滸苔多糖的研究進展

魏鑒騰, 裴 棟, 劉永峰, 劉 毅, 邸多隆

(1. 中國科學院 蘭州化學物理研究所, 中國科學院 西北特色植物資源化學重點實驗室和甘肅省天然藥物重點實驗室, 甘肅 蘭州 730000; 2. 青島市資源化學與新材料研究中心, 山東 青島 266000)

滸苔多糖的研究進展

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. 中國科學院 蘭州化學物理研究所, 中國科學院 西北特色植物資源化學重點實驗室和甘肅省天然藥物重點實驗室, 甘肅 蘭州 730000; 2. 青島市資源化學與新材料研究中心, 山東 青島 266000)

滸苔(Enteromorpha), 俗稱苔條、海苔, 屬于綠藻門綠藻綱石莼目石莼科滸苔屬, 常見的種類有滸苔、緣管滸苔、扁滸苔、條滸苔和腸滸苔等。滸苔主要分布在我國的各海區, 尤其是東部沿海[1]。滸苔營養豐富,自古以來滸苔就是我國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, 據報道, 滸苔多糖具有免疫調節、抗氧化、抗腫瘤、降血脂等多種生物學活性[3-6]。近年來, 隨著環境惡化和氣候變化, 在我國沿海地區每年滋生大量的滸苔, 嚴重影響海洋生物生存、海洋運輸等, 需花費大量人力物力進行打撈、清除。為了變廢為寶, 深度開發這一寶貴資源, 近年來, 國內外研究者對滸苔, 尤其是滸苔多糖進行大量的研究。

1 滸苔多糖化學組成的研究概況

滸苔多糖的化學組分比較復雜, 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比較穩定。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%。滸苔多糖的化學組成會因季節、種類和地區不同而有所差異[8]。石學連等[4,9]發現不同時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]研究發現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等的結果一致; 而Qi等[12]檢測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; 嵇國利等[13]分析了爆發期條滸苔多糖中除了含有鼠李糖和葡萄糖醛酸外, 還含有少見的艾杜糖醛酸, 尤其不含甘露糖, 與常規的條滸苔明顯不同。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, 但滸苔的采集地區不同, 說明滸苔的生長環境不同也可能造成單糖組成產生差異。

從文獻中可以發現, 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較少, 而在個別滸苔中存在。推測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和采集時間有關。

2 滸苔多糖制備工藝研究進展

目前已報道的滸苔多糖制備工藝很多, 但歸納起來主要有三種: 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

多糖提取的傳統工藝即為水提醇沉法, 在水浸提法中, 料液比、水溫度、浸提時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, 嵇國利等[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, 料液比是影響提取率的最主要的因素, 水溫和浸提時間也同樣非常重要, 水提法得到的多糖會含有很多水溶性雜質, 且提取的時間較長, 而在水提前加一步醇提工藝, 從結果上看提取率不升反降, 但這種工藝會去除一部分既溶于水又溶于乙醇的物質, 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

在水提法的基礎上, 通過改變提取液的pH來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%; 而上述剩余殘渣按料液比1:150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%。嵇國利[12]首先用 85%乙醇浸提, 調整料液比為1:20, 90℃熱水提取2 h, 提取率為17.56%, 然后剩余殘渣中再加10倍2%的NaOH溶液, 90℃提取1 h, 依然得到10.45%的滸苔多糖。

上述數據顯示, 水提取法工藝簡單, 操作簡便易行, 但是對提取物的選擇性不好, 可把滸苔中的其他一些水溶性物質同時提取出來, 得到的多糖粗品純度較低, 制約了滸苔多糖的研究與開發。酸液或堿液提取法對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, 但對提取工藝中的設備要求較高, 同時產生的酸堿液對環境影響較大,因此不利于工業化生產。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上, 結合酶技術提取多糖的一種新方法, 選用合適的酶能夠分解滸苔細胞壁中的纖維素、半纖維素及果膠, 破壞細胞壁的結構, 有利于溶劑進入細胞, 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會做出相應的調整。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, 雖然制備過程中節約了能源, 但同時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行提取, 超聲波能夠產生高速、強烈的空化效應和攪拌作用, 從而破壞滸苔細胞, 使溶劑能夠滲透到細胞中, 縮短提取時間, 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, 提取時間為4.8 min, 滸苔多糖的提取率為17.42%。該方法與傳統熱水浸提法相比, 提取時間縮短 95.8%,多糖提取率提高了 22.17%, 節省了能源, 但是由于提取時間過短, 也存在提取效果不穩定的因素, 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℃、超聲時間28 min, 但多糖提取率僅為2.58%。因此, 仍需要大量的實驗來優化其制備工藝, 從而提高實驗的穩定性和可控性。

2.3.2 微波輔助提取法

微波能加速溶液對滸苔多糖的提取過程, 微波具有波動性、高頻特性以及熱特性或非熱特性等特點。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%。與傳統水浸提法和超聲輔助提取法比較, 微波輔助提取法具有節能、快速等優點, 但在得率方面卻沒有明顯的提高, 需要進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, 盡管研究者對其進行了多種優化方案, 但并沒有達到最大化利用, 所以仍需進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, 從而進行滸苔多糖的后續研究。

