紫菜多糖的提取及化學(xué)成分

摘要:本文闡述了不同方法對紫菜多糖的提取、分離純化技術(shù)的影響、紫菜多糖分子的結(jié)構(gòu)以及化學(xué)成分發(fā)展史，并探討了其應(yīng)用價值和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞:紫菜多糖;提取方法;化學(xué)成分

文章編號:1005-6629(2010)03-0052-04 中圖分類號:TS255.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:E

紫菜是一種營養(yǎng)豐富的食用海藻，因具有高營養(yǎng)、低熱量的特點(diǎn)而備受人們的青睞。紫菜屬于紅藻類(Rhodophyta)， 紅毛菜目(Bangiales)， 紅毛菜科(Bangiaceac)， 紫菜屬(Porphyra)。全世界約有50種左右，東南亞地區(qū)(如日本，中國大陸，臺灣，韓國等)的紫菜養(yǎng)殖業(yè)都比較發(fā)達(dá)[1]。紫菜作為中藥，具有“補(bǔ)腎養(yǎng)心，利水消腫”的功效。

近年來，人們對紫菜的提取成分及其應(yīng)用價值進(jìn)行了廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)它主要成分是紫菜多糖和蛋白質(zhì)。紫菜多糖是多糖研究領(lǐng)域中極為重要的一個組成部分，它屬于半乳聚糖硫酸酯，主要由半乳糖、3，6-內(nèi)醚半乳糖和硫酸基等組成，占紫菜干質(zhì)量的20 %～40 %，是紫菜的主要成分之一。自20世紀(jì)五十年代以來，研究人員對紫菜多糖的化學(xué)組分、結(jié)構(gòu)以及生物活性進(jìn)行了大量的研究。現(xiàn)介紹如下:

1紫菜多糖的提取方法

(1)紫菜多糖提取及分離純化工藝步驟

干紫菜→粉碎→浸提→粗濾→離心→脫除蛋白→濃縮→沉淀→冷凍干燥→紫菜多糖。

(2)不同提取方式對多糖提取率的影響

①熱水提取:條件設(shè)定為溫度80 ℃，水與紫菜的液固重量比40∶1，提取時間120 min;②微波提取:條件設(shè)定為微波功率200 W，水與紫菜的液固重量比40∶1，微波處理時間8 min。分以下4種處理，結(jié)果見表1。

處理1(微波直接提取):樣品先在微波功率200 W，水與紫菜的液固重量比40∶1，微波提取時間8 min，直接提取1次并計算提取率;處理2(微波浸泡提取):樣品先在常溫下浸泡2 h，用微波提取1次;處理3(微波2次浸泡提取):樣品先在常溫下浸泡2 h，用微波1次提取后將殘碴加相同體積水再浸泡2 h，然后微波2次提取;處理4(微波凍融提取):樣品先加水在-12 ℃低溫凍結(jié)12 h，而后微波解凍，上述處理重復(fù)2次，而后按微波2次浸泡提取多糖。應(yīng)用熱水提取和不同微波提取方式對多糖提取率的影響，結(jié)果見表1。

從表1可見，微波提取優(yōu)于熱水提取，微波浸泡提取優(yōu)于微波直接提取，2次浸泡提取， 優(yōu)于1次浸泡提取， 微波凍融提取效果最高， 提取率達(dá)7.45 %。

(3)紫菜多糖的提取及純化

去脂:稱取市售干紫菜50.0 g，剪碎，用蒸餾水洗凈，擠干水分，95 %乙醇浸泡去脂過夜，重復(fù)1次，紗布過濾。

除色素:濾渣以蒸餾水反復(fù)浸泡洗滌可有效去除色素。

水提:濾渣加10倍500 mL蒸餾水，文火沸水提取3小時，紗布過濾除渣。紫菜渣加蒸餾水重復(fù)提取1次，合并2次水提液。將水提液-50 ℃減壓凍干，得紫菜粗多糖。

除蛋白:稱取粗多糖5.6 g，蒸餾水56 mL配成水溶液，以1:1等體積加入5%三氯乙酸溶液，靜置4 h，離心取上清液;取出部分上清液，加95%的乙醇至含醇量達(dá)80 %，靜置過夜，沉淀物經(jīng)無水乙醇洗滌后真空干燥，重復(fù)上述步驟4次，以有效去除蛋白質(zhì)。-50 ℃減壓濃縮，凍干得紫菜多糖(PP)。樣品含量測定吸取樣品液1.0 mL，按上述步驟操作測光密度以標(biāo)準(zhǔn)曲線計算多糖含量，結(jié)果含糖量達(dá)93.8 %。

2 紫菜多糖化學(xué)組分的研究歷程[3]

1957年，Nunn從好望角紫菜(Porphyra capensis)中分離得到多糖，定性分析表明含有半乳糖，6-O-甲基-D-半乳糖，3，6-內(nèi)醚-L-半乳糖和硫酸基。

