褐藻膠低聚糖的生物活性及其在水產制品中的應用研究進展

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褐藻膠(alginate)是褐藻細胞壁的填充物質，是由β-D-甘露糖醛酸(M)和α-L-古羅糖醛酸(G)，通過1→4糖苷鍵連接成直鏈線性高聚合物，整個分子由甘露糖醛酸片段(PolyM)、古羅糖醛酸片段(PolyG)和甘露糖醛酸-古羅糖醛酸雜合段(PolyMG)形成嵌段結構。自1881年英國人Stanford首次從褐藻中提取出褐藻酸鈉以來，各國研究者對其原料及提取、純化方法都進行了大量研究[1]。由于褐藻膠隨著不同的藻種、生長地點、生長時期、藻體部位等因素的變化，其含量、相對分子質量及M/G比等各有不同，這給褐藻酸鈉的應用，特別是對其結構與功能關系的研究帶來不便。近年來研究發現，褐藻酸鈉經降解后可獲得相對分子質量確定和結構確切的低分子低聚糖，這些低聚糖顯示了顯著的抗腫瘤、增強免疫、促進生長等多種生理活性[2～6]。鑒于此，對褐藻膠低聚糖的研究引起了廣泛興趣。

1 褐藻酸鈉低聚糖生理活性

褐藻膠低聚糖(Alginate oligosaccharides)，即海藻酸鹽寡糖，是由褐藻中提取的大分子海藻酸鹽通過不同工藝降解而成的一種小分子低聚糖，由β-D-甘露糖醛酸(M)和α-L-古羅糖醛酸(G)兩種單體通過α-1,4糖苷鍵鏈接聚合而成，聚合方式主要有三種，即MM、GG和G/M[4]。與大分子海藻酸鹽相比，褐藻膠低聚糖分子量低、易溶于水，而且其特殊的理化特性具有多種生物活性，如抗腫瘤、抗氧化、抑菌抗炎、免疫調節等，在食品、保健品、化妝品、生物醫藥、農林牧漁等領域越來越受到國內外學者的青睞，具有廣闊的開發前景和巨大的應用價值[5]。

1.1 抑菌性

褐藻膠低聚糖對動植物的一些致病菌均表現出很強的抑菌作用。研究發現，在畜禽飼料中添加適量褐藻膠低聚糖，可有效抑制腸炎沙門氏菌感染[6]。在水產養殖上，褐藻膠低聚糖對常見的嗜水氣單胞菌、白色念珠菌及鰻弧菌表現出較強的抑菌活性，且隨寡糖濃度的升高而增強[7]。體外抑菌研究發現褐藻膠低聚糖對大腸桿菌及金黃色葡萄球菌有直接的抑制作用，且呈量效關系[8]。

1.2 抗腫瘤活性

褐藻膠低聚糖具有良好的生物相容性，本身無細胞毒性，對生物細胞無損傷，因此用其開發抗腫瘤藥物可以極大的降低藥物潛在的毒副作用。大量研究表明，褐藻膠低聚糖與一般的抗腫瘤因子不同，它本身對腫瘤細胞無毒活性，但可以直接抑制一些腫瘤細胞的生長或通過調節機體免疫系統活性來間接發揮抗腫瘤作用[9]。

1.3 免疫調節活性

褐藻膠低聚糖能刺激各種免疫活性細胞(如巨噬細胞、T淋巴細胞、B淋巴細胞等)的分化、成熟、繁殖，使機體的免疫系統得到恢復和加強，并能通過免疫調節作用發揮多種生理活性。楊華(2004)等[10]指出，褐藻膠經降解的PolyM具有一定的免疫原性，能夠刺激機體免疫應答，而且它能與一定的毒素、病毒和真菌細胞的表面結合而作為這些外源抗原的佐劑，減緩抗原的吸收，增加抗原的效價，從而增強動物體的細胞和體液免疫反應。Otterlei等報道了褐藻膠及其降解產物能激活人的單核細胞產生大量TNF-α、白介素IL-6和IL-1β，發現M是主要的激發因素，并認為M含量的高低與巨噬細胞的作用強弱有密切關系。TNF-α、白介素IL-6和IL-1β都是重要的免疫因子，在抗腫瘤、抗菌、抗病毒中發揮重要作用。由海帶中提取的褐藻膠低聚糖是一種酸性寡聚糖，它是小鼠B淋巴細胞的有絲分裂原，對B細胞的增殖有激活作用，并能增強小鼠的體液免疫與腹腔巨噬細胞的吞噬功能，促進淋巴細胞轉化，對大鼠紅細胞凝集也有明顯的促進作用。