3 滸苔多糖生物活性研究進展

滸苔多糖是滸苔的主要活性物質之一, 現有的文獻報道了滸苔多糖具有多種生物學活性, 主要包括免疫調節, 抗氧化, 抗腫瘤和降血脂等活性[3-6]。

3.1 免疫調節作用

免疫是機體抵御外界刺激保護機體的一種自身防御作用, 研究發現, 滸苔多糖具有免疫調節作用。體外實驗發現, 滸苔多糖能促進 T、B淋巴細胞增殖, 而且可以增強巨噬細胞的吞噬作用, 促進巨噬細胞分泌一氧化氮(NO), 增強誘導型-氧化氮合酶(iNOS)活性, 促進TNF-α和IL-6的分泌[25], 徐大倫等[26]報道了滸苔多糖對抗原提呈細胞活化所致的誘導IFN-γ產生有明顯增強作用, 但對Con A誘導T細胞直接活化所致的IFN-γ和IL-2的產生沒有明顯的影響。而Kim等[3]的研究結果顯示, 滸苔的多糖能夠促進IFN-γ和IL-2分泌量增加, 可能的機制是滸苔多糖可以上調關鍵因子的 mRNA表達,從而增強iNOS的活性, 刺激NO和下游細胞因子的產生。小鼠體內實驗結果表明, 滸苔多糖能明顯提高小鼠的免疫功能, 它不僅可以增強機體的吞噬指數和自然殺傷能力, 還可以增加Con A誘導的脾細胞增殖[3]。韓秋風等[27]發現滸苔多糖具有防治右旋葡聚糖硫酸鈉致小鼠潰瘍性結腸炎的作用, 作用機制可能也是通過促進淋巴細胞增殖和分化、刺激巨噬細胞的吞噬功能、促進細胞因子和抗體的產生等途徑來實行機體對免疫系統功能的調節。研究還發現, 滸苔多糖可以顯著提高大菱鲆的呼吸爆發活性,從而提高吞噬細胞中的中性粒細胞和巨嗜細胞殺死細菌病原體的能力[28]。盡管滸苔多糖能夠提高機體免疫力, 但具體的機制仍不清楚, 因此需要大量的研究來闡述其機制。

3.2 抗氧化作用

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

3.3 抗腫瘤作用

近年來, 研究者發現, 滸苔多糖對腫瘤細胞本身并沒有毒性作用[5], 但對荷瘤小鼠腫瘤生長有明顯抑制作用, 分析原因可能與免疫調節有關, 滸苔多糖能刺激小鼠脾和胸腺生長, 誘導淋巴細胞增殖,增加巨噬細胞TNF-α產物, 上調誘導型iNOS的活性,引起巨噬細胞 NO產量上升, 從而增強了機體的免疫能力, 通過免疫系統間接抑制或殺死細胞, 達到抑制腫瘤的效果[15,32]。另外, 林文庭等[33]報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意義上的抗腫瘤藥, 通過抑制細胞增殖或誘導細胞凋亡達到抗腫瘤的效果, 它主要通過提高機體免疫力, 利用免疫系統間接殺死腫瘤細胞, 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, 生活方式及飲食結構的變化, 血脂異常的人群日漸增長, 對健康構成較大威脅。滸苔多糖用于高血脂的治療和預防, 其作用也已引起人們的廣泛關注。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, 滸苔多糖還可降低高脂血癥大鼠肝細胞的脂肪變性程度[6]。因而, 滸苔多糖對高血脂癥大鼠模型具有降血脂及預防脂肪肝的作用。原因可能與機體的免疫調節有關, 滸苔多糖能夠有效增強機體的免疫能力, 加快肝膽循環, 使肝內的酮體和肝外組織所能利用的限度達到很好的一個平衡, 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活性和應用。研究發現, 滸苔多糖能保護 H2O2導致的細胞損傷[35]。隨著研究者對滸苔多糖的進一步研究,人們逐步發現滸苔多糖新的用途, 如薛志欣等[36]發現熱水法提取的滸苔多糖可以用 BaCl2做凝固浴經濕法紡絲制得滸苔纖維, 為纖維提供新的來源。石學連等[7]發現滸苔多糖具有較強的保濕和吸濕活性,且與天然活性保濕因子透明質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發, 從而更有效的利用這種天然的資源。

5 展望

我國滸苔資源十分豐富, 產量巨大, 滸苔多糖可以應用于天然植物食物, 食品添加劑和藥物加工,具有廣闊的開發前景。目前的制備工藝已經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, 無法達到工業生產的要求, 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, 適量攝入將會有利于機體健康, 但由于研究的時間較短, 對其功能性和安全性仍無法掌握, 很多研究僅限于實驗室中, 這就需要研究者深入研究其化學組成和生物活性, 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

中國科學院“百人計劃”擇優支持資助項目

魏鑒騰(1980-), 男, 山東青島人, 博士研究生, 從事海洋活性物質的分離分析, 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