楊大俏，王錦旭，李來好*，楊賢慶，馬海霞

(1. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510300；2. 上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306)

海洋約占地球表面積的71%，含豐富的生物資源，近幾十年來，漁業(yè)資源的產(chǎn)量不斷增加[1]。世界水產(chǎn)品中，85%左右來源于海洋，2016年全球漁業(yè)捕撈量達(dá)到9.09×106t[2]，中國水產(chǎn)品產(chǎn)量約占世界水產(chǎn)品產(chǎn)量的1/3左右[3]。中國擁有豐富的海洋資源，但大多海產(chǎn)品是通過簡單加工后直接進(jìn)入食品市場，產(chǎn)品附加值不高，使得海產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到影響。且被丟棄的魚類加工副產(chǎn)品中含大量有效生物活性成分，其潛在應(yīng)用價(jià)值亟待開發(fā)利用，因此，研究海洋生物及其副產(chǎn)物高值化利用的技術(shù)十分迫切[4-5]。

海洋生物多糖是指海洋生物中含有的多聚糖及酸性黏多糖，包括海藻多糖、海洋動(dòng)物多糖和海洋微生物多糖，因其具有多種藥用功能，已日漸成為研究熱點(diǎn)[6]。海洋生物多肽是指海洋生物中固有的天然生物多肽，具有較高的穩(wěn)定性，但對于海洋魚蝦貝類中的生物活性肽的研究仍處于起步階段[7]。海洋生物通常含有較高的蛋白質(zhì)及碳水化合物，脂肪含量較低，多作為多糖、多肽的可靠來源。海產(chǎn)品除了可作為藥物的豐富來源[8]外，海洋天然產(chǎn)品已逐漸成為功能食品和膳食補(bǔ)充的主要來源之一。其中，海參(Thelenataanax)[9]、海星(Pentacerasterchinenesis)[10]、海膽(Hemicentrotuspulcherrimus)[11]、牡蠣(Crassostreagigas)[12]、合浦珠母貝(Pinctadamartensii)[13]、藍(lán)圓鰺(Decapterusmaruadsi)[14]和海水螺旋藻(Spirulinaplatesis)[15]是較常見的富含營養(yǎng)活性成分的海洋生物。

對海洋生物活性成分提取分離的研究是當(dāng)前熱點(diǎn)課題之一[16]。目前關(guān)于海洋生物多糖或海洋生物多肽的提取工藝研究，多采用超聲輔助水提取法[17]和蛋白酶水解法[18]，但該類研究多集中在單獨(dú)提取多糖分子或單獨(dú)提取多肽分子上，關(guān)于海洋生物多糖活性分子和多肽活性分子聯(lián)產(chǎn)研究并未見報(bào)道。聯(lián)產(chǎn)制備技術(shù)是指利用物理或化學(xué)方法同時(shí)提取物料中多種有效成分的高效生產(chǎn)技術(shù)[19-20]。關(guān)于多種物質(zhì)同時(shí)提取或聯(lián)產(chǎn)制備的研究，國內(nèi)雖在油料作物[21]和中草藥[22]活性成分的提取方面取得突破性成果，但海洋生物資源的高效利用工藝研究尚屬空白。文章通過對海洋生物多糖及海洋生物多肽的活性成分及二者單獨(dú)制備工藝進(jìn)行梳理，并與陸生植物聯(lián)產(chǎn)制備工藝比較分析，同時(shí)對聯(lián)產(chǎn)制備海洋生物多糖及海洋生物多肽的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，以期為海洋生物多糖和多肽的聯(lián)產(chǎn)制備技術(shù)提供參考，為提高海洋生物資源利用率提供理論支持。

1 多糖多肽活性成分

海洋生物活性物質(zhì)主要包括生物信息物質(zhì)、海洋藥用物質(zhì)、海生毒素和生物功能材料，海洋生物活性代謝產(chǎn)物具有抗菌[23]、抗癌[24]、抗病毒[25]、抗腫瘤[26]和細(xì)胞毒素[27]等作用。迄今為止發(fā)現(xiàn)的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的化合物包括生物堿、萜類化合物、類固醇、多肽、聚醚、大核素和多糖等[28]。研究生物活性物質(zhì)是海洋研究的主導(dǎo)方向，其中對海洋多糖和多肽的研究歷久彌新。

