海藻多酚提取分離及生物活性研究進展

何裊裊 ，陳雅鑫 ，蔡樹蕓，陳偉珠，張怡評，洪專 *

1. 福建農林大學食品科學學院（福州 350001）；

2. 自然資源部第三海洋研究所，海洋生物資源開發利用工程技術創新中心（廈門 361005）

我國海域遼闊，具有豐富的海洋生物資源，如魚類、貝類、蝦類、藻類及海洋微生物等。其中，海藻作為一大類重要的海洋生物資源，主要分為可食性海藻和不可食海藻，可食用海藻可以直接加工成食品，不可食用海藻可以通過提取活性物質，應用到食品、藥品等領域，提高附加值、減少資源浪費。海藻富含多糖[1-5]、多酚[6]、類胡蘿卜素[7-8]、萜類[9]等眾多營養物質及Fe、Zn等微量元素[10]，研究發現海藻多酚具有抗腫瘤[11]、抗氧化[12-14]、減肥[15]、消炎[16-17]等多種生物活性，使得海藻多酚的開發利用研究成為熱點。海藻多酚已應用于功能食品、化妝品和海產品保鮮等領域[18-19]。基于此，對海藻多酚提取、分離純化方法及生物活性研究進展進行綜述，從而為海藻多酚開發應用提供借鑒與參考。

1 海藻多酚的提取工藝

海藻多酚的提取有有機溶劑浸提、超聲波輔助提取、生物酶提取、超臨界提取、低共熔溶劑提取等方法。與傳統的提取方法有機溶劑浸提法相比，新型提取法提取效率高、耗時短，但傳統提取方法的操作簡單、設備成本低，在海藻多酚提取中的應用仍比較廣泛。

1.1 浸提法

浸提法是天然產物提取最常用的方法，其中乙醇是提取海藻多酚的常用溶劑，如：甘育鴻等[20]采用乙醇回流法提取海發菜多酚，在70%乙醇、回流時間2 h、液固比50∶1 mL/g條件下，海藻多酚提取率為2.20±0.04 mg/g干海藻；呂成林等[21]采用乙醇浸提羊棲菜多酚，最佳提取條件為乙醇體積分數40%、料液比1∶25 g/mL、提取時間5 h、提取溫度70 ℃，羊棲菜多酚的提取率為4.60±0.05 mg/g。

1.2 超聲波輔助提取法

由于海藻多酚一般位于大多數海藻細胞內部，導致常規浸提法提取的多酚量較少。利用超聲波的特性，破壞細胞壁和細胞膜，能夠加速目標物的溶出縮短提取時間，提高多酚提取率[22]，對多酚的結構和活性破壞小。Essa等[23]利用水提取法和超聲輔助提取法提取海藻多酚，超聲輔助提取4 h酚類物質含量略低于24 h傳統水提法。由此可見，與傳統的浸提法相比，超聲輔助提取法明顯提高了提取速率，并且多酚具有較高的抗氧化活性。

1.3 微波輔助提取法

微波具有選擇加熱和穿透特性，加速海藻多酚在溶劑中的溶解速度，常被應用到食品加工和天然產物提取等領域。Hao等[24]利用微波輔助低共熔溶劑提取海藻中黃酮類化合物，回收率高于97%，并且提取結果對比表明，微波輔助提取法對海藻多酚的提取率明顯高于傳統的有機溶劑浸提法。

1.4 生物酶提取法

生物酶法提取海藻多酚常用的酶有纖維素酶和果膠酶。孫露川陽等[25]研究表明，不同酶的種類、用量、反應pH和提取溫度會影響海藻多酚提取率，通過優化對多酚提取率影響顯著的因素，最終采用纖維素酶進行提取，得到銅藻多酚最佳提取條件：液料比25∶1 mL/g，酶用量4%（w/w），酶解溫度55 ℃，酶解時間6 h，酶解pH 5.0。

1.5 低共熔溶劑提取法

低共熔溶劑提取物往往抗氧化活性更高，可能是低共熔溶劑提高提取物中單體多酚的含量。Hao等[24]利用微波輔助低共熔溶劑提取海藻中黃酮類化合物，回收率達到97.80%以上。崔夢情等[26]利用低共熔溶劑提取葡萄籽多酚，提取物單體酚的含量顯著高于傳統提取溶劑，抗氧化活性明顯高于傳統提取溶劑。低共熔溶劑提取物抗氧化活性提高，可能是低共熔溶劑提高提取物中單體多酚的含量。此外，低共熔溶劑還用于食品樣品前處理[27]，降低常規分析的成本。

2 海藻多酚的分離純化工藝

海藻多酚粗提物中含有褐藻多糖、色素、蛋白質等雜質，需要進一步純化。常用的純化方法有溶劑萃取、大孔吸附樹脂柱層析、膜分離技術、色譜分離技術等。

溶劑萃取一般與其他的純化方法結合使用，能明顯提高多酚的純度。李亞嫻[12]利用石油醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取羊棲菜粗提物，利用大孔吸附樹脂吸附純化粗提物；Ovchinnikov等[28]利用石油醚對海藻進行前處理，用乙酸乙酯/丁醇（4∶1）作為萃取溶劑，萃取得到的有機相和水相濃縮后，利用Sepadex LH-20凝膠柱層析分離純化。

