紫菜营养成分和功能活性的研究综述,渔业论文.docx
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1、紫菜营养成分和功能活性的研究综述,渔业论文摘 要: 紫菜是一种药食同源的经济红藻,具有较好的开发利用价值。本文对现今国内外紫菜的研究及综合利用现在状况进行了归纳,主要从营养成分蛋白质、脂肪、碳水化合物及多酚等和功能活性抗肿瘤、免疫调节、抗氧化等方面概述了其研究新进展,并在食品、海洋药物及功能性产品、护肤化装品等领域总结了紫菜的综合利用状况。就当前紫菜营养成分及功能活性研究存在局限性、综合利用率低等问题进行了分析和讨论,并瞻望了进一步研究方向与潜在应用前景,旨在为紫菜资源的合理利用及产业的健康快速发展提供参考。 本文关键词语: 紫菜; 营养成分; 功能活性; 综合利用; Abstract: Po
2、rphyra is a medicinal and edible red algae, which has a good value for deep utilization. This review summarized the research and comprehensive use of Porphyra at home and abroad. The new progress of Porphyra was introduced from the aspects of nutrition (protein, fat, carbohydrate and polyphenols, et
3、c.) and biological activity (anti-tumor, immune regulation, anti-oxidation, etc.), the application of Porphyra was also concluded in the areas of food, marine medicine, functional products, cosmetics. At last, the limitation and low comprehensive utilization rate of nutrition and activity were analy
4、zed and discussed, and the further research direction and potential application prospect were described, hoping to provide a reference for reasonable utilization of Porphyra resources and healthy rapid development of Porphyra industry. Keyword: Porphyra; nutrient components; biological activities; c
5、omprehensive utilization; 紫菜(Porphyra)是一类重要的大型经济海藻,藻体呈紫红、紫褐或褐绿色,广泛分布于寒带到亚热带的浅海潮间带。其主要分为红藻门红毛菜科下的赤菜属和紫菜属,前者包括条斑紫菜、坛紫菜,后者包括甘紫菜、圆紫菜等1。现今主要研究对象为条斑紫菜(P. yezoensis)和坛紫菜(P. haitanensis)。条斑紫菜(P. yezoensis)为北太平洋西部特有种类,是我们国家长江以北以及日本、韩国的主要养殖品种2。坛紫菜( P. haitanensis)则是我们国家特有的暖温带种类,产于浙江、福建和广东等长江以南地区,年产量约占全国紫菜产量的7
6、0%以上3。据统计,2021年我们国家紫菜产量约17.33万t,较2021年增长了32.01%4,其高产的特点为其深加工利用及产业化发展提供了可能。 紫菜素有 营养宝库 之称,蛋白质、多糖含量高且富含人体所需的氨基酸、矿物质及维生素等。据(本草纲目记载,紫菜具有减肥、降血压、抗癌等成效,长期食用有益于人身健康3。当代研究表示清楚,因紫菜含有多糖、多肽、多酚类等生物活性物质,具有免疫调节、降血脂、抗凝血、抗衰老等多种生理功能5。因而,紫菜作为药食同源的食材之一,具有较好的研究与开发利用价值。本文从营养成分和功能活性两大方面较为全面的对紫菜研究与应用现在状况进行了总结和分析,以期为进一步研究与综合