1.4 促生長作用

Kawada(1997)等[11]研究了褐藻膠酶解低聚糖對角質細胞生長的影響，發現低聚糖可以顯著提高角質細胞的生長率，效果與牛垂體提取物(BPE)相似。具有G末端的低聚糖作用更顯著，可能是由于末端G對角質細胞上受體的親和性或者對表皮生長因子(EGF)的激活作用而表現出對角質細胞的促生長作用。2001年，宮小黎等報道了褐藻膠降解產物寡聚甘露糖和鐵生成的絡合物寡聚甘露糖醛酸鐵對外周血細胞和骨髓有核細胞的積極影響。寡聚甘露糖醛酸鐵能夠明顯升高骨髓有核細胞、外周血紅細胞核白細胞的數量，可以作為腫瘤化療的輔助用藥，對腫瘤化療的臨床治療效果具有重要意義。此外，褐藻膠低聚糖對植物的促生長作用的研究也已引起了人們的廣泛關注。據報道，褐藻膠低聚糖可以促進大麥、豌豆、高粱、水稻、花生、萵苣等作物的生長，提高植物的抗凍能力，促進植物的萌發和根部的生長；能夠提高植物幼苗體內的POD、CAT等抗氧化酶的活性[12～15]。

1.5 抗氧化活性

研究表明，褐藻膠低聚糖不僅具有清除活性氧的作用，還能夠顯著降低脂質過氧化物的含量，提高過氧化物酶和超氧化物歧化酶的活性，具有清除過多自由基與抗脂質過氧化的作用。孫麗萍(2005)等[16]采用化學發光法和大腸桿菌法研究了褐藻膠低聚糖A1、A2和A3對O2-、·OH和次氯酸3種自由基的清除作用。結果表明，褐藻膠低聚糖A1、A2和A3對3種自由基均有較好的清除作用，而且清除活性隨糖濃度的增加而增強，分子量大小對褐藻膠清除自由基的活性亦有顯著影響。

1.6 抗輻射

紫外輻射可引起DNA損傷，造成神經系統、內分泌系統調節障礙，同時還會增加生物體內氧自由基的形成，引起皮膚老化等諸多問題。目前，源自天然產物的低毒輻射防護劑逐漸成為新的研究熱點，褐藻膠低聚糖就是近年來發現的一種具有優異抗輻射性能的糖類防護劑。研究發現，通過生物酶解工藝制備的褐藻膠低聚糖，其非還原末端會形成一個在230nm區域具有特征吸收峰的雙鍵，因而表現出了非常好的抗紫外輻射作用。同時，褐藻膠低聚糖還可以通過清除氧化自由基來降低紫外輻射對細胞的損傷。這些研究對目前市場火爆的海洋化妝品的功效提供了一定的理論支撐，隨著研究的深入，必將開發出更多具有防護肌膚、延緩衰老、美容養顏等功效的優質護膚品[17]。

1.7 其它活性及應用

褐藻膠低聚糖具有促進益生菌雙歧桿菌增殖的作用，并且可以作為一種優質的膳食纖維，改善胃腸道健康[18]。褐藻膠低聚糖對重金屬離子具有一定的吸附性，可用來開發排毒食品或保健品[19]。褐藻膠低聚糖及其衍生物具有很好的抗凝活性，且與肝素類抗凝血物質相比副作用極小[20]，藻酸雙酯鈉(PSS)就是管華詩院士利用褐藻膠低聚糖經過分子修飾而發明的一種抗凝血類藥物。