1.1 海洋生物多糖

多糖指聚合度超過10的多聚糖[29]，其分子量通常在數(shù)十萬，最高可達(dá)百萬，具有增強(qiáng)免疫力[30]、抗凝血[31]、降脂[32]、抗腫瘤[33]、抗氧化[34]、降膽固醇[26]和降糖[26]等功能。按其來源可分為動(dòng)物多糖、植物多糖和微生物多糖。

1.1.1 海洋動(dòng)物多糖

目前報(bào)道的海洋動(dòng)物多糖主要包括甲殼動(dòng)物、軟體動(dòng)物和棘皮動(dòng)物等，甲殼動(dòng)物多糖大多存在于其甲殼內(nèi)，如蝦、蟹等，具有降血脂、降血糖等功效[35-36]。研究發(fā)現(xiàn)，從海洋軟體動(dòng)物提取得到的糖胺類酸性多糖是一種新型海洋糖胺類多糖[37]，具有抗增殖功效；低分子量的牡蠣多糖可通過調(diào)節(jié)樹突細(xì)胞增強(qiáng)機(jī)體免疫力[38]；水溶性的牡蠣多糖對高血壓大鼠模型具有降血壓功能[39]。分子結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，相對分子質(zhì)量為1 299 KDa的太平洋牡蠣多糖為D-吡喃型葡聚糖[12]。棘皮動(dòng)物如海參、海膽等，體內(nèi)具有大量多糖，海參多糖[9]具有較強(qiáng)的體外抗腫瘤活性。蝦夷馬糞海膽(Strongylocentrotusintermedius)生殖腺多糖結(jié)構(gòu)是由多聚甘露糖與糖原相連接而構(gòu)成[40]。

1.1.2 海洋植物多糖

海洋植物多糖主要為海藻多糖，包括紅藻門(Rhodophyta)、褐藻門(Phaeophyta)、藍(lán)藻(Cyanobacteria)、綠藻門(Chlorophyta)和微藻門(Microalgae)。目前研究主要集中于紅藻及褐藻多糖、卡拉膠和瓊膠等物質(zhì)。海藻多糖具有抗衰老、抗腫瘤、抗病毒、降血糖和增強(qiáng)免疫力等功效。紅藻糖苷通過抑制酪氨酸酶活性而具有抑制細(xì)胞生成黑色素的能力[41]；南非紫菜(Porphyracapensis)多糖能顯著提高衰老小鼠脾臟和胸腺指數(shù)，并提高衰老小鼠的免疫機(jī)能[42]；小鼠腹腔注射海帶(Laminariajaponica)多糖能激活其腹腔巨噬細(xì)胞，增強(qiáng)小鼠體內(nèi)免疫調(diào)節(jié)[43]；海藻(Caulerpamexicana)中的硫酸化多糖對乙醇引起的胃損傷具有保護(hù)作用[44]；從海藻中提取出來的一種新型多糖化合物具刺激胰腺M(fèi)IN-6細(xì)胞分泌胰島素的功能[45]；海藻多糖則通過抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性而具降血糖功能[46]；南方團(tuán)扇藻(Padinaaustralis)多糖對肝細(xì)胞細(xì)胞膜脂質(zhì)氧化具有較高的抑制能力[47]。

1.1.3 海洋微生物多糖

目前關(guān)于海洋微生物多糖的研究較少，如Li等[34]從海洋真菌(Hansfordiasinuosae)中分離得到具有抗腫瘤特性的中性水溶多糖(HPA)。

1.2 海洋生物多肽

多肽[18]不同于多糖，其是氨基酸以肽鍵連接形成的化合物，分子量通常低于10 kDa，Mirzaei等[48]證實(shí)分子量小于3 kDa的多肽具有較高生物活性。多肽具有抗氧化[49]、抗菌[23]、抗腫瘤[50]、抗高血壓[4]和抗病毒[25]等功效。因多肽具有來源豐富、易制備及結(jié)構(gòu)鑒定簡易等特點(diǎn)，已逐漸成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)，日本、美國和澳洲等地均有相應(yīng)功能食品及保健品推出。

