江蓠活性多糖与藻胆蛋白的研究现状与展望

刘名求，杨贤庆 ，戚 勃，邓建朝，宋 莹

(1.中国水产科学研究院南海水产研究所，国家水产品加工技术研发中心，农业部水产品加工重点实验室，广东广州510300;2.上海海洋大学食品学院，上海201306)

江蓠(Gracilaria)是一种大型底栖海藻，系红藻门、真红藻纲、杉藻目、江蓠科、江篱属，在全世界江蓠约100多种，中国的种类有龙须菜、江蓠、芋根江蓠、脆江蓠、凤尾菜和扁江蓠等10多种［1］。江蓠原产于我国山东省沿海和日本冲绳岛一带海域，近年来在广东、福建、浙江等省沿海养殖成功并大量养殖，已成为当地的主要经济藻类，具有很高的经济价值和生态作用。然而，江蓠一开始仅被当作鲍鱼饲料，造成资源和营养的极大浪费，但是随着科技的发展和对其研究的逐渐加深，人们慢慢认识到它富含海藻多糖、维生素、蛋白质以及磷、钙、碘、铁、锌、镁等多种矿物质以及多种人体必需的微量元素和活性物质，因此具有非常重要的保健功能和营养价值［2］。在我国江蓠俗称“龙须菜”、“海菜”、“鹿角菜”等，是重要的大型经济类海藻。江蓠的用途十分广泛，是提取琼胶的主要原料及鲍鱼养殖的主要饲料。近年来，江蓠的应用研究发展迅速，江蓠已由原来的只用于提取琼脂和作为鲍鱼饲料发展到对富营养化海水养殖区生物修复、开发成即食风味食品、直接食用其藻体等，这是江蓠开发利用的一次新突破［3］。本文通过对江蓠主要活性物质多糖和藻胆蛋白的研究进展进行综述，希望人们全面认识和了解江蓠，以促进对江蓠的进一步研究、综合开发和利用。

1 江蓠中主要的活性物质

江蓠含有丰富的活性物质，如藻胆蛋白、高度不饱和脂肪酸和琼胶多糖等功能活性成分，尤其是藻胆蛋白和多糖，使得江蓠具有多种重要的生理功能，可广泛应用于食品、医药和化妆品等领域。综合现如今国内外对江蓠研究加工经验的加深，在耗时短、低成本的前提下获得高产率的活性物质已经逐步成为研究的主要方向。

1.1 多糖

江蓠富含大量胶质，是提取琼胶的主要原料［4-6］，并且江蓠所含多糖主要为琼胶。琼胶是从某些红藻类海藻中提取的一种天然多糖，具有由(1-3)-β-D-半乳糖和(1-4)-3、6-内醚-α-L-半乳糖等构成的链状聚合物结构。邓志峰等人［7］用热水提取江蓠琼胶型多糖，通过DEAE-SephadexA50色谱柱使用热水和不同浓度的NaCl溶液依次进行洗脱分级，得到浓度分别为0.5mol/L和1.0mol/L NaCl洗脱级分，并且对各级分做化学分析及IR和13C-NMR光谱分析，结果得出:江蓠多糖由琼二糖、琼胶糖前体和6-OCH3-琼二糖组成。

琼胶、卡拉胶和褐藻胶是世界上应用最广泛的三大海藻胶。琼胶具有良好的增稠、稳定和凝胶性能，可用作稳定剂、凝固剂、保鲜剂、微生物载体和生物培养基，广泛应用于食品、轻化工和医药等领域中。由于琼胶属于海洋天然多糖物质，含有多种人体必需的多糖、矿物质元素和膳食纤维，具有排毒养颜和降血糖等保健功能，因而可作为开发保健食品的理想原料。此外，琼胶可被制成琼胶糖，它可作为免疫扩散很好的介质，在生物化学、微生物学、临床诊断和免疫学的分析和研究上具有重要的应用价值［8］。

