海藻多酚提取分离及生物活性研究进展

何袅袅 ，陈雅鑫 ，蔡树芸，陈伟珠，张怡评，洪专 *

1. 福建农林大学食品科学学院（福州 350001）；

2. 自然资源部第三海洋研究所，海洋生物资源开发利用工程技术创新中心（厦门 361005）

我国海域辽阔，具有丰富的海洋生物资源，如鱼类、贝类、虾类、藻类及海洋微生物等。其中，海藻作为一大类重要的海洋生物资源，主要分为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过提取活性物质，应用到食品、药品等领域，提高附加值、减少资源浪费。海藻富含多糖[1-5]、多酚[6]、类胡萝卜素[7-8]、萜类[9]等众多营养物质及Fe、Zn等微量元素[10]，研究发现海藻多酚具有抗肿瘤[11]、抗氧化[12-14]、减肥[15]、消炎[16-17]等多种生物活性，使得海藻多酚的开发利用研究成为热点。海藻多酚已应用于功能食品、化妆品和海产品保鲜等领域[18-19]。基于此，对海藻多酚提取、分离纯化方法及生物活性研究进展进行综述，从而为海藻多酚开发应用提供借鉴与参考。

1 海藻多酚的提取工艺

海藻多酚的提取有有机溶剂浸提、超声波辅助提取、生物酶提取、超临界提取、低共熔溶剂提取等方法。与传统的提取方法有机溶剂浸提法相比，新型提取法提取效率高、耗时短，但传统提取方法的操作简单、设备成本低，在海藻多酚提取中的应用仍比较广泛。

1.1 浸提法

浸提法是天然产物提取最常用的方法，其中乙醇是提取海藻多酚的常用溶剂，如：甘育鸿等[20]采用乙醇回流法提取海发菜多酚，在70%乙醇、回流时间2 h、液固比50∶1 mL/g条件下，海藻多酚提取率为2.20±0.04 mg/g干海藻；吕成林等[21]采用乙醇浸提羊栖菜多酚，最佳提取条件为乙醇体积分数40%、料液比1∶25 g/mL、提取时间5 h、提取温度70 ℃，羊栖菜多酚的提取率为4.60±0.05 mg/g。

1.2 超声波辅助提取法

由于海藻多酚一般位于大多数海藻细胞内部，导致常规浸提法提取的多酚量较少。利用超声波的特性，破坏细胞壁和细胞膜，能够加速目标物的溶出缩短提取时间，提高多酚提取率[22]，对多酚的结构和活性破坏小。Essa等[23]利用水提取法和超声辅助提取法提取海藻多酚，超声辅助提取4 h酚类物质含量略低于24 h传统水提法。由此可见，与传统的浸提法相比，超声辅助提取法明显提高了提取速率，并且多酚具有较高的抗氧化活性。

1.3 微波辅助提取法

微波具有选择加热和穿透特性，加速海藻多酚在溶剂中的溶解速度，常被应用到食品加工和天然产物提取等领域。Hao等[24]利用微波辅助低共熔溶剂提取海藻中黄酮类化合物，回收率高于97%，并且提取结果对比表明，微波辅助提取法对海藻多酚的提取率明显高于传统的有机溶剂浸提法。

1.4 生物酶提取法

生物酶法提取海藻多酚常用的酶有纤维素酶和果胶酶。孙露川阳等[25]研究表明，不同酶的种类、用量、反应pH和提取温度会影响海藻多酚提取率，通过优化对多酚提取率影响显著的因素，最终采用纤维素酶进行提取，得到铜藻多酚最佳提取条件：液料比25∶1 mL/g，酶用量4%（w/w），酶解温度55 ℃，酶解时间6 h，酶解pH 5.0。

1.5 低共熔溶剂提取法

低共熔溶剂提取物往往抗氧化活性更高，可能是低共熔溶剂提高提取物中单体多酚的含量。Hao等[24]利用微波辅助低共熔溶剂提取海藻中黄酮类化合物，回收率达到97.80%以上。崔梦情等[26]利用低共熔溶剂提取葡萄籽多酚，提取物单体酚的含量显著高于传统提取溶剂，抗氧化活性明显高于传统提取溶剂。低共熔溶剂提取物抗氧化活性提高，可能是低共熔溶剂提高提取物中单体多酚的含量。此外，低共熔溶剂还用于食品样品前处理[27]，降低常规分析的成本。