大孔吸附樹脂柱層析法具有操作簡單、環保綠色、回收利用等優點，被廣泛應用于天然產物分離純化。不同大孔吸附樹脂對海藻多酚的吸附和解吸能力不同，需要篩選大孔吸附樹脂，通過吸附和解吸動力曲線闡述大孔吸附樹脂對海藻多酚的吸附原理[29]。曾帥等[30]得到羊棲菜多酚的分離純化的最佳動態吸附條件：pH 5，吸附流速1.5 BV/h，樣品液濃度70 μg/mL；最佳動態洗脫條件為洗脫劑乙醇體積分數70%，洗脫流速1.5 BV/h、洗脫劑用量90 mL，經AB-8大孔吸附樹脂吸附分離，羊棲菜多酚純度提高至62.15%。多酚的純度與大孔吸附樹脂種類、pH、粗提物進樣速度、洗脫劑流速、洗脫劑濃度等因素有關。

膜分離技術成本高，醫藥行業應用較多，彭榮[31]利用膜色譜（膜技術和液相色譜結合）分離純化植物源藥物，GO改性棉纖維膜對多酚的吸附量約是未改性棉纖維膜的140倍，一次純化石榴皮多酚純度從48.0%提高到76.1%。膜改性技術可以提高分離效率，特異性改性，實現對特定目標物的純化，這也是未來膜分離技術發展的趨勢。

色譜分離技術是利用各種物質在流動相中的分配系數不同，從而使各種物質分離的一項技術。劉春平[32]采用高速逆流色譜分離法，分離銅藻中的黃酮類化合物，其純度達到80%以上。色譜法純化得到的黃酮化合物純度高，有機溶劑殘留少，但是色譜分離技術成本高，分離量少，不適合工業化生產。

3 海藻多酚生物活性研究

3.1 抗氧化活性

海藻多酚對DPPH·、ABTS+·自由基的清除能力強[33-35]，具有較強的抗氧化活性。Lee等[36]通過體外活性測定試驗發現：當海藻多酚的質量濃度低于1 000 μg/mL時，海藻多酚隨著濃度的增加，DPPH自由基清除能力、H2O2清除能力、還原能力和金屬離子螯合能力不斷增強；海藻多酚的質量濃度高于1 000 μg/mL海藻多酚抗氧化活性降低。Kim等[37]發現海藻多酚能夠螯合過渡金屬元素，降低細胞內ROS生成量和脂質過氧化調節DNA氧化損傷和凋亡。海藻多酚能夠降低微小顆粒物造成的氧化性DNA損傷和細胞凋亡。海藻多酚的抗氧化活性與提取方法、多酚分子量和海藻多酚單體的含量有關[38]。Liu等[39]發現褐藻多酚粗提物具有最高抗氧化活性的提取條件：液料比70∶1 mL/g、乙醇體積分數80%、提取溫度20 ℃，粗提物的抗氧化活性為74.01 mL/g（1/IC50），以多酚抗氧化活性為指標，優化多酚提取條件提高多酚的抗氧化活性。多酚的抗氧化活性可能與分子量大小有關系，分子量越小，抗氧化活性越強[40]。

3.2 抗腫瘤活性

褐藻多酚具有一定的抗腫瘤活性，作用機理：抑制心血管生成，阻斷營養物質運輸；加強腫瘤組織內凋亡基因表達，促進腫瘤細胞凋亡；作為一種抗氧化劑，清除引發腫瘤的自由基和有害物質，達到預防腫瘤的作用。楊勝濤等[41]研究發現褐藻多酚能抑制腫瘤侵襲轉移和血管生成，抑制HT-1080的遷移、MMP-2、MMP-9、VEGF和HIF-1α蛋白的表達和HUVEC成管。褐藻多酚處理組腫瘤細胞凋亡增加，腫瘤組織內凋亡蛋白Caspase-3表達上升，抑凋亡蛋白Bcl-2和增殖相關蛋白EGFR表達下降，褐藻多酚也能增強腫瘤小鼠的免疫力[42]。褐藻多酚降低P2X7受體的激活，降低活性氧的產生，褐藻多酚可以作為一種由苯并芘引起的癌變的預防劑[43]。體外細胞試驗和動物試驗都證明褐藻多酚具有抗腫瘤活性，既能夠減少DNA損傷，又能夠清除活性氧和其他自由基[44]，海藻多酚對腫瘤細胞系具有特異性，對正常細胞沒有毒性作用[45]。

