDa，較原來粗巖藻多糖的877 kDa 均有所下降。Yu 等［16］也采用酶法降解巖藻多糖，實(shí)現(xiàn)分子量由原來的1 284 kDa 降到98.7 kDa。其中硫酸根含量為(29.5 ±2.5)%。Chandia 等［17］將由氯化鈣法得到巖藻多糖1.00 g 和0.16 g 乙酸銅(II)單水合物溶解混合，加入9%H2O2后在pH 為7. 5，60 ℃的條件下可得產(chǎn)率為54.8%，其中硫酸根含量占33.7%，可以將巖藻多糖的分子量由320 kDa 降解到32 kDa。除此之外，Choi 等［18］采用新型方法γ輻照來降解巖藻多糖獲得低分子量的巖藻多糖。研究顯示，巖藻多糖的分子量隨著γ 輻照劑量的增加而下降。γ 輻照作為新的降解方法可以有效降解巖藻多糖，但是獲得的低分子量巖藻多糖的活性是否發(fā)生改變?nèi)孕柽M(jìn)一步研究。

分析巖藻多糖的降解可知，由于巖藻多糖的活性呈現(xiàn)多樣性，應(yīng)該首先確定低分子量巖藻多糖的分子量大小與不同活性之間的關(guān)系，進(jìn)而選取合適的降解方法來確保多糖的高活性。

3 巖藻多糖的結(jié)構(gòu)分析

多糖作為生物大分子，其結(jié)構(gòu)層次分類沿用了蛋白質(zhì)的分類法。巖藻多糖的糖基連接方式是多樣的，導(dǎo)致多糖的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜?？梢圆捎眉t外光譜、氣質(zhì)聯(lián)用等［19］方法來分析巖藻多糖的結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步從不同角度來闡明結(jié)構(gòu)與其生物活性的關(guān)系受到研究者的青睞。

不同種褐藻采用不同的提取分級(jí)方法，植物部位不同，所提取的巖藻多糖成分也是各色各樣的，結(jié)構(gòu)上更是呈現(xiàn)多樣性。張文清等［20］使用DEAE-纖維素等方法分離得到均一巖藻多糖組分TC-1，分析表明，巖藻多糖基多以1，4-和1，3-鍵的方式存在，這說明以上方法分離得到的組分包含多種結(jié)構(gòu)，并非單一結(jié)構(gòu)，要想分離單一結(jié)構(gòu)非常困難。Synytsya等［21］采用紅外-拉曼光譜和13NMR 對(duì)從U. pinatifida 中提取出的巖藻多糖分析得到，該巖藻多糖主要包含β-D-吡喃半乳糖和α-L-巖藻吡喃糖分別占44.6% 和50.9%。2010 年，Bilan 等［22］從褐藻S.latissima 提取的巖藻多糖的主要由在C-4/C-2 位上的3-α-L-巖藻吡喃糖和在分支C-2 位上的硫酸α-L-巖藻吡喃糖殘基組成。

以上研究顯示巖藻多糖結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多樣性，這給研究者帶來研究困難。進(jìn)一步研究巖藻多糖結(jié)構(gòu)有助于了解巖藻多糖活性機(jī)理，進(jìn)而為巖藻多糖的應(yīng)用提供理論支持。

4 巖藻多糖的生物活性及應(yīng)用

值得關(guān)注的是巖藻多糖的抗氧化、抗腫瘤、降血糖、抗病毒等［23］活性?，F(xiàn)如今，發(fā)現(xiàn)了巖藻多糖更多的生物活性。Wang 等［24］研究發(fā)現(xiàn)巖藻多糖在一定程度上可以保護(hù)腎臟。而Benlier 等［25］用巖藻多糖治療電傷小鼠實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示巖藻多糖可以抑制電燒傷小鼠引起的組織損傷，減少壞死區(qū)域，水腫和中性粒細(xì)胞的數(shù)量。此外巖藻多糖被發(fā)現(xiàn)在其他方面也有進(jìn)一步研究進(jìn)展。Song 等［26］研究發(fā)現(xiàn)低分子量的巖藻多糖可以有效治療順鉑引起的慢性胃腸道疾病。Immanuel 等［27］研究顯示巖藻多糖來補(bǔ)充飲食可以增強(qiáng)先天免疫力和抵抗白斑綜合癥病毒的感染。Kang 等［28］研究發(fā)現(xiàn)，在早期使用巖藻多糖治療可以顯著降低由脂多糖(LPS)治療引起的加速缺血性損傷腦梗死面積，起到保護(hù)神經(jīng)的作用。

除了巖藻多糖的藥理作用，最近有新的研究發(fā)現(xiàn)。Moroney 等［29］發(fā)現(xiàn)巖藻多糖添加到飼料中不會(huì)影響豬的色澤，可以保持豬肉的新鮮性。但巖藻多糖的添加量與鮮肉的貨架期、質(zhì)量的關(guān)系仍需進(jìn)一研究。此外，陳西英等［30］在對(duì)綿羊精液冷凍效果的研究發(fā)現(xiàn)，1.0 mg/mL 的海帶多糖在精子活率、頂體完整率和質(zhì)膜完整性方面表現(xiàn)效果理想，可為綿羊改良增產(chǎn)做貢獻(xiàn)。易靜楠等［31］將巖藻多糖和膠原制備出復(fù)合支架材料，性能測(cè)定顯示該支架材料無(wú)明顯細(xì)胞毒性，巖藻多糖可以降低材料的降解速度，作為一種新型的組織工程支架材料有望使用在皮膚修復(fù)上，但仍需進(jìn)一步研究。

總而言之，近年來巖藻多糖在各個(gè)領(lǐng)域的研究都取得了突破性進(jìn)展，但是在人體臨床應(yīng)用上亟需進(jìn)一步驗(yàn)證，邊緣性研究需要更多實(shí)驗(yàn)來證明其可行性。

5 展望

巖藻多糖具有的抗氧化、抗腫瘤等多種生物活性在醫(yī)藥、食品和工業(yè)等方面有著廣泛的應(yīng)用?？v觀近年來研究，巖藻多糖的提取方法、低分子量巖藻多糖的制備和結(jié)構(gòu)分析等研究均與其生物活性有一定關(guān)系，由于生物活性的多樣性，應(yīng)采取怎樣的提取方法、分子量的大小及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與特定的生物活性的關(guān)系還需得到更深入的研究，為巖藻多糖在未來各方面的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。從國(guó)內(nèi)外的研究可以看出，國(guó)外關(guān)于巖藻多糖結(jié)構(gòu)和生物活性及應(yīng)用的研究仍領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)。縱向系統(tǒng)的研究分析巖藻多糖的提取，低分子量巖藻多糖制備，結(jié)構(gòu)分析將有利于其工業(yè)上發(fā)展，同時(shí)著重研究克服大批量生產(chǎn)的困難也將使得巖藻多糖的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大。

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