海带的生物活性及系列产品开发研究进展

姚骏，张弘，郭森,王玥玮，郑琳琳，张立娟，佟永薇，王琦

（天津市食品研究所有限公司，天津301609）

海带（Laminaria japonica aresch），又名昆布、海草、江白菜，属褐藻门、褐藻纲、海带目、海带科、海带属[1]，是一种药食两用的大型海洋植物[2]。海带作为我国重要的经济藻类，营养价值丰富[3]，如蛋白质、氨基酸、纤维素、维生素和碘、铁、锌等60多种营养成分都存在于海带组织中。据研究，海带中含量丰富的碘，80%都是可被人体直接吸收利用的有机活性碘，经常食用海带有促进智力发育、预防和治疗甲状腺肿、降血压、降血脂等功效[4-6]。目前，海带中生物活性物质的分离纯化与营养保健研究以及新型海带系列产品的开发是国内外学者们研究的热点[7]。

1 海带活性物质的研究

1.1 海带多糖的组成及其生理活性

海带作为兼具食用价值和药用价值的“天然保健食品”，活性物质丰富[8]。到目前为止，发现的海带生物活性物质主要有：海带多糖、酸性聚糖类物质、岩藻半乳多糖硫酸酯、昆布氨酸、半乳糖醛酸、牛磺酸、大叶藻素、双歧因子[7]。在诸多的活性物质中，海带多糖对海带的营养与保健功能作用最为突出[9]。研究发现，海带多糖在调节免疫[10]、抗肿瘤[11]、抗凝血、抗氧化、降血脂（糖）等方面都发挥着独特的作用[12]。张伟男以HFD高脂饮食小鼠为实验对象，研究了海带多糖LJP61A对高脂饮食诱发胰岛素抵抗的抑制机制，研究表明，LJP61A可以对HFD诱导小鼠的肠道菌群结构进行干预调节，降低诱导小鼠的肠道通透性，改善内毒素血症和慢性炎症的发生，从而起到干预和抑制胰岛素抵抗的作用[13]。

海带中多糖物质丰富，不同多糖物质结构和性质的差异，也使其具有不同的生物活性，目前从海带中发现的多糖有三种：褐藻胶、褐藻糖胶、褐藻淀粉[12]。褐藻胶又称褐藻酸，由β-D-甘露糖醛酸（β-D-mannuronate）与其差向异构体α-L-古罗糖醛酸（α-L-guluronate）通过1，4-糖苷键构成，来源于细胞壁，是褐藻中共有的水溶性、酸性直链多糖，在海带中含量丰富，约占19.7%，具有抑制肿瘤、增强免疫、促进生长等功效[14]。而褐藻胶作为天然高分子多糖，对褐藻胶的降解也是学者们关注的热点。褐藻糖胶是海带细胞间的多糖物质，其含量一般在0.3%～1.5%[9]，褐藻糖胶是狭义上的海带多糖，李林等对海带中的褐藻糖胶进行色谱分析和氨基酸分析，研究发现，褐藻糖胶含有鼠李糖、半乳糖、岩藻糖等多种中性单糖，还有部分结合蛋白质[15]，而高度的硫酸酯化及其独特的多糖结构，也使得褐藻糖胶有诸多生物活性，如抗凝血、抗肿瘤、抗病毒等[16]。褐藻淀粉又称昆布多糖，在海带中的含量约占1%，褐藻淀粉为中性葡聚糖的一种，其磺化产物为褐藻淀粉硫酸酯，研究发现，这两种多糖都能够促进机体的免疫功能，对血清胆固醇都有明显的降低作用，褐藻淀粉与人工磺化的褐藻淀粉硫酸酯相比，对机体的免疫调节作用更强[17]。

