紅毛藻研究進展

紀(jì)乃茹，李月，姜澤東，王力

集美大學(xué)食品與生物工程學(xué)院（廈門 361021）

紅毛藻（Bangia fusco-purpurea）為一類原始紅藻，又名牛毛藻、紅毛菜等，屬紅藻門，原紅藻綱，紅毛菜目，紅毛菜科，紅毛菜屬[1]。紅毛藻結(jié)構(gòu)簡單，藻體呈線形、不分支，體長3～15 cm，最長20 cm以上，藻體顏色會根據(jù)時令、海區(qū)及生育階段等而略有不同，正常情況下呈現(xiàn)紅色、紫紅色、紫褐色或橄欖色。其按生殖方式可分為有性生殖種群和無性生殖種群，前者的生活史具有2個形態(tài)不同的世代：配子體世代和孢子體世代，后者通過形成無性孢子不斷重復(fù)原葉體階段，其生活史中沒有絲狀體階段[2]。紅毛藻是泛暖溫帶海藻，一般生長在壇紫菜周邊，能忍受風(fēng)吹暴曬、干燥失水的環(huán)境，主要生長于北太平洋的西部和北大西洋的亞熱帶和溫帶海區(qū)，在中國廣泛分布于東海和南海沿岸，福建省莆田是主要產(chǎn)地之一[3]，由于生態(tài)環(huán)境日益惡化，以及人為的過度開采，紅毛菜自然資源量下降極快，因此，各地也開始人工種植，以保證紅毛藻的資源總量。

紅毛藻為一種經(jīng)濟紅藻，味道鮮美，含有豐富的營養(yǎng)成分。紅毛藻是海藻中營養(yǎng)價值最高的天然水產(chǎn)品之一，在生產(chǎn)上具有很高的經(jīng)濟價值和發(fā)展?jié)摿?。?jù)農(nóng)業(yè)百科全書記載紅毛藻有降血壓、滋陰祛火和防治疾病等作用[4]，是一種暢銷市場的高檔“海洋綠色蔬菜”。但由于其腥味大、纖維硬，不能為廣大群眾接受，銷售范圍較窄，現(xiàn)在市面上一般將紅毛藻制成干品銷售。

1 紅毛藻生物性質(zhì)

紅毛藻是一種結(jié)構(gòu)簡單的原始紅藻，藻膽蛋白是其重要的提取組分，可分為藻紅蛋白、藻藍蛋白、藻紅藍蛋白等。鄭江等[5]采用DEAE-52離子交換柱等分離純化技術(shù)分離紅毛藻中的藻膽蛋白組分，發(fā)現(xiàn)藻膽蛋白在光合作用能量傳遞中具有一定功能，但各組分藻膽蛋白在該功能上存在差異。據(jù)鄭江等[6]發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)色素應(yīng)用范圍十分廣闊，不僅可以應(yīng)用于食品、化妝品、染料等工業(yè)，還可參與合成熒光探針應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)診斷、免疫化學(xué)和生物工程等領(lǐng)域中，并且它還是一種生物活性物質(zhì)，可用來研發(fā)醫(yī)療保健方面的食品和藥物[7]。

紅毛藻含有豐富的多糖組分，具有降血脂、抗凝血、抗病毒等作用，尤其是抗艾滋病毒的作用，受到醫(yī)學(xué)界高度重視，顯示其廣闊藥用價值。研究表明從不同紅藻中提取而得的硫酸多糖具有抗病毒作用，如抗煙草花葉病毒（TMV）、抗HSV、抗人類偏肺病毒（HMPV）、抗人鼻病毒（HRVs）、抗牛皰疹病毒（BoHV-1）及豬皰疹病毒（SuHV-1）活性[8]，因而紅毛藻中的硫酸多糖也有其特定的抗病毒活性——抗艾滋病（HIV）。