1.2.1 海洋動(dòng)物多肽

已報(bào)道的海洋動(dòng)物多肽涵蓋各種高蛋白海洋動(dòng)物，尤以海參[9]、海星[10]、海膽[11]、牡蠣[12]、合浦珠母貝[13]、藍(lán)圓鰺[14]、金槍魚(Thunnusobesus)[51]和羅非魚(Oreochromisnioticus)[52]等海洋生物為代表，如提純得到的分子量小于1 kDa的魚蛋白水解物多肽，具有較高的抗高血壓能力[4]；Je等[53]使用不同蛋白酶水解金槍魚骨架蛋白以生產(chǎn)抗氧化多肽，并且研究了大眼金槍魚[51]的黑肌肽在自由基介導(dǎo)的氧化系統(tǒng)中的純化和抗氧化性質(zhì)；牡蠣多肽[54]可顯著抑制革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌的生長，6.4 kDa的太平洋牡蠣多肽[55]同樣具有抗菌能力；You等[56]從合浦珠母貝中得到分子量約為11.6 kDa，含有95.1%蛋白質(zhì)和含4.92%糖蛋白的珍珠肌蛋白(PMP)，并發(fā)現(xiàn)PMP具有明顯的抗氧化能力；扇貝裙邊活性肽則具降血糖功能，可以改善正常小鼠對血糖濃度的調(diào)節(jié)能力[57]。

1.2.2 海洋植物多肽

目前對于海洋植物多肽的研究主要集中于海藻藻膽蛋白的醫(yī)學(xué)應(yīng)用，而對海藻多肽的研究較少。研究發(fā)現(xiàn)，壇紫菜蛋白肽具有較好的降血壓、降膽固醇和抗氧化作用[58]；紫菜多肽能有效控制高血脂大鼠體質(zhì)量的增加，改善血脂水平，提高抗氧化酶活力，抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，降低患動(dòng)脈硬化疾病的風(fēng)險(xiǎn)[59]；麒麟菜(Eucheuma)多肽對小鼠血栓起到抑制作用，具有預(yù)防血栓形成的潛在功能[60]；海帶多肽則對小鼠急性輻射損傷具有防護(hù)作用[61]。

1.2.3 海洋微生物多肽

海洋微生物多肽作為水產(chǎn)動(dòng)物免疫調(diào)節(jié)劑廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖中，具有促進(jìn)魚類生長，提高魚類的非特異性免疫能力，降低死亡率[62]等功效。其中，口服微生物免疫多肽可提高黑鯛(Sparusmacrocephalus)[63]免疫力，并促進(jìn)其生長。

綜上，海洋多糖、多肽具有抗腫瘤、抗病毒、抗菌、抗氧化、抗衰老、降血脂、降血糖和增強(qiáng)免疫力等多種藥用功能，對海洋多糖、多肽的深入研究及應(yīng)用將有益于人類健康水平的提高。

2 海洋生物多糖、多肽的單獨(dú)提取工藝

多糖、多肽因結(jié)構(gòu)特性不同，其提取制備工藝也有差異。多糖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分子質(zhì)量大，且由于海洋植物具有細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，因此，海洋植物多糖高產(chǎn)制備的前提是破碎細(xì)胞壁，使內(nèi)容物充分溶出；對海洋動(dòng)物多糖而言，因其多與蛋白質(zhì)結(jié)合，故而達(dá)到高產(chǎn)制備的前提是利用多糖大分子物質(zhì)不溶于有機(jī)溶劑的特性，使其與蛋白質(zhì)充分解離。多肽則具備結(jié)構(gòu)簡單、分子質(zhì)量小的優(yōu)勢，選擇蛋白質(zhì)含量豐富的生物體且適當(dāng)解離其蛋白質(zhì)即可獲得。

2.1 多糖提取工藝

目前常用的多糖提取方法為水提取法[64]，為提高其提取效率，通常輔助采用微波、超聲波、高壓、高溫或加酸、加堿和加酶等手段，如酶提取法[9]、超聲提取法[17]、微波輔助提取法[65]、超高壓提取法[66]和膜分離技術(shù)[67]。近年來，酶提取法因其無毒、環(huán)境友好以及提取效率高的特性而被廣泛使用。海洋生物多為高蛋白生物，其多糖與蛋白質(zhì)連接復(fù)雜，故多采用堿提取法[68]和酶水解法[9]制備，以解離高分子蛋白質(zhì)。粗多糖中往往混雜著游離蛋白質(zhì)、多肽等，故單一制備海洋生物多糖時(shí)，多采用蛋白酶法[9]、Sevag 法[69]、等電點(diǎn)法[70]、三氟三氯乙烷法[71]和三氯乙酸沉淀法[72]去除蛋白，最后用乙醇等有機(jī)溶劑析出多糖大分子。如程婷婷等[73]以多糖得率為指標(biāo)，用6種蛋白酶酶解鮑(Haliotisdiscushannai)臟器，并利用膜分離技術(shù)去除蛋白，最后用乙醇醇析制備多糖，發(fā)現(xiàn)堿性蛋白酶制備效果最佳。