1.2 藻胆蛋白

江蓠藻体除了含有丰富的琼胶多糖外，同时还富含藻胆蛋白(主要是藻红蛋白)［9］，因此具有良好的研究利用价值。藻胆蛋白是蓝藻、红藻、隐藻和某些甲藻中的辅光色素蛋白，由色素基团藻胆素和载体蛋白共价结合而成，可分为藻红蛋白、藻蓝蛋白、藻红蓝蛋白和别藻蓝蛋白四种［3］。每个分子的藻胆蛋白含有两条多肽链α和β，少数还含有γ亚单位，它们的分子量约为17～18ku，每一条多肽链含一或多个发色团，这些发色团通过共价键连结［10］。

近几年科学研究发现，藻胆蛋白不仅具有良好的捕光特性，而且还具有很好的荧光特性、营养保健功能和药用价值，因而它的综合开发和利用意义重大。藻胆蛋白用途极为广泛，可作为天然色素应用于食品、化妆品等工业，又可制成荧光试剂，用于免疫化学和临床医学诊断等领域中。同时，藻胆蛋白还具有抗氧化、抗肿瘤以及提高机体免疫力等重要生理功能，是保健品及药品等的重要资源［11］。

2 江蓠多糖和藻胆蛋白研究进展

随着科学技术的发展，国内外研究者逐渐加深对江蓠以及其多糖和藻胆蛋白的研究，在这两种活性物质的提取和纯化工艺上不断精益求精，以实现江蓠藻重要的社会价值和经济效益。

然而在进行提取和纯化步骤之前，首先要对原材料进行处理:将洗净干燥的江蓠藻体粉碎成粉状和进行细胞破碎，使多糖和藻胆蛋白从藻体细胞里以溶解的状态释放出来，同时保持其活性。另外，多糖和藻胆蛋白的得率取决于细胞破碎程度，细胞破碎程度越高，两种物质得率就越高。针对于不同材料，不同目的与不同条件，其细胞破碎的方法也不同。现今用于海藻多糖和藻胆蛋白提取纯化过程中细胞破碎的方法主要有反复冻融法、化学试剂处理法、溶胀法、超声波法和组织捣碎法等，但是在实际操作中，单独的依靠某一种细胞破碎方法，无法实现最佳效果，因而通常会几种方法混合使用，以最大程度的破碎藻体细胞，使多糖和藻胆蛋白溶出。余九九［12］等也研究了单纯运用超声波从螺旋藻中提取藻红蛋白，但效果并不理想。而李邵蓉［13］等就先用冻融法，再用超声波法从Rhodosorus marinus中提取藻红蛋白，效果较佳。细胞破碎完后，多糖和藻胆蛋白便会随细胞内容物一起溶出，接下来对其进行提取和纯化就显得十分重要了。

2.1 多糖研究进展

2.1.1 多糖提取纯化工艺 研究发现海藻多糖的提取方法通常有水提法、酸提法、碱处理法、酶法、微波法和超声波法［14］。杨华［15］在对台湾种龙须菜多糖的提取工艺进行研究时，比较了超声波技术提取和热水提取两种工艺，实验发现超声波提取率高达29.75%，明显高于热水提取19.6%，故得出超声波提取优于热水提取。同时他还通过正交试验确定了超声波提取的最佳工艺参数为超声波功率为160W、超声波时间为6min、水料比为 60∶1。王唐洪等［16］开展实验探究了高纯度江蓠多糖的分离纯化方法，并通过蛋白酶酶解、醇沉、真空干燥和CATA溶液沉淀等步骤制得江蓠精多糖。实验结果表明，高纯度江蓠多糖分离纯化的最佳条件为:蛋白酶酶解4h，pH7.0最适，酶解温度50℃，同时热水提取4h再通过75%乙醇醇沉，获得的粗多糖经2.0%的CATA溶液沉淀除杂，减压干燥即可获得江蓠精多糖。在这样的工艺条件下，江蓠精多糖得率可达9.3%，纯度高达86.3%。