1961年，Turvey進(jìn)一步研究了紫菜多糖的結(jié)構(gòu)。采用堿處理、甲基化分析等方法證明紫菜多糖的結(jié)構(gòu)與瓊膠類似，是由3-連接的β-D-半乳糖和4-連接的α-L-半乳糖單位交替連接而成的線性多糖。其中D-半乳糖單位部分地被6-O-甲基-D-半乳糖取代，而其中的L-半乳糖單位由L-半乳糖或3，6-內(nèi)醚半乳糖構(gòu)成。

1974年，Arnott， S. 1975年渡賴、峰南曾報道紫菜多糖的雙螺旋體結(jié)構(gòu)，由D-半乳糖和3，6-內(nèi)醚半乳糖膠體排列，趨向螺旋狀結(jié)合，通過羥基所形成的氫鍵與另一股螺旋體相聯(lián)，形成穩(wěn)定的微晶結(jié)構(gòu)。紫菜瓊膠的氫鍵結(jié)合形式如圖1所示，紫菜多糖的硫酸酯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1981年，Vallarroel Zanlungo對智利樓斗紫菜(Porphyra columbina)的紫菜多糖的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。證明主要成分為2，4，6-三-O-甲基-D-半乳糖，此外尚有一定量的2，3-二-O-甲基-D-半乳糖和2，3，4，6-四-O-甲基-D-半乳糖存在。

1984年，Morrice采用酶解和13C-NMR波譜等方法測定了臍形紫菜多糖的基本結(jié)構(gòu)。中性寡糖主要是63-O-甲基-新瓊膠四糖，此外還有63，65-二-O-甲基-新瓊膠六糖和部分的新瓊膠六糖和一甲基新瓊膠六糖。

經(jīng)過大量研究，紫菜多糖的基本結(jié)構(gòu)已經(jīng)被確定。其基本結(jié)構(gòu)單位為3-β-D-半乳糖苷-1，4-α-L-3，6-內(nèi)醚半乳糖組成的二糖。在有些L-半乳糖殘基中，存在6-硫酸基，此外紫菜多糖還含有其他取代基團(tuán)(Brasch， 1981)。但是由于紫菜品種、生長環(huán)境及其他條件的差異，不同的紫菜多糖，其結(jié)構(gòu)也有所不同。Rees(1962)分析不同種類、不同季節(jié)和不同生長條件下的約40種紫菜屬海藻樣品，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3，6-內(nèi)醚半乳糖含量從5%～19%不等，硫酸基含量從6 %～11 %不等。

壇紫菜是我國南方主要的經(jīng)濟(jì)海藻之一，國內(nèi)外對壇紫菜多糖的研究很少，從80年代起，紀(jì)明侯等(1986)對壇紫菜多糖的化學(xué)組成進(jìn)行了研究，壇紫菜多糖是含高電荷的半乳聚糖，硫酸基的含量為10.4%，3，6-內(nèi)醚半乳糖含量只有10 %。

1992年，高洪峰等對分別產(chǎn)于福建和青島的我國南、北方壇紫菜中多糖的化學(xué)組成的差異進(jìn)行了比較研究。分析結(jié)果顯示南方壇紫菜的熱水和冷水提取多糖中3，6-內(nèi)醚半乳糖的含量分別低于北移壇紫菜，而硫酸基的含量卻分別高于北方壇紫菜，說明北方壇紫菜中含有較多的高電荷半乳聚糖。13C-NMR波譜分析表明南方壇紫菜多糖的甲基化程度要明顯高于北方壇紫菜多糖，這是壇紫菜由南方移植到北方后，其多糖最顯著的差異。說明紫菜的生長條件如水溫等對藻體中多糖的合成有直接的影響。

1994年，高洪峰等對不同生長期的壇紫菜多糖中組分含量的變化也作了研究。他們采用化學(xué)分析和13C-NMR方法研究中國南方和移植北方養(yǎng)殖的不同生長發(fā)育階段的壇紫菜多糖的組分變化。結(jié)果表明，隨著藻體的生長發(fā)育，壇紫菜多糖中3，6-內(nèi)醚半乳糖和6-O-甲基-D-半乳糖的含量逐漸增加，而硫酸基的含量呈現(xiàn)先增加后減少的規(guī)律，北移壇紫菜多糖中3，6-內(nèi)醚半乳糖的含量高于南方壇紫菜，而硫酸基和6-O-甲基半乳糖的含量低于南方壇紫菜。說明紫菜多糖的化學(xué)組分隨著生長階段的不同在不斷發(fā)生變化。

2001年，呂燕等從廣東產(chǎn)壇紫菜中經(jīng)過分離純化得到中性多糖組分PP2和酸性多糖組分PP1。之后他們通過紅外光譜、化學(xué)分析、氣相色譜以及高碘酸氧化、Smith降解等方法對二者的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。PP1由半乳糖、3，6-內(nèi)醚半乳糖、甘露糖、葡萄糖組成，具有 α，β 型糖苷鍵，連接方式有(1→4)， (1→3)， (1→2)三種方式。其中總糖、3，6-內(nèi)醚半乳糖、及硫酸基的含量分別為85.4 %、5.95 %和14.0 %。PP2由半乳糖、3，6-內(nèi)醚半乳糖、甘露糖、葡萄糖、木糖和阿拉伯糖組成，具有α，β型糖苷鍵， 連接方式有(1→4)，(1→3)，(1→2)三種方式。其中總糖、3，6-內(nèi)醚半乳糖、及硫酸基的含量分別為86.3 %、5.43 %和12.2 %。但是他們只是分析了糖苷鍵的連接方式，對壇紫菜多糖的結(jié)構(gòu)并沒有進(jìn)行具體深入的研究。圖3、4、5、6分別為甘露糖、葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的結(jié)構(gòu)式。