7、利用紫菜营养功能成分提供根据和指明方向。 1、 营养成分 1.1、 蛋白质 紫菜是一种高蛋白海藻,通常含有25%50%蛋白质,因产地、品种和生长期的不同其含量和变化趋势会有所差异6,7,8,9,10,11,12,13,14,15表1。华而不实,藻胆蛋白约占干重的4%,藻红蛋白含量约到达2.43%16,常用传统水提、酶法和微波辅助进行提取,其在紫菜降血糖、抗肿瘤、抗氧化、加强免疫等多种生物学功能中也具体表现出了重要作用。CHEN等17利用紫外可见光谱法证实了坛紫菜藻胆蛋白中含有藻红蛋白和藻蓝蛋白,并发现其可作脂质系统的潜在添加剂。藻胆蛋白还可作为光敏治疗药物的原料,可用于特殊分子定位,对肿瘤细胞
8、有显着杀伤作用。 利用紫菜蛋白酶解液制备生物活性肽正成为热门研究内容。INDUMATHI等18通过Sephadex G-100、阴离子交换、Sephadex G-25色谱法和Sephadex G-10脱盐法4个步骤对蛋白酶水解产物分级纯化,得到分子质量为1.77 kDa的新型抗凝肽。白露19采用反复冻融与超声波破碎结合提取坛紫菜蛋白,并用木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和胃蛋白酶降解,经超滤、凝胶色谱层析分离纯化,挑选出较高抗肿瘤活性的多肽组分。 紫菜富含人体必须的9种氨基酸,与FAO/WHO必需氨基酸形式谱基本一致。陈美珍等8发现残次坛紫菜中必需氨基酸占氨基酸总量的33.99%,与非必需氨基酸的比值为5
9、2.84%。华而不实,丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等中酸性氨基酸较多,鲜味氨基酸和甜味氨基酸含量也较高,与紫菜的良好风味密切相关。紫菜牛磺酸含量约到达藻体干质量的1.2%,对促进婴儿大脑发育、抗氧化有良好成效,WANG等20采用超声辅助提取紫菜牛磺酸,最高提取率为13.0 mg/g,通过阳离子交换树脂和结晶相结合可有效实现分离纯化。GACESA等21研究还表示清楚紫菜真菌孢子类氨基酸MAAs是一种可吸收紫外线的代谢物,不仅起防晒保卫作用,也具有抗氧化和免疫调节功能。总体上,紫菜的蛋白质藻胆蛋白、酶解多肽和氨基酸都是重要的营养功能成分,在开发海洋药物及保健品方面具有较好的前景。 1.2、 脂肪 紫菜
10、脂肪含量非常低,但伴随着生长期的延长有明显增加趋势,同时不同品种脂肪含量有一定差异表1,陈伟洲9发现其养殖皱紫菜的脂肪较坛紫菜等其他紫菜含量高且质量更佳。紫菜脂肪酸组成中,多不饱和脂肪酸PUFA含量最多,单不饱和脂肪酸MUFA含量最低。饱和脂肪酸SFA以C16:0为主,MUFA和PUFA分别以C18:1(n-9)和C20:5(n-3)居多22。李微等2用GC MS联用技术定性定量分析了不同海域、不同品系及不同生长期坛紫菜脂肪酸,结果表示清楚部分脂肪酸组成及含量可为坛紫菜品质分析提供根据。除此之外,不同高温胁迫下坛紫菜脂肪酸会有所不同,挑选耐高温品系具有一定重要性。紫菜脂肪酸中主要成分为二十碳五
11、烯酸EPA和二十二碳六烯酸DHA,可防止动脉硬化的EPA分别约占条斑紫菜和坛紫菜脂肪酸总量的76%和24%22。曲兴源23通过超声波辅助提取紫菜脂肪酸,经尿素包合法从渤海紫菜中富集纯化并制得EPA和DHA含量分别为45.27%和46.19%的EPA-DHA油,通过测定碘价、过氧化值、酸价等指标研究了不同烹调条件下的加热稳定性,为日后利用紫菜生产EPA-DHA油和发挥其营养保健功能奠定基础。因而,深切进入研究紫菜脂肪酸与开发类似产品可作为日后研究的重要方向。 1.3、 碳水化合物 碳水化合物主要由糖单糖、双糖、糖醇、寡糖和多糖三类组成24。紫菜碳水化合物占干重的20%45%,华而不实含有大量的膳