另外，无论是水提、酸提还是碱处理法制得的多糖往往都会含有少数蛋白质，为了去除这些残余蛋白质，提高多糖纯度，研究者也进行了研究与实验。徐敏、裴文武等［17］用水提醇沉法提取江蓠粗多糖，然后为了去除所制江蓠多糖里的蛋白质，他们分别采用Sevage法、冻融-Sevage联合法和TCA法3种方法进行除蛋白，通过比较得出结论:TCA法最佳，它不仅操作简便，蛋白质清除率高，而且造成的多糖损失较小。

2.1.2 多糖的生物活性 据报道海藻多糖具有免疫调节活性、降血脂、抗氧化、抗凝血、抗病毒、抗肿瘤、抗菌、抗炎等多种生理活性及药用功能［17-18］。因而，人们越来越重视和关注海藻类多糖的研究和利用，并且逐渐认识到江蓠藻具有抗肿瘤、抗病毒、抗氧化和抗突变等生物活性作用。

2.1.2.1 抗肿瘤 邓志峰等［7］在研究以龙须菜和扁江蓠为材料提取的多糖组成及其抗肿瘤(S180)效果试验时得到结论表明:提取到的龙须菜粗多糖和扁江蓠粗多糖的初筛抑瘤率分别为45%和60%。陈美珍等［19］以S180荷瘤小鼠为模型，研究龙须菜热水提取的多糖对S180肉瘤生长的影响，通过测定S180荷瘤小鼠血液红细胞中超氧化物歧化酶(SOD)活性和肝匀浆中脂质过氧化物(LPO)含量评价PGL对小鼠抗氧化能力的作用，以实现探讨龙须菜多糖(PGL)的抗肿瘤作用及其对荷瘤小鼠抗氧化能力的大小。实验结果显示:龙须菜多糖能够很好的抑制小鼠S180肉瘤的生长，其抑瘤效率与灌胃剂量有一定关系，且当剂量为150mg/kg时抑瘤率可达63.56%，并且它可以明显降低荷瘤小鼠体内脂质过氧化物的含量。因此可得出结论:PLG能够提高荷瘤小鼠的抗氧化能力，进一步可推断出龙须菜多糖抗氧化能力很可能是实现其抗肿瘤活性的某种机制之一。

2.1.2.2 抗病毒 Sutapa Mazumder等［20］通过结合红外光谱对冷水提取的江蓠多糖进行化学分析发现这种提取的多糖主要由一种高分子量的硫酸化半乳糖体构成，同时其生物鉴定显示这种高分子量的硫酸化半乳糖体对1型和2型病毒表现出选择性的抗病毒活性，这很可能是由于其抑制了初始病毒接触宿主细胞所实现的。陈美珍等［21］利用MTT法研究不同硫酸基含量的龙须菜精多糖(RPGL)、纯多糖、脱硫多糖和硫酸化多糖抗流感病毒H1-364的作用，探讨龙须菜多糖硫酸基含量对其抗病毒活性的影响。结果表明，不同龙须菜多糖均具有抗H1-364作用，其中 RPGL的作用最强，对 H1-364抑制率高达88.82%;龙须菜多糖抗H1-364病毒的能力在一定范围内随硫酸基含量的增加而增大，当硫酸基含量在13%附近时，其抗病毒的能力最强，而硫酸根含量过高或过低对H1-364病毒的抑制作用均有所下降。

2.1.2.3 抗氧化 杨华等［22］采用微波辅助的方法提取龙须菜多糖，并对其提取条件进行响应面优化以及研究了其抗氧化活性。结果显示微波辅助提取的最佳工艺条件为:功率495W，提取时间17min，液料比100∶1，在此条件下提取率达33.11%，提取到的龙须菜多糖能有效清除DPPH自由基，表明其有抗氧化活性作用。Bartolomeu WS Souza等［23］研究了热水提取江蓠硫酸多糖的化学特性及抗氧化活性，通过测定DPPH自由基清除能力来评价江蓠硫酸多糖的抗氧化作用，结果表明这些多糖能减缓自由基的形成。