2.2 多肽提取工藝

相比于多糖的提取工藝，多肽的提取工藝簡單許多，按多肽的來源可以分為3類： 1)從自然界中的生物體中提取其本身固有的各種天然活性肽類[74]； 2)通過降解大分子蛋白質(zhì)獲得具備各種生理功能特性的活性肽[75]； 3)通過合成方法制備生物活性肽，包括化學(xué)合成法、酶合成法和重組DNA技術(shù)合成法[76]。其中，酶解蛋白質(zhì)制備生物活性多肽的方式最為普遍[18]。如使用風(fēng)味蛋白酶酶解金槍魚肝臟[77]，得到具有活性肽的酶解液；利用菠蘿蛋白酶和堿性蛋白酶依次水解海地瓜(Acaudinamolpadioidea)的體壁蛋白質(zhì)[78]，使用超濾膜將水解產(chǎn)物分為大于2 kDa和小于2 kDa的兩部分；利用胰蛋白酶水解扇貝(Mimachlamysnobilis)肉[79]，得到2種分子量的抗氧化肽。國外研究人員普遍將重點(diǎn)放在酶解生物體蛋白質(zhì)得到具有特定功能特性的活性肽上，并對其活性進(jìn)行評(píng)價(jià)[55]。

3 陸生動(dòng)植物生物活性物質(zhì)的聯(lián)產(chǎn)制備技術(shù)

國內(nèi)對于從同一物料中同時(shí)提取2種及2種以上成分的研究大多集中在陸生植物原料上，以油料作物和中草藥作物居多。而對于海洋生物，同時(shí)提取其內(nèi)有效成分或多組分聯(lián)產(chǎn)制備方法研究仍處于待開發(fā)階段，國外在聯(lián)產(chǎn)或同時(shí)提取方面的研究也不多見。

目前陸生植物聯(lián)產(chǎn)技術(shù)主要集中于二次發(fā)酵[80]、酶解法[81]、超聲輔助醇提法[82]、石油醚回流法[83]、堿提法[84]和堿溶酸提法[85]等方法，利用目標(biāo)組分的極性、溶解性和揮發(fā)性等性質(zhì)差異進(jìn)行分離。如利用小麥酒精發(fā)酵的廢液聯(lián)產(chǎn)制備小麥多糖和活性肽，其發(fā)酵廢液經(jīng)過二段發(fā)酵后，取醇沉發(fā)酵后的上清液得到小麥多糖，酶解沉淀得到活性肽[80]。利用水酶法同時(shí)提取油茶籽油及蛋白質(zhì)[81]，在最佳條件下，油茶籽油的得率可達(dá)到74.61%，蛋白質(zhì)的得率為82.28%。孫月川等[86]從生地黃中同時(shí)提取地黃多糖和梓醇。還有研究者利用超聲波輔助法同時(shí)提取了桑葉中的總黃酮和單寧，并利用正交試驗(yàn)優(yōu)化得到最佳工藝[87]。馬曉珂等[88]采用組合超聲輔助提取技術(shù)同時(shí)提取葛根黃酮與葛根多糖，提高了葛根資源的綜合開發(fā)效率和利用率。但以上方法特異性強(qiáng)，多應(yīng)用于特定生物的特定組分聯(lián)產(chǎn)提取，適用性不高。

4 海洋生物多糖、多肽聯(lián)產(chǎn)制備技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前，海洋生物多糖和多肽的提取研究集中在單獨(dú)提取多糖分子或單獨(dú)提取多肽分子上，針對從一種海洋生物中同時(shí)提取活性多糖分子和多肽分子的研究甚少。海洋生物的多糖與多肽通常以糖鏈或肽鏈的方式連接于蛋白質(zhì)分子或碳水化合物上，形成糖蛋白或糖胺聚糖，由于不同蛋白酶作用位點(diǎn)不同，海洋生物經(jīng)過特定蛋白酶作用，可將糖復(fù)合物分解為糖鏈和肽鏈，或?qū)⒌鞍踪|(zhì)分解為肽段，選用合適的酶并在一定的添加量、料水比和作用時(shí)間條件下，使用合適的分離技術(shù)，即可得到具有特定生物活性及特定分子量的多糖分子以及多肽鏈。酶解工藝可有效地除去多糖產(chǎn)物中的蛋白質(zhì)，并分解為所需的多肽產(chǎn)物，更為高效地利用生物資源。