12、食纤维及其他大分子多糖表1。近些年来,国内外紫菜碳水化合物的研究主要集中在多糖的提取、分离纯化、理化性质及功能活性评价方面,尤其功能活性和相关产品研发备受关注8。紫菜多糖为半乳聚糖硫酸酯,主要由琼胶糖 -(1 3)-D-半乳糖与 -(1 4)-3,6-内醚-L-半乳糖琼二糖 重复单元及紫菜胶 -(1 3)-D-半乳糖 -(1 4)-6-OSO3-L-半乳糖 连接的二糖重复单元组成5。邱伟芬等25采用木瓜蛋白酶法提取条斑紫菜多糖,利用DEAE-52和Sephadex G-100凝胶柱层析进行分离纯化,并对所得组分进行了纯度、糖基组成、分子质量、单糖组成等特征分析,运用小鼠单核巨噬细胞RAW 26
13、4.7模型验证了各组分具有显着免疫调节活性。由于多糖粘度大、扩散困难,限制了其在食品、生物、医药等领域的应用,对其进行降解是提高利用率的重要方式。近年化学降解、酶解、物理降解等方式方法常用于多糖降解研究中,通过降低分子量来加强活性功能。BHADJA等26利用H2O2降解条斑紫菜多糖等6种海藻多糖,发现低分子量降解多糖对受损的HK-2细胞的修复活性优于未降解多糖。GONG等5采用H2O2-Vc降解坛紫菜寡糖,其抗氧化活性明显加强,用Sephadex G-100凝胶色谱法纯化活性最强的组分,并经IR和1D/2D NMR鉴定其构造为 3) -D-半乳糖(1 4)3,6-内醚- -L-半乳糖(1 和
14、3) -D-半乳糖(1 4)- -L-半乳糖-6-S(1 重复单元,并伴有其它基团连接,该实验为紫菜多糖构效关系分析提供了重要参考。 膳食纤维是紫菜多糖的主要成分,水溶性膳食纤维SDF占很大比例。王静博27表示清楚超声波辅助提取是坛紫菜SDF最适提取方式方法,中性蛋白酶为IDF不溶性膳食纤维的最适酶解剂,且发现超声辅助二氧化氯漂白方式可提高IDF的持水力、持油力和膨胀力。紫菜膳食纤维还能够有效去除重金属,对维持身体健康有重要作用。然而,最近几年紫菜膳食纤维单体的报道较少,有待学者的关注与进一步研究。 碱处理可使紫菜胶转变成琼胶糖,华而不实,碱处理工艺是紫菜琼胶提取工艺中的重要步骤。程新梅等28
15、实验发现,碱浸温度6070 、碱浓度30时琼胶的产量、强度均较高。现今紫菜琼胶的大量制备已在工业上有所应用29,但对其分离纯化、生物活性方面有待进一步研究。 表1 紫菜基本营养成分含量以干基计,g/100 g 注: / 表示文献中未给出;同列不同上标字母表示组间差异显着P 0.05。 1.4 、维生素和矿物质 紫菜维生素种类齐全,含量丰富,是良好的维生素原料。华而不实,维生素A含量高于牛肉、鸡蛋,维生素B1含量是桔子的23倍,维生素B2含量约为香菇的9倍,维生素C含量和番茄大致相等3,烟酸、胆碱等含量也很高,不同紫菜之间的数值会有所差异。张全斌等22测得坛紫菜Vc和 -胡萝卜素分别占干重的12
16、.10和1.87,Vc含量高于螺旋藻。紫菜富含陆生植物中几乎不存在的天然维生素B12,具有活泼踊跃脑神经,预防衰老和记忆力减退,改善忧郁之成效,每100 g条斑紫菜含51.49 1.51 g维生素B12,其对B12缺乏大鼠有重要生物价值30。 紫菜中矿物质极为丰富,灰分质量分数为6.4%20.9%表1,这与它本身可吸收和积蓄海水中无机质有很大相关性。华而不实,Ca、K、Na及P的含量最高,Mn、Zn、I等微量元素次之。每100 g干紫菜大约含Fe 33.2 mg、Ca 343 mg、P 457 mg6,尤其是Na/K的比率小于1.2,有助于降低高血压发病。金属离子如Cu、Pb、Cd、Cr的含量
17、均低于食品卫生标准22,符合食品安全要求。除此之外,紫菜的矿物质还具有一定生理活性,可有效平衡体内矿质元素水平。因此,紫菜可作为理想的维生素及矿物质补充剂,对改善营养和维持生理功能有重要意义。 1.5、 天然色素 紫菜一般呈现紫色或褐绿色,各色素比例的差异不同会导致藻体颜色有所差异。紫菜所含天然色素包括叶绿素、叶黄素、胡萝卜素、藻胆蛋白等,是评价紫菜品质的重要指标,有助于挑选优质品种16。谢程亮等31分析了福建省坛紫菜光合色素中叶绿素a、类胡萝卜素、藻红和藻蓝蛋白的含量分别为601646、120130、1 2891 802、1 2551 743 mg/(100g)。李小平等32以U87细胞增殖