1.2 海带多糖的降解

1.2.1 海带多糖降解的重要性

尽管海带多糖有很多的生理活性，但由于其属于高聚合度的天然高分子物质，分子质量大、黏性强，影响活性物质的利用率，限制海带制品的深加工及应用。仇哲等对褐藻胶裂解酶酶解后的海带营养成分进行分析，发现海带的多糖含量下降、胶性降低，营养更加均衡，与同质量的海带相比营养物质含量更高，更有利用机体对海带营养物质的吸收[18]。周绪霞等用裂解酶对海藻酸钠进行了酶解，膜分离后制成了三种不同分子量大小的褐藻胶寡糖：ADO-A（分子量大于8 kDa的寡糖组分）、ADO-B（未进行膜分离的混合寡糖）、ADO-C（分子量小于8 kDa的寡糖组分），以DPPH·清除率、·OH清除率、还原力为测定指标，比较了寡糖的抗氧化活性；结果表明：低分子量的寡糖具有更强的抗氧化性[19]。彭素晓等以凡纳滨对虾为研究对象，以对虾的生长性能指标、胃消化酶、血清非特异性免疫酶为指标，研究不同处理的海带渣饲料对对虾生长、消化和非特异性免疫的影响。其中，不经酶解的海带渣为对照组，实验组分别添加0.1%β-葡聚糖酶和0.2%蛋白酶对海带渣饲料进行酶解。研究结果表明，与不经酶解的海带渣饲料相比，添加β-葡聚糖酶酶解的海带渣可提高对虾的增重率和特定增长率；添加蛋白酶酶解的海带渣可提高对虾的成活率；二者都对对虾的非特异性免疫有促进作用[20]。王熙涛从海泥中筛选的具有褐藻胶降解能力的菌株－解淀粉芽孢杆菌WB1，酶解得到不同分子量的褐藻寡糖，通过对比发现，低分子量的褐藻寡糖对刺参体腔细胞的非特异免疫有促进作用；将芽孢杆菌发酵脱胶后的海带饲料进行或不进行高温灭活，用于刺参的养殖实验，与未经处理的海带饲料原料进行对比，通过对刺参肠道消化酶、体腔免疫相关酶活、肠道菌群结构等进行测定，发现喂食含活B.amyloliquifaciens WB1发酵脱胶的海带饲料，能显著提高刺参肠道内消化酶活性、促进多种非特异性免疫的相关酶活，降低刺参潜在的条件致病弧菌的数量[21]。为提高多糖生物活性及人体的吸收利用率，需要对海带多糖进行降解。

1.2.2 海带多糖的降解方法

1.2.2.1 化学降解法

1）碱降解

碱水解是利用β－消除反应，使糖苷键断裂，从而达到降解目的。糖苷键断裂时会引起O－SO42-基团的脱落，并引起多糖链结构的变化，因此一般不采用碱降解法[22]。

2）酸降解

在多糖的降解方法中，经典的盐酸降解法应用最为广泛，现在已经用于工业化生产。这是利用不同单糖残基在酸性介质中的水解程度不同进行降解。在实际的生产环节中，糖苷键的断裂基本是随机的，降解产物的分子量范围分布较大，分离纯化存在困难[22]。

3）氧化降解法

自由基氧化降解法由于条件温和，对多糖结构破坏少，成本低廉等特点，是目前学者研究比较多的方法之一[23]。王琪琳等以琥珀酸+H2O2+VC为体系氧化降解海带硫酸多糖，试验结果表明，氧化降解后硫酸多糖含量、硫酸根含量以及单糖组分几乎无变化，而多糖的分子量可降低到一万左右[24]。多糖浓度相同时，H2O2浓度越高，多糖的降解程度越大，而当浓度增大到一定值时，多糖的降解程度不会发生变化[25]。董诗竹以海带中提取的岩藻聚糖硫酸酯粗糖为原料，经阴离子交换柱分离纯化得到中分子量的岩藻聚糖硫酸酯后，以H2O2氧化降解法并结合膜分离法制备低分子量的岩藻聚糖硫酸酯，其中4.5%H2O2氧化降解4.5 g粗糖所得的低分子量岩藻聚糖硫酸酯在2 500 Da～10 000 Da内的组分最硫酸根，达到30.28%，通过4.5%H2O2和9.0%H2O2对比，发现随着H2O2浓度越高，降解产物分子量越低，降解产物硫酸根和岩藻糖的含量下降，而硫酸根与褐藻糖胶的生物活性密切相关，采用自由基氧化降解海带多糖时，需要控制好参数[22]。