2 紅毛藻組成成分及功能特性

2.1 組成成分

紅毛菜的主要成分見表1。紅毛藻中營養(yǎng)成分豐富，含有很多人體所需的營養(yǎng)素，如鈣、鎂和鉀等人體必需元素（如表2所示），以及各種氨基酸、脂肪酸（如表3和表4所示），由于這些物質(zhì)能被人體充分吸收，故被認為是理想的食補物質(zhì)。此外，紅毛藻中的活性物質(zhì)可以檢測并治療人體多種疾病，如抗凝血、降血脂、降血糖、降血壓、抗血栓，特別是能夠輔助治療癌癥。紅毛藻功能的開發(fā)成為研究熱點之一。

表1 100 g紅毛菜的主要成分[3, 9]

表2 紅毛藻中礦物質(zhì)含量[9]

表3 紅毛藻中氨基酸含量[9]

2.2 功能

2.2.1 美白、抗氧化

紅毛藻在美白方面有著一定功效，受到諸多化妝品企業(yè)青睞。剪秋麗等[10]以B16-F0黑素瘤細胞為基礎(chǔ)，研究紅藻糖苷對B16-F0合成黑色素的抑制作用，結(jié)果證明，隨著紅藻糖苷濃度增大，酪氨酸酶和酪氨酸二酚酶的活力呈下降趨勢，從而減少黑色素產(chǎn)生，達到美白效果。

另外，紅毛藻含有可溶于水的藻紅蛋白，張素萍等[11]發(fā)現(xiàn)在藻膽蛋白中，藻紅蛋白清除羥基自由基的能力最佳，它的速率常數(shù)大概是藻藍蛋白的2倍，因而具有良好的抗氧化作用。

2.2.2 提高免疫力、抗腫瘤

蔡薇[12]利用小鼠單核巨噬細胞RAW 264.7，通過體外免疫調(diào)節(jié)活性分析細胞模型，發(fā)現(xiàn)純化后的多糖組分通過激活細胞的多個信號通路，誘導(dǎo)RAW 264.7細胞釋放NO并分泌TNF-α，促進細胞殺傷活性，從而提高免疫力來對抗疾病。

作為一種大分子色素蛋白復(fù)合物，藻紅蛋白具有免疫能力。有研究解釋了藻紅蛋白的免疫原理，紅毛藻用胃蛋白酶來降解可獲得6種色基多肽，通過研究各自對HL60人白血細胞的光動力作用發(fā)現(xiàn)，相較于紅毛藻多聚體，色基多肽比的激光增敏作用更強[13]。此外，在藻紅蛋白的光敏作用下，體外培養(yǎng)的腫瘤細胞會受損[14]，達到治療癌癥效果。

2.2.3 調(diào)節(jié)血壓、血脂

試驗證明紅毛藻也是一種血壓、血脂調(diào)節(jié)劑。有研究用褐藻多糖硫酸酯喂養(yǎng)腎血管性高血壓大鼠能夠提高大鼠血液中血管內(nèi)皮舒張因子即氧化氮濃度，并降低血液中具有血管緊張素轉(zhuǎn)換酶活性的內(nèi)皮素和Ang-II濃度調(diào)節(jié)血壓[15-16]。宋田源等[17]通過提取紅毛藻多糖，研究對血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（ACE）的抑制作用，分離出的紅毛藻多糖有3個不同的多糖組分P1、P2和P3，其中P1對ACE的活性具有顯著的可逆非競爭性抑制作用。

2.2.4 降血糖作用

紅毛藻還具有降血糖的作用。宋田源[18]研究紅毛藻多糖組分對α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制作用。試驗數(shù)據(jù)顯示，紅毛藻對這2種酶均有抑制作用，且存在劑量-效應(yīng)關(guān)系，通過酶動力學(xué)得出紅毛藻對α-淀粉酶的抑制類型為可逆競爭性抑制，對α-葡萄糖苷酶為可逆非競爭性抑制。表明紅毛藻在降血糖方面有著良好效果，具有治療糖尿病潛力。