2 褐藻膠低聚糖的保水性在水產制品中的研究進展

在冷凍水產品生產加工中，水產品的水分含量和持水性將直接關系到水產品的組織狀態、品質，甚至風味[21]。大量研究表明，添加劑對提高肉的保水性、嫩度，降低肉在蒸煮過程中的汁液損失有著顯著的改善作用[22～24]。

褐藻膠是一種天然高分子多糖，溶于水可形成粘稠的溶液，含有大量的親水性基團，具有良好的增稠、乳化、保水功能性；其低分子多糖具有更優良的乳化、保水性能。褐藻膠低聚糖在水產品中的應用主要是冷藏保鮮上，利用褐藻酸鈉和氯化鈣的成膜特性，涂抹于肉的表層，可以防止微生物生長和脂肪氧化，延長貯存時間。由于褐藻膠特殊的分子結構和物理性質，為其在冷凍水產品保水劑和抗凍劑的開發應用提供了條件。

褐藻酸鈉裂解物的增重效果好，可能的原因其主要為不同分子量的多糖，多糖可能通過毛細管力等作用滲透到肌肉中，與蛋白質相互作用，增加肌肉纖維間的空間，使更多的水分進入到肌原纖維結構中；同時，大分子量的多糖可能在蝦仁表面形成一層包裹膜，使滲入的水分更好地保留在肌肉中。褐藻酸鈉裂解物能夠防止解凍損失，保持較好的增重效果，其原因可能是：褐藻酸鈉裂解物中存在不同分子量的多糖片段，其一方面自身吸附和保持水分；另一方面在冷凍階段發揮抗凍劑的作用，使肌肉蛋白不會發生冷凍變性保持原來的結構，保持內部結合水；第三方面可能是不同分子量的多糖與Ca2+、Mg2+結合形成保護膜，保護了肌動球蛋白的原始空間結構[24,25]；而且在表面也形成了膜，阻止了內部水分的丟失[26,27]。

高瑞昌(2007)[28]研究發現:凡納濱對蝦蝦仁經0.5%褐藻酸鈉裂解物浸泡1h，增重效果達13%左右。褐藻酸鈉裂解物處理的蝦仁凍藏20d，仍能夠有效的保持浸泡增重效果，防止了解凍損失，提高了產品出品率;陳麗嬌(2003)等[29]采用3%的海藻酸鈉溶液對大黃魚進行涂膜后冰藏保鮮，以感官指標、細菌總數、TVB-N值、pH值等作為鮮度指標，并與普通冰藏保鮮進行對比，探索大黃魚在冰藏條件下采用涂膜保鮮方法的可行性。試驗結果表明:涂膜保鮮可以明顯抑制細菌總數的增長，維持較低的TVB-N值，延長大黃魚保鮮期3～4d，保鮮效果明顯優于普通冰藏保鮮法;于功明(2008)等[30]選擇不同凝膠強度的170目海藻酸鈉、300目海藻酸鈉、370目海藻酸鈉，針對海藻酸鹽對肉制品持水力及質構的影響進行了研究。結果表明:在相同工藝條件下，不同凝膠強度海藻酸鈉對肉制品持水力的影響是有差別的。張麗(2010)等[31]研究發現粘度為55mPas褐藻膠低聚糖對中國對蝦的保水效果與復合磷酸鹽相當；馮慧(2008)[32]亦發現濃度為3%的褐藻酸鈉裂解物對羅非魚片以及凡納濱對蝦有一定的保水效果。

3 前景展望

聚甘露糖醛酸和聚古羅糖醛酸是褐藻酸分子中所特有的，在自然界中尚未發現有單獨存在的此類化合物。因此，通過降解得到這類結構獨特的酸性多糖片段及低聚糖具有獨特生物活性，可開發成為特殊用途的功能性生物原料，具有重要的研究價值。盡管褐藻酸鈉低聚糖已經廣泛應用于生化領域，但是尚有很多生理特性需要研究。對褐藻酸鈉低聚糖的制備方法、低聚糖的生理活性及低聚糖構象與功能間關系等研究具有重要意義。褐藻酸鈉低聚糖在醫藥、食品、生物化學等方面有著良好的應用前景。