1.2.2.2 物理降解法

1）辐射法

辐射降解技术是在高能射线的作用下，物质分子不断吸收辐射能量，产生各种活化粒子，活化粒子与物质的一系列物化作用使得聚合物主链断裂，从而发生降解[26]。NagasaWa利用Co60产生的伽玛射线对褐藻酸钠进行处理，辐射强度不同，得到的褐藻酸钠寡糖分子量存在差别[27]。

2）超声波法

超声波的降解作用是由于高速的机械运动，使高分子物质的共价键断裂，分子在介质中随着高速震动和剪切作用而被降解[28]。超声波法酶解多糖具有操作简便，有机试剂使用量少，对环境的污染影响小等优点。胡尊丽等以海带硫酸化多糖的特性粘度为指标，通过正交试验，确定了超声波降解海带硫酸化多糖的最佳工艺条件：超声波功率200 W，多糖浓度1 mg/mL，超声时间15min，降解后多糖分子量从371kD降至46.4kD，而且降解前后多糖含量和硫酸根含量无显著变化[29]。

3）热解法

张淑平等在140℃下干燥热降解褐藻胶20 min，得到了黏均分子量为6.0×104的产品，与4.0 mol/L盐酸降解得到的产品对比，产品分子量大[30]。

1.2.2.3 生物降解法

酶解是用专一性糖苷酶或非专一性的其他酶，通过特异开裂多糖中的某一糖苷键，对多糖进行酶解[31]。酶法降解条件温和，酶解产物的分子量易于控制，酶解效率高，环境污染小。

1）专一性裂解酶

褐藻裂解酶是一类催化褐藻胶降解的酶，它们通过β-消除机制裂解褐藻酸的β-1-4糖苷键，从而使高聚物降解为一系列寡聚物或单糖。褐藻胶裂解酶主要有三个来源：动物源、植物源以及微生物源。动物源褐藻胶裂解酶包括海洋软体动物和棘皮动物等；植物源裂解酶包括巨藻、泡叶藻、海带等海藻；微生物源的裂解酶则包括海洋细菌、土壤细菌、真菌等，其中，海洋细菌是主要来源[32]。按照裂解酶的底物降解偏好性的不同，可将其分为三类：专一裂解PM的裂解酶、专一裂解PG的裂解酶以及PM和PG两种片段都能裂解的双功能裂解酶[33]。大多数裂解酶的最适pH值为中性或弱碱性，酸性较少；金属离子能够影响褐藻裂解酶的活性，多数情况下，Na+、K+、Ca2+、Mg2+等离子能够促进裂解酶活性，Cu2+、Mn2+、Hg2+等离子则会抑制酶活[34]。许雷将从海藻中筛选出的琼氏不动杆菌为褐藻胶水解酶，分批多次添加褐藻胶溶液，当底物总浓度为3.5%时，单位体积酶解液中的寡糖浓度可达9.28 mg/mL，且产物中的寡糖聚合度较均一，为褐藻胶三糖；通过测定酶解产物的吸湿率、保湿性以及抗氧化活性，发现酶解后寡糖的吸湿保湿性增强，吸湿性和保湿率与寡糖的平均聚合度密切相关，寡糖的平均聚合度低，吸湿性和保湿率就好；而将褐藻胶乙酰化后再进行酶解，可提高酶解产物的抗氧化活性[35]。

2）非专一性的其它酶

海带细胞壁为天然高分子聚合物，酶解处理提取海带多糖和酶解降解海带多糖，都需要将高分子聚合物断裂成低分子量的多糖，促进多糖物质的消化吸收和利用，因此，对海带多糖的酶解降解和酶解提取是交叉和共通的。谢瑾等以柠檬酸提取海带多糖，分别用胰酶、纤维素酶、果胶酶、木瓜蛋白酶以及植物水解酶对海带柠檬酸提多糖溶液进行降解，通过测定产物抗氧化性和胆酸盐吸附率等指标发现，酶解产物的ABTS自由基清除能力以及还原力显著提高，DPPH·清除率清除率和胆酸盐吸附能力下降，其中，胰酶、木瓜蛋白酶作用最明显，其次是纤维素酶[36]。张换选用纤维素酶对海带多糖进行提取，通过响应面优化确定了最佳的工艺条件：料液比1∶40、酶添加量1.5%、温度44℃、pH值4.0的条件下反应2 h，海带多糖的提取率可达11.6 2%[37]。将多种酶进行复合，在30℃、pH 5.0的条件下酶解3 h，多糖提取率可达78.9%，复合酶的配比：纤维素酶0.5%、果胶酶1.0%、木瓜蛋白酶1.0%、木聚糖酶1.0%[38]。