18、活性为指征,通过MTT实验确定对神经胶质瘤细胞具有潜在抑制活性的组分为其石油醚萃取相和乙酸乙酯萃取相。采用硅胶柱层析和Sephadex LH-20柱层析,获得对U87细胞增殖具有显着抑制活性的单一组分F9,经MS、1H-NMR、13C-NMR、图谱鉴定其为叶黄素。因而,从紫菜色素中获取活性组分是紫菜功能活性物质开发的一条重要途径。 1.6、 多酚类 紫菜多酚类物质的分离纯化、构造测定工作才刚刚起步,药理活性实验大多局限在抗氧化层面。LI等33用70%乙醇在液固比为25:1(mL:g)及75 条件下萃取2.5 h,提取多酚的比例为6.263 mg/g,其对羟基自由基和超氧阴离子自由基的IC50分
19、别为0.405 mg/mL、0.539 mg/mL,抗氧化活性极高。除此之外,用AB-8树脂纯化出纯度为81.35%的多酚,其回收率为72.26%,并采用HPLC-MS/MS对7种多酚类化合物进行了分离和分析。OH等34从紫菜甲醇提取物中分离出的多酚对HepG2细胞呈剂量依靠性抑制,在处理24 h时表现出90%的抑制作用,同时也具有较好的DPPH自由基去除能力。李峰,邱小明等35,36实验得出坛紫菜多酚DPPH自由基去除能力与BHT相当,可有效保卫HSFs免受UVB氧化损伤,并通过MTT法和Annexin V/PI双染测定法测得纯化多酚组分对黑色素瘤细胞A375有抑制增长、促进凋亡作用。所以,
20、多酚类物质不仅具有较强的抗氧化活性,还具有其他潜在活性,对其纯化制备及生物活性的深切进入探究可作为学者将来研究的重点目的。 1.7 、其他 蒽醌类、固醇类、萜类等小分子活性成分是植物化学中常见的研究对象,这些成分通常具有抗炎症、抗氧化、抗癌、抗菌等成效,相关研究正日益遭到关注37。由于紫菜中这些成分含量较少,其研究起步较晚且不够全面。KAZLOWSKA等38用甲醇萃取紫菜再经连续溶剂区分萃取,经高效液相层析-蒸发光散射检测器分析其二氯甲烷萃取物指纹图谱,得主要固醇组成为 -谷固醇、菜油固醇和胆固醇。冯强等39利用硅胶色谱、Sephadex LH-20凝胶色谱、HPLC等技术,初次从坛紫菜醇提物
21、中分离纯化出1,8-二羟基-9,10-蒽醌、(E)-N-2(1,3-二羟基-4-十八烯基)-十六酰胺、邻苯二甲酸二异丁酯、胆甾醇、鲨肝醇等7个化合物。SUN等40采用硅胶柱层析和重复制备薄层色谱相结合法,初次从条斑紫菜中分离出5个半倍萜类化合物,构造分别为gossonorol,7,10-epoxy-ar-bisabol-11-ol,cyclonerodiol,cadinol和4-cadinen-1-ol,且该类化合物对有害赤潮微藻具有较好抑制作用。但是,这些活性物质的含量测定当前尚不明确,对紫菜小分子成分提取及纯化、定性与定量检测、功能活性评价仍需探寻求索,对全面分析紫菜化学成分组成和挖掘新的
22、活性成分具有重要价值。 2、 功能活性 2.1、 抗肿瘤活性 紫菜在抗肿瘤活性方面的研究不断获得进展,有关机制主要具体表现出在直接通过去除自由基和单线氧、抑制癌细胞的生长和间接通过提高细胞的吞噬能力、加强细胞的免疫活性以抑制癌细胞生长两个方面41。发挥抗肿瘤作用的主要成分除紫菜多糖外,还有多肽、藻胆蛋白、固醇和多酚等物质42,43,44,45。ZHANG等42MTT增殖实验表示,多糖PY-D2对HO-8910、MCF-7、K562、SMMC-7721四株肿瘤细胞生长存在明显抑制作用,藻蓝蛋白处理Hep-2和A375两株癌细胞的最低存活率分别为29.8%和16.2%。流式细胞术分析显示,PY-D
23、2的抗肿瘤作用与G0/G1或G2/M检查点的细胞周期阻滞有关。CHEN等43通过体外SGC-7901肿瘤细胞试验及体内SGC-7901荷瘤小鼠试验均验证了坛紫菜多糖具有较好抗肿瘤活性,为临床癌症的预防和治疗提供了可能。FAN等44以凝胶过滤色谱法从蛋白质水解物中分离出三个多肽组分,可有效抑制癌细胞周期和诱导癌细胞凋亡。KAZLOWSKA等38以体外、体内试验验证了紫菜固醇可有效防止试验动物生成4T1乳癌细胞。KIM等45也发现紫菜乙醇提取物PTE通过caspase激活和AIF核易位诱导YD-10B细胞凋亡,有明显抑癌作用。这些结果表示清楚,紫菜具有多种抗肿瘤因子,在治疗人类癌症方面可能是有用的
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