2.2.5 抑菌作用

蔡薇等[12]對紅毛藻中多糖進行分離提取純化，得到3個組分多糖，并檢驗紅毛藻多糖的抑菌活性。結(jié)果表示，紅毛藻多糖在一定濃度范圍內(nèi)對大腸埃希氏菌、金黃色葡萄球菌、鼠傷寒沙門氏菌等食品中常見的食源性致病菌都存在著顯著抑制作用，并且抑菌效果隨著多糖濃度的增大而增強。這為開發(fā)紅毛藻天然食品抗菌素或防腐劑方面提供科學(xué)依據(jù)。

3 紅毛藻應(yīng)用及前景

3.1 添加劑

3.1.1 色素添加劑

紅毛藻富含的藻膽蛋白色彩鮮艷，其中藻紅蛋白本身的紅色，能夠與藻藍蛋白以不同比例混合調(diào)色來實現(xiàn)其它色素所不能達到的染色能力，所以藻紅蛋白可以看作是一種安全無毒害的純天然色素添加劑[19]。

3.1.2 飲料添加劑

田玉紅等[20]對紅毛藻飲料生產(chǎn)工藝進行探索和研究，結(jié)果表明，紅毛藻酵素0.5 g/100 g、酒花茶5 g/100 g、糖2 g/100 g時，紅毛藻飲品口感最佳。這種配方不僅解決海藻腥味問題，使紅毛藻飲品具有良好的可飲性，還使紅毛藻抗氧化等功能得以保留。

3.1.3 化妝品添加劑

隨著美容行業(yè)發(fā)展，相關(guān)研究機構(gòu)及學(xué)者還有生產(chǎn)企業(yè)開始從海藻中提取活性成分作為化妝品添加劑來滿足消費者的需求，市面上存在銷售含有海藻活性物質(zhì)的護膚品，如海藍之謎面霜、DHC美容液等，有較強的抗氧化作用，能清除人體自由基。此外紅毛藻中豐富的超氧化物歧化酶也可作為自由基清除劑，幫助延緩皮膚老化和修復(fù)肌膚損傷[21]。

紅毛藻的多糖組分具有吸濕能力和保濕能力，可吸收多余油脂，保濕效果比甘油、山梨醇及天然多糖添加劑殼聚糖等添加劑好。這是由于紅毛藻中存在的硫酸基團可以吸濕和保濕，研究推測由于小分子糖要吸收更多水分達到飽和狀態(tài)，所以與高分子量多糖相比，一些低分子量多糖保濕能力更佳。

3.1.4 凍藏保護劑

紅藻糖苷可以在超低溫凍存微藻細胞時還充當(dāng)保護劑[22]。作為紅毛藻中重要的滲透壓調(diào)節(jié)物質(zhì)，在細胞冷凍保存時，凍結(jié)胞外水使胞內(nèi)水分流出胞外，導(dǎo)致水分流失，破壞細胞結(jié)構(gòu)，紅藻糖苷可以吸附在細胞表面形成黏液層避免這種現(xiàn)象的發(fā)生[23]。

此外，高玉麗等[24]研究發(fā)現(xiàn)，紅藻糖苷還可作為魚類蛋白的抗冷凍保護劑。正常情況下，冷凍魚類鹽溶蛋白及冷凍魚糜巰基含量的下降速度較快，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞，通過添加紅藻糖苷可減緩這種現(xiàn)象，防止蛋白質(zhì)的變性，降低Ca2+-ATP酶活，并保持魚糜在解凍時的保水能力，增加冷凍魚類的品質(zhì)。

3.2 功能性食品

紅毛藻豐富的營養(yǎng)素及生物活性物質(zhì)為紅毛藻功能性食品的開發(fā)提供物質(zhì)基礎(chǔ)。以紅毛藻為原料制成的保健品對于糖尿病、高血壓、血栓及肥胖等病情均有作用。利用紅毛藻開發(fā)功能性食品成為一個熱點，極具市場前景。