3.3 降血糖活性

褐藻多酚可以抑制葡萄糖苷酶和淀粉酶的活性，降低人體對葡萄糖的消化吸收，從而降低餐后血糖升高；海藻多酚還能明顯降低高濃度葡萄糖對胰腺細胞的損傷，保持胰島B細胞的活性，正常分泌胰島素，從而改善血糖濃度。Lee等[45]研究褐藻多酚體外降血糖活性，結果發現褐藻多酚對α-葡萄糖苷酶和淀粉酶的IC50值分別為23.35和6.94 μmol/L，多酚能夠抑制餐后淀粉引起的血糖升高。Lee等[46]研究發現高濃度葡萄糖（30 mmol/L）處理可導致胰島B細胞凋亡，馬尾藻多酚處理可恢復細胞活力，保護胰島B細胞免受高糖誘導的損傷，質量濃度為10～100 μg/mL的馬尾藻多酚可降低高糖預處理的INS-1細胞的脂質過氧化、細胞內活性氧和一氧化氮水平，并以劑量依賴的方式增加細胞活力和胰島素分泌。

3.4 降血脂和減肥活性

肥胖癥是一種慢性疾病，會引發高血脂、糖尿病等疾病。Suzuki等[14]給喂食高脂肪食物的小鼠口服褐藻多酚，結果發現褐藻多酚可抑制脂肪量的增加，讓高脂小鼠的脂肪水平正常化。褐藻多酚通過AMPKCPT-1途徑，增加肝細胞線粒體的脂肪酸β氧化，加速脂肪酸的分解代謝[47]，海藻多酚還能活化白色脂肪組織，使之變成“褐色”或“米色”脂肪組織，以增加能量消耗，改善脂肪因子失衡和炎癥反應。褐藻多酚發揮最大的活性需要一定的反應時間，劉萌[48]以肝細胞單純性脂質累積為體外模型，褐藻多酚干預24 h后，褐藻多酚提取物組胞內脂質清除率達到36%，48 h后組胞內脂質清除率達到57%，72和48 h的清除率相差不大。褐藻多酚降血脂和減肥是通過抑制脂肪量的增加，增加棕色脂肪組織數量，提高動物體內的能量消耗，減少堆積脂肪，達到減肥功效。

3.5 抗炎癥和抑菌等其他活性

多酚化合物的抗炎癥作用是通過調控生長因子的信號通路活化和信號轉導，使神經無法感受到傳遞的信號，降低炎癥介質基因表達，直接阻斷炎癥發生。AGEs與AGE受體作用能夠啟動其下游的相關信號通路，從而誘導氧化應激和炎癥反應，周子藝等[15]發現植物多酚能抑制AGEs誘導的RAGE上調，減少NF-κB磷酸化和MAPKs的活化，并顯著降低炎癥介質的基因TNF-α，IL-1β和IL-6表達。多酚化合物通過調控轉化生長因子防治炎癥性腸病及腸纖維化[17]，通過AMPKCPT-1途徑，增加肝細胞線粒體的脂肪酸β氧化，加速脂肪酸的分解代謝和信號通路的活化、信號轉導，實現防治炎癥性腸病及腸纖維化。海藻多酚具有抑菌活性，抑菌效果隨多酚濃度的增加而不斷增強。海藻多酚具有廣譜抗微生物性能，對受試的6種細菌和2種真菌的最小抑菌濃度為10～40 μg/mL[49]。海藻多酚具有過敏緩解作用，以劑量依賴的方式增強過敏緩解作用，高濃度的多酚具有較強的緩解過敏的作用[50]。

4 海藻多酚在食品工業中的應用

化學食品添加劑長期食用會對人體造成危害，天然食品添加劑的開發成為新趨勢。海藻多酚具有抗氧化抑菌活性，能夠作為天然食品添加劑，改善食品品質，延長食物保質期。褐藻多酚能夠減少蛋白質中羰基和巰基的氧化[51]，提高魚糜蛋白間的相互作用，增強魚糜凝膠強度，改善魚糜品質[52]。褐藻多酚納米粒和殼聚糖制備可食用膜[53]，改善抗氧化活性，3種包裝的保鮮能力分別是聚糖基納米褐藻多酚可食膜+PE包裝＞殼聚糖基褐藻多酚可食膜+PE包裝＞PE包裝。可能是褐藻多酚納米顆粒中的多酚被保護，抗氧化活性增強，可食用膜可以阻斷空氣氧化，也減少食品自身的氧化變質。為減少資源浪費，海藻還可以制備生物乙醇、厭氧發酵生產沼氣[54]。

5 結語與展望

海藻作為一類儲量豐富、可再生的綠色資源，成為人類可以利用的重要的海洋資源。海藻多酚是海藻中高價值的生物活性物質之一，在食品、藥品和化妝品工業中有許多潛在的應用。在未來的研究中，對海藻多酚化合物的化學結構和生物活性的研究將會是必然趨勢。而相對于較為成熟的體外生物活性試驗，海藻多酚體內的作用機理研究必然是一大熱點，可以將動物試驗和臨床試驗相結合，研究其在體內的作用機理、生物利用能力、藥物活性。海藻作為一類儲量豐富、可再生的綠色資源，必將成為人類可以利用的重要的海洋資源。