2.1.2.4 抗突变 陈美珍［24］等采用热水提取、乙醇沉淀、三氯乙酸除蛋白等制备龙须菜粗多糖，观察小鼠经口服粗多糖对环磷酰胺(CP)诱发的骨髓嗜多染红细胞微核和精子畸变的抑制作用。结果显示粗多糖在4g/kg剂量时，对CP诱发的微核抑制率达89.8%，并能显著地抑制精子畸变(p＜0.05)，表明龙须菜粗多糖有显著的抗突变能力并且存在着量效关系。

江蓠多糖具有多种生物活性，并且其生物活性与分子量、硫酸基含量以及单糖组成密切相关。杨文鸽［25］采用维生素C和过氧化氢体系诱导产生的自由基降解龙须菜多糖，并对龙须菜多糖及其降解产物的抗氧化活性进行了研究分析。结果显示，在清除超氧阴离子自由基、DPPH自由基和还原Fe3+方面，龙须菜多糖的抗氧化活性随着分子量的降低而增强;而在清除羟基自由基方面，其抗氧化活性随着分子量的降低而减弱。

2.2 藻胆蛋白研究进展

2.2.1 藻胆蛋白提取纯化工艺 江蓠藻体经前处理、细胞粉碎等操作后所得的藻胆蛋白粗提液中往往还会含有较高含量的杂蛋白，故还需要进一步纯化。藻胆蛋白纯度的高低一般用Aλmax/A280来表示，其应用与这个比值密切相关，根据比值大小可将藻胆蛋白分为三个等级:食品级＞0.7，药品级＞3.0，试剂级＞4.0［26］。因此，国内外许多研究者着力加强与改善藻胆蛋白的提取纯化工艺，以期获得相应纯度的藻胆蛋白，实现其综合开发和利用的价值。

纵观近些年研究，藻胆蛋白分离纯化技术不仅由传统的多步硫酸铵盐沉淀结合一系列的层析柱组合纯化藻胆蛋白发展到一步层析(凝胶层析法、吸附层析法和离子交换层析法)，简化了层析步骤，而且还出现了利凡诺法和双水相萃取法等新的分离纯化技术。研究发现，几种纯化技术混合使用，会大大提高藻胆蛋白纯化效率。Ganapathi Patil等［26］探索了一种简单高效的方法来纯化C-藻青蛋白即双水相萃取法和离子交换层析法，C-藻青蛋白粗提取物纯度为1.18，经过双水相萃取后纯度为5.22，然而当经过离子交换层析后纯度由5.22上升至6.69。另外，王勇［27］等经过反复探索研究建立了SephadexG-200、DEAE-SephadexA-25、轻基磷灰石柱、SephadexG-200的分离纯化程序，得到了高纯度的藻蓝蛋白，纯度值(A615/A280)高达14。这些都是将分离纯化技术混合使用的典型例证。

2.2.2 藻胆蛋白生物活性

2.2.2.1 抗肿瘤和抗突变作用 藻胆蛋白是一种重要的光动力药物的原料，具有光敏作用，可用于肿瘤治疗。它对肿瘤细胞具有强于正常细胞的亲和力，当它富集在病灶部位后，便吸收光高效产生自由基和活泼态氧，从而杀伤肿瘤细胞，且它只有光毒性而没有暗毒性，故能在人体内代谢快［28-29］。张永雨等［30］采用骨髓微核试验研究了龙须菜藻红蛋白粗提物对小鼠抗突变作用，并初步探讨了藻红蛋白对荷S180肉瘤小鼠的抑瘤效果。实验结果表明，藻红蛋白粗提物可使环磷酰胺诱发的小鼠骨髓嗜多染红细胞(PCE)微核率明显降低，具有显著的抗突变作用，且呈现一定的剂量效应关系，其对小鼠S180实体瘤的抑瘤率为44%。