3.3 疾病治療

紅毛藻在治療癌癥及糖尿病等疾病有一定功效，其中據(jù)文獻[13, 25-27]記載，隨著藻紅蛋白的濃度增加，藻紅蛋白通過與腫瘤細胞的細胞核結(jié)合量增加，在兩者結(jié)合后，藻紅蛋白的光敏作用能夠改變或影響DNA構(gòu)象來有效抑制腫瘤細胞DNA合成并使腫瘤細胞死亡。因而，紅毛藻的藻紅蛋白也極有可能作為光敏劑進行腫瘤光動力學(xué)診治，提高腫瘤治療的效果。

另外，研究還發(fā)現(xiàn)R-藻紅蛋白一些部位可能與胰島素相似，胰島素抗體也能與R-藻紅蛋白的一些聚集態(tài)發(fā)生特異性免疫反應(yīng)。試驗證明，紅毛藻中多糖可起到降血糖作用，表明它對糖尿病有一定治療效果[28]。

3.4 熒光探針

藻紅蛋白因其高量子產(chǎn)率被認為是當(dāng)今靈敏度高豐度檢測低的最佳熒光探針之一。由于藻紅蛋白在激發(fā)狀態(tài)下會發(fā)射強烈熒光，因而能與抗體等結(jié)合作為熒光標(biāo)記物來制備熒光探針，在臨床醫(yī)學(xué)診斷和生物工程研究中進行雙色和多色免疫熒光分析[29]。藻紅蛋白熒光探針被廣泛應(yīng)用于熒光激活細胞分選、流式細胞熒光測定和熒光免疫檢測等中[10]。

3.5 環(huán)境監(jiān)測

紅毛藻中的藻膽蛋白可用于環(huán)境監(jiān)測，由于可通過其不同的光譜學(xué)特征來區(qū)分藻體內(nèi)藻紅蛋白和其他色素的不同種類及含量，所以藻膽蛋白可在水體中直接檢測水華、赤潮等環(huán)境問題[30]。

4 結(jié)語

作為21世紀(jì)的“海洋綠色蔬菜”，紅毛藻至今仍以干制品銷售為主，主要原因是其纖維硬、腥味大，讓人難以接受。但由于紅毛藻富含多種人體所需的營養(yǎng)成分，因此其應(yīng)用價值十分高。紅毛藻的活性物質(zhì)可診斷并醫(yī)治多種疾病，也可以應(yīng)用于功能食品配方中及美容環(huán)保等方面，但由于成分提取工藝繁瑣，去腥困難，生產(chǎn)成本高，且提取產(chǎn)率低，使紅毛藻產(chǎn)品的發(fā)展?fàn)顩r不佳，不能充分適應(yīng)市場需求。改善去腥工藝、減少成本、提高紅毛藻各組分提取率、完善毒理學(xué)檢驗等，是今后紅毛藻研究和解決的首要問題。在基因工程技術(shù)的發(fā)展成熟后，采取基因工程技術(shù)研究紅毛藻將會為人類創(chuàng)造更多益處，這也是今后研究的重要方向。

各研究機構(gòu)及學(xué)者都專注于研究紅毛藻理化性質(zhì)及在美容、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用，但紅毛藻的強抗氧化作用的應(yīng)用較為狹隘，它不僅可應(yīng)用于功能性食品，還能應(yīng)用于生鮮產(chǎn)品保鮮，其市場占有率不可估計。但在紅毛藻及其產(chǎn)品上市前，需要充分了解其作為添加劑的人體每日容許攝入量（ADI）及致死劑量（LD50）等要求，是否存在過敏原，是否會和其他物質(zhì)結(jié)合抑制人體對紅毛藻營養(yǎng)物質(zhì)的吸收等。因此，在開發(fā)紅毛藻產(chǎn)品時應(yīng)當(dāng)對紅毛藻及其產(chǎn)品進行毒理學(xué)試驗和風(fēng)險評估。紅毛藻及其活性物質(zhì)在美妝美容和保鮮劑等方面，未來有無限生機活力，將會成為美妝美容行業(yè)和保鮮劑行業(yè)的一個研究方向，創(chuàng)造更豐富價值。