Zhang等人于2004年進(jìn)一步研究了壇紫菜多糖的結(jié)構(gòu)。他們從福建產(chǎn)壇紫菜用熱水提取得到了粗多糖物，之后采用離子交換纖維素柱色譜進(jìn)行分級得到三個多糖分級組分F1、F2和F3。三者均為半乳聚糖硫酸酯，其化學(xué)組成與其他紫菜屬多糖基本一致，但是其分子量較大，硫酸基的含量均高于其它的紫菜多糖，而3，6-內(nèi)醚半乳糖含量較低。其中F3硫酸基含量最高(見表2)。NMR分析表明F1、F2和F3都是主要由1，3連接的β-D-半乳糖與1，4連接的α-L-半乳糖-6-硫酸基組成的二糖重復(fù)單位構(gòu)成的多糖，其中部分L-半乳糖殘基為 3，6-內(nèi)醚半乳糖。在D-半乳糖的C-6位和L-半乳糖的C-2發(fā)生部分甲基化。多糖中的單糖組成是由氣相色譜分析得出。在所有多糖中，半乳糖是主要成分，在F1、F2和F3中分別占到中性單糖的76.8 %，66.2 %，和85. 0%(摩爾百分?jǐn)?shù))。除半乳糖外，多糖中還含有巖藻糖、木糖、阿拉伯糖等成分，中性單糖組分的摩爾比率見表3。

3 紫菜多糖的生物學(xué)活性

周慧萍等實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，紫菜多糖在體內(nèi)外均有明顯的抗凝血作用， 并且能降低全血和血漿粘滯度。周慧萍等研究發(fā)現(xiàn)，紫菜多糖可作為一種理想的抗衰老因子應(yīng)用于保健食品行業(yè)，也可將紫菜多糖作為醫(yī)藥品應(yīng)用于臨床。顧佳雯， 張陸曦等將條斑紫菜多糖作用于乳腺癌細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)條斑紫菜多糖對乳腺癌細(xì)胞的生長有明顯的抑制作用。錢偉靖等研究表明條斑紫菜提取液具有降血脂、防止動脈粥樣硬化的功能。對條斑紫菜多糖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性血栓的研究顯示條斑紫菜多糖具有抑制血栓形成的作用，不僅可延長特異性血栓形成時間及纖維蛋白血栓形成時間，而且血栓長度、干重和濕重均有明顯降低。紫菜多糖作為一種免疫調(diào)節(jié)劑，能起到刺激機(jī)體的各種免疫細(xì)胞的成熟、分化和繁殖，增加巨噬細(xì)胞(Macrophage，Mφ)非特異性細(xì)胞毒， 誘導(dǎo)白細(xì)胞介素-l(IL-1)、白細(xì)胞介素-2(IL-2)、 腫瘤壞死因子(INF)、干擾素(IFN)等細(xì)胞因子的產(chǎn)生和細(xì)胞因子受體的表達(dá)，促進(jìn)抗體形成，活化補(bǔ)體系統(tǒng)的經(jīng)典途徑及變更途徑等作用[4-5]。此外，紫菜多糖還具有較好的抗炎癥作用[3]。

4 結(jié)論

紫菜多糖主要由半乳糖、3，6-內(nèi)醚半乳糖和硫酸基等組成，占紫菜干質(zhì)量的20 %～40 %;微波提取優(yōu)于熱水提取，微波浸泡提取優(yōu)于微波直接提取，微波2次浸泡提取優(yōu)于1次浸泡提取，微波凍融提取最高達(dá)7.45 %，而熱水提取最高僅達(dá)2.05 %;浙江省蒼南縣霞關(guān)鎮(zhèn)南關(guān)島產(chǎn)野生紫菜中含糖量達(dá)93.8 %;紫菜多糖具有抗凝血、抗衰老、抗腫瘤、降血脂、提高機(jī)體免疫力等生物活性，且具有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn):

[1]王艷華.紫菜多糖免疫抑制活性的初步研究[J].沈陽:中國醫(yī)科大學(xué)研究生院，2007.

[2]王守芹.紫菜多糖對小鼠NK細(xì)胞殺傷活性和淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化功能的上調(diào)作用.沈陽:中國醫(yī)科大學(xué)研究生院，2006.

[3]趙婷婷.不同分子量壇紫菜多糖的制備及其抗衰老活性的研究.青島:中國科學(xué)院海洋研究所，2007.

[4]陳惠黎.糖復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和功能.上海:上海醫(yī)科大學(xué)出版社.1997:25～36.

[5]吳壽金，趙泰，秦永琪.現(xiàn)代中草藥成分化學(xué).北京:中國醫(yī)藥科技出版社.2002:102～119.