2.2.2.2 抗氧化和提高机体免疫力 国内许多研究者主要是通过硫酸铵沉淀来提取龙须菜藻胆蛋白的。陈美珍等［31］采用硫酸铵沉淀的方法提取龙须菜藻胆蛋白粗提物，并通过测定小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬能力及小鼠脾、胸腺指数和血红细胞SOD活性及血清过氧化脂质(LPO)含量，来探讨龙须菜藻胆蛋白粗提物对小鼠免疫功能和抗氧化能力的影响。实验结果显示:藻胆蛋白粗提物能够有效增强小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬能力且能显著提高血红细胞SOD的活性，降低LPO含量。因此可以看出龙须菜藻胆蛋白粗提物能够提高小鼠免疫能力和抗氧化作用。

3 展望

作为一种重要的大型经济类海藻，江蓠藻含胶达20%～30%，含粗蛋白达19.14%，它不仅是提取琼胶和藻胆蛋白的重要原料之一，而且还可以作为人类的绿色保健食品和鲍鱼的良好饲料。另外，琼胶和藻胆蛋白都具有抗氧化、抗肿瘤和抗突变等生物活性，使得江蓠藻具有重要的经济效益和社会价值。随着全球经济的发展和欧美、日本等国对海藻保健品的重视，而江蓠藻又易于培养繁殖，因此目前对它的大规模养殖已经开展开来。另外，江蓠藻还是提取藻胆蛋白的原料，因而具有重要的经济价值。

尽管国内外对于江蓠藻多糖及藻胆蛋白的研究已有众多文献报道，并且其提取纯化工艺也比较成熟，但是仍然存在着一些不足:目前的提取纯化工艺还不能达到低成本、高得率和扩大化生产的要求，并且无法同时提取藻体里两种活性物质，以实现资源利用的最大化，创造更大的经济效益。然而，多糖结构、构效关系和作用机理还有待进一步研究，对于藻胆蛋白其表达与季节、气候等外界因素的关系也同样需要探究。另外，江蓠藻具有增强机体免疫功能、抗突变、抗肿瘤、抗氧化等活性作用，值得科研工作者们进一步深入研究其活性成分的药效、药理和毒理，从而开发出新的海洋药物。同时，江蓠藻营养价值很高，藻体所含多种营养物质可以加工成保健品和相关产品，如即食食品、食品添加剂等。综上所述，江蓠活性成分的进一步深加工研究具有重要意义，其综合开发具有广阔前景。

［1］张峻甫，夏邦美.中国江蓠属海藻的分类研究［J］.海洋科学集刊，1976(11):91-163

［2］赵谋明，刘通讯，吴晖，等.江蓠藻的营养学评价［J］.营养学报，1997，19(1):64-70.

［3］潘江球，李思东.江蓠的资源开发利用新进展［J］.热带农业科学，2010，30(10):47-50.

［4］赵谋明.江蓠琼胶加工中碱处理的作用及机理［J］.食品科学，1991(11):14-17.

［5］Cote GL，Hanisak M D.Production and properties of native from Gracilaria tikvahiae［J］.Botany Marine，1986，29:359-366.

［6］曾呈奎，王素娟，刘思俭，等.海藻载培学［M］.上海:科学出版社，1984，9:225.

［7］邓志峰，纪明侯.龙须菜和扁江蓠多糖的组成及其抗肿瘤效果［J］.海洋与湖沼，1995，26(3):575-811.

［8］吴湛霞，董静静.国内江蓠提取琼胶加工工艺的研究进展［J］.广西轻工业，2010，142(9):19-22.