2 海带系列产品的研究与进展

2.1 海带的脱腥

海带的腥味物质是醇类、醛类、酮类、羧酸类、烃类及其衍生物等有机成分共同作用的结果，特殊的腥藻味影响着海带系列产品的开发，海带的脱腥研究十分必要。海带脱腥的方法主要有三种：物理脱腥、化学脱腥和微生物发酵脱腥[39]。

2.1.1 物理脱腥

物理脱腥技术包括物理吸附法、掩盖法、环糊精包埋法、盐溶法等。这种方法通过掩盖、包埋脱腥物质进行去腥，不改变腥味物质的成分[39]。甘草溶液能够通过掩蔽海带的腥藻味进行去腥，β-环糊精溶液对腥味物质的包埋来实现脱腥。陈丽丽用质量浓度均为3%的甘草提取液和β-环糊精溶液对脱盐海带进行复合脱醒，在100℃下脱腥15 min，即可掩蔽海带的藻腥味，并赋予其甘草香[40]。

2.1.2 化学脱腥

化学脱腥是利用一些化学试剂如酸、碱、盐等溶液，与腥味物质进行反应，从而达到去除腥味的效果。此外，也可利用相似相溶的原理，用有机溶剂对腥味成分进行萃取来脱腥[39]，醋酸溶液能与海带中的腥气成分发生反应，生成无腥味的物质，对海带进行脱腥[40]。但醋酸脱腥存在反应不完全和有酸味残留的缺陷，脱腥效果不理想。

2.1.3 微生物发酵脱腥

微生物脱腥是通过其微生物的新陈代谢作用，是小分子腥味成分转化为大分子无腥味物质；在酶的作用下对腥味成分进行分子结构修饰，也可达到彻底去除腥味物质的目的[39]。姚艳艳通过感官评价，利用酵母菌和植物乳杆菌对海带酶解液进行发酵脱腥，并确定了发酵脱腥的最佳工艺条件。接种0.4%酵母菌，在30℃下脱腥40 min，加热灭活后，接种7%的植物乳杆菌，37℃下脱腥90 min，即可得到气味清香，没有腥味和异味的海带酶解液[41]。周延清将蒸煮后的海带接种0.5%～3%的植物乳杆菌冻干粉，32℃～40℃下密封发酵90 min～180 min，之后进行二次蒸煮，并对其调味腌制，有效脱除了海带腥味[42]。范利洪比较了醋酸浸泡、酵母发酵、β-环糊精处理三种不同的脱腥方法，通过感官评价，确定了β-环糊精脱腥为最佳的脱腥方法：醋酸浸泡反应不完全，腥味较重且有酸味，酵母发酵脱腥虽然腥味去除较彻底，但产品有轻微的发酵味，且口感不如β-环糊精发酵的口感好。β-环糊精脱腥的最佳条件：2.5%的β-环糊精溶液，在80℃下浸泡60 min，脱腥效果最好[43]。

2.2 海带系列产品

日本的海带系列保健食品开发处于领先地位，已经研究出了减肥食品、抗癌食品、降脂食品、维生素海带等营养保健食品，此外，日本还研发了海藻胶囊、海藻面包、海藻饮料等200多种海藻食品。我国海带系列食品除市场上常见的海带干、海带结、即食海带丝外，还开发了调味海带脆片[4]、海带复合调味素[7]、海代糕[40]、海带凉粉[43]、海带泡菜[44]、海带绿豆饮料[45]、海带浓缩调味汁[46]、红曲海鲜调味汁[47]等产品。

3 结语

我国有着世界上最长的海岸线，海带产量位居世界第一，海藻资源丰富。目前海藻加工业中仍以海带的初级产品加工为主，经济效益较低。海带糕、海带饮料、海带营养调味汁等花色品种的增加，为海带市场注入了新活力，增加了海带的市场竞争力，也提高了企业的经济效益。利用海带的功效成分和活性物质开发能满足机体对营养素需要、大众消费者能够日常食用的海带产品，具有十分重要的现实意义。

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