多糖、多肽具有不同的理化性質(zhì)，一般可以利用兩者間的極性(溶解度)、電荷和分子量等差異進(jìn)行分離，如水提醇沉法[89]、電泳[90]、季銨鹽絡(luò)合[91]、大孔樹脂[92]、膜分離[67]、離子交換色譜[93]和液相色譜[93]等方法。水提醇沉法、季銨鹽絡(luò)合法操作簡單，但試劑損耗大。柱色譜法(離子交換色譜、大孔樹脂色譜等)是利用不同物質(zhì)間體積大小、電荷、附著力和極性等特性的差異，造成其與固定相結(jié)合力不同，而被分別洗脫分離，但該方法耗時(shí)長，分離效率低[94]。高效液相色譜的特點(diǎn)是采用了高壓輸液泵、高靈敏度檢測器和高效微粒固定相，可將液體混合物中的成分高效分離并進(jìn)行定性及定量分析，適于分析不易揮發(fā)、分子量大及不同極性的有機(jī)化合物[95]，但是該方法對樣品要求較高，且單次分離量低。膜分離中使用的膜是具有選擇性分離功能的材料，以液體的壓力差為動(dòng)力，通過膜孔篩除作用進(jìn)行分離，根據(jù)物料分子量差異，膜可實(shí)現(xiàn)選擇性分離、純化和濃縮，此過程是物理過程，期間無化學(xué)相變且無需添加化學(xué)助劑。膜分離方法相較于其他方法，因同時(shí)具有提取效率高、設(shè)備簡單、低能耗、無污染和無相變的優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛采用。

研究發(fā)現(xiàn)，2種不同超濾膜材料可分別得到不同的牡蠣多肽[96]，且超濾的溫度、壓力和pH等條件對超濾牡蠣多糖均有影響[67]，該研究為材料特性相似的海洋生物膜分離聯(lián)產(chǎn)制備多糖多肽提供了理論依據(jù)。如陳發(fā)河等[97]通過選用不同截留分子量的超濾膜分離出4種海參多糖和3種海參多肽，研發(fā)了一種海參巖藻聚糖硫酸酯和海參糖蛋白的聯(lián)產(chǎn)制備方法。翁武銀[98]利用復(fù)合酶解、膜分離、水提醇沉和離心分離等手段分離得到鮑多糖、脂質(zhì)和蛋白肽，通過1個(gè)工藝流程同時(shí)得到3種物質(zhì)。除此之外，國內(nèi)外對海洋生物聯(lián)產(chǎn)制備多糖多肽的研究未見報(bào)道。

5 小結(jié)

多糖、多肽因其獨(dú)特的功能特性已逐漸成為研究熱點(diǎn)，多糖、多肽提取技術(shù)都有了較成熟的工藝，但是針對多糖多肽聯(lián)產(chǎn)制備工藝仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，導(dǎo)致目前對海洋資源的利用率不高。海洋生物資源豐富且具有高蛋白、高碳水化合物和低脂的特點(diǎn)，采用酶解-膜分離工藝能更好地同時(shí)制備海洋生物多糖及多肽，但國內(nèi)研究多處于實(shí)驗(yàn)室階段，國外對海洋生物資源高值化利用的研究也較少。關(guān)于多種物質(zhì)同時(shí)提取或聯(lián)產(chǎn)的研究，國內(nèi)主要集中于油料作物和中草藥活性成分的提取研究，針對更高效地利用海洋生物資源的工藝研究還較少；國外研究在這一方面幾乎還是空白，尤其是對于高蛋白海洋生物而言，其多糖多肽聯(lián)產(chǎn)工藝還未引起廣泛關(guān)注。因此，重視對海洋生物多糖多肽聯(lián)產(chǎn)制備技術(shù)的研究，可為有效利用海洋資源和魚類加工副產(chǎn)物提供理論技術(shù)支持，海洋生物資源的高值化利用及工業(yè)化生產(chǎn)將有助于為醫(yī)藥、功能輔助食品、保健品等行業(yè)的發(fā)展拓展更廣闊的空間。