［9］陈美珍，张永雨，余杰，等.龙须菜藻胆蛋白的分离及其清除自由基作用的初步研究［J］.食品科学，2004，25(3):159-162.

［10］王仲孚，赵谋明，彭志英，等.藻胆蛋白研究［J］.生命的化学，2000，20(2):72-75.

［11］张唐伟，李天才.藻胆蛋白质的提取纯化与生物活性研究进展［J］.生物技术通报，2010，1:9-13.

［12］余九九，李宽饪，吴庆余.螺旋藻的藻胆蛋白提取及稳定性研究［J］.海洋通报，1997，16(4):26-28.

［13］李邵蓉，林惠民.Rhodosorus marinus中藻红蛋白的纯化及其性质的研究［J］.水生生物学报，1996，20(3):257-264.

［14］林英，曹松屹，曹冬煦，等.海带多糖提取方法研究进展［J］.水产科技情报，2008，35(4):168-170.

［15］杨华.采用超声波技术提取台湾种龙须菜多糖的工艺研究［J］.食品科技，2008(9):158-161.

［16］王唐洪，向东，张光颖，等.江蓠多糖分离提取工艺的研究［J］.食品与生物，2012，158(1):15-16.

［17］徐敏，裴文武，王平，等.海藻多糖生理活性研究新进展［J］.海洋科学，2002，26(9):36-40.

［18］谢苗，钟剑霞，甘纯玑.海藻多糖的药用功能与展望［J］.中国药学杂志，2001，36(8):512-515.

［19］陈美珍，余杰，廖灶辉，等.龙须菜多糖抑瘤活性及对荷瘤小鼠抗氧化作用的研究［J］.中国海洋药物，2008，27(2):46-49.

［20］Mazumder S，Ghosal P K，Pujol C A，et al.Isolation，chemical investigation and antiviralactivity ofpolysaccharides from Gracilaria corticata(Gracilariaceae，Rhodophyta)［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2002，31:87-95.

［21］陈美珍，廖灶辉，陈鸿霖.龙须菜多糖硫酸基含量对抗流感病毒活性的影响［J］.食品科学，2008，29(8):587-590.

［22］杨华，庄陈丰.响应面法优化微波辅助提取龙须菜多糖工艺及其抗氧化活性研究［J］.食品科学，2011，32(20):79-83.

［23］Souza B W，Cerqueira M A，Bourbon A I，et al.Chemical characterization and antioxidant activity of sulfated polysaccharide from the red seaweed Gracilaria birdiae［J］.Food Hydrocolloids，2012，27(2):287-292.

［24］陈美珍，余杰，龙梓洁，等.龙须菜多糖抗突变和清除自由基作用的研究［J］.食品科学，2005，26(7):219-222.

［25］杨文鸽，谢果凰，徐大伦，等.龙须菜多糖的降解及其降解产物的抗氧化活性［J］.水产学报，2009，33(2):342-347.

［26］Patil G，Chethana S，Sridevi A S，et al.Method to obtain C-phycocyanin of high purity［J］.Journal of Chromatography A，2006，1127:76-81.

［27］王勇，董强，钱凯先.高纯度藻蓝蛋白分离纯化及光谱特性研究［J］.生物化学与生物物理进展，1999，26(5):457-460.

［28］张建平，谢洁，张素萍，等.两种藻蓝蛋白的光动力光敏性质研究［J］.科学通报，1999，44(5):495-499.

［29］Plank T.Subunit interactions and protein stability in the cyanobacterial light-harvesting proteins［J］.Bacterial，1995，177(23):6798-6803.

［30］张永雨，陈美珍，余杰，等.龙须菜藻胆蛋白抗突变与抗肿瘤作用的研究［J］.中国海洋药物，2005，24(3):36-38.

［31］陈美珍，余杰，钟秋玲，等.龙须菜藻胆蛋白免疫功能和抗氧化作用的研究［J］.食品科学，2005，26(9):456-459.