2 海藻多酚的分离纯化工艺

海藻多酚粗提物中含有褐藻多糖、色素、蛋白质等杂质，需要进一步纯化。常用的纯化方法有溶剂萃取、大孔吸附树脂柱层析、膜分离技术、色谱分离技术等。

溶剂萃取一般与其他的纯化方法结合使用，能明显提高多酚的纯度。李亚娴[12]利用石油醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取羊栖菜粗提物，利用大孔吸附树脂吸附纯化粗提物；Ovchinnikov等[28]利用石油醚对海藻进行前处理，用乙酸乙酯/丁醇（4∶1）作为萃取溶剂，萃取得到的有机相和水相浓缩后，利用Sepadex LH-20凝胶柱层析分离纯化。

大孔吸附树脂柱层析法具有操作简单、环保绿色、回收利用等优点，被广泛应用于天然产物分离纯化。不同大孔吸附树脂对海藻多酚的吸附和解吸能力不同，需要筛选大孔吸附树脂，通过吸附和解吸动力曲线阐述大孔吸附树脂对海藻多酚的吸附原理[29]。曾帅等[30]得到羊栖菜多酚的分离纯化的最佳动态吸附条件：pH 5，吸附流速1.5 BV/h，样品液浓度70 μg/mL；最佳动态洗脱条件为洗脱剂乙醇体积分数70%，洗脱流速1.5 BV/h、洗脱剂用量90 mL，经AB-8大孔吸附树脂吸附分离，羊栖菜多酚纯度提高至62.15%。多酚的纯度与大孔吸附树脂种类、pH、粗提物进样速度、洗脱剂流速、洗脱剂浓度等因素有关。

膜分离技术成本高，医药行业应用较多，彭荣[31]利用膜色谱（膜技术和液相色谱结合）分离纯化植物源药物，GO改性棉纤维膜对多酚的吸附量约是未改性棉纤维膜的140倍，一次纯化石榴皮多酚纯度从48.0%提高到76.1%。膜改性技术可以提高分离效率，特异性改性，实现对特定目标物的纯化，这也是未来膜分离技术发展的趋势。

色谱分离技术是利用各种物质在流动相中的分配系数不同，从而使各种物质分离的一项技术。刘春平[32]采用高速逆流色谱分离法，分离铜藻中的黄酮类化合物，其纯度达到80%以上。色谱法纯化得到的黄酮化合物纯度高，有机溶剂残留少，但是色谱分离技术成本高，分离量少，不适合工业化生产。

3 海藻多酚生物活性研究

3.1 抗氧化活性

海藻多酚对DPPH·、ABTS+·自由基的清除能力强[33-35]，具有较强的抗氧化活性。Lee等[36]通过体外活性测定试验发现：当海藻多酚的质量浓度低于1 000 μg/mL时，海藻多酚随着浓度的增加，DPPH自由基清除能力、H2O2清除能力、还原能力和金属离子螯合能力不断增强；海藻多酚的质量浓度高于1 000 μg/mL海藻多酚抗氧化活性降低。Kim等[37]发现海藻多酚能够螯合过渡金属元素，降低细胞内ROS生成量和脂质过氧化调节DNA氧化损伤和凋亡。海藻多酚能够降低微小颗粒物造成的氧化性DNA损伤和细胞凋亡。海藻多酚的抗氧化活性与提取方法、多酚分子量和海藻多酚单体的含量有关[38]。Liu等[39]发现褐藻多酚粗提物具有最高抗氧化活性的提取条件：液料比70∶1 mL/g、乙醇体积分数80%、提取温度20 ℃，粗提物的抗氧化活性为74.01 mL/g（1/IC50），以多酚抗氧化活性为指标，优化多酚提取条件提高多酚的抗氧化活性。多酚的抗氧化活性可能与分子量大小有关系，分子量越小，抗氧化活性越强[40]。

3.2 抗肿瘤活性

褐藻多酚具有一定的抗肿瘤活性，作用机理：抑制心血管生成，阻断营养物质运输；加强肿瘤组织内凋亡基因表达，促进肿瘤细胞凋亡；作为一种抗氧化剂，清除引发肿瘤的自由基和有害物质，达到预防肿瘤的作用。杨胜涛等[41]研究发现褐藻多酚能抑制肿瘤侵袭转移和血管生成，抑制HT-1080的迁移、MMP-2、MMP-9、VEGF和HIF-1α蛋白的表达和HUVEC成管。褐藻多酚处理组肿瘤细胞凋亡增加，肿瘤组织内凋亡蛋白Caspase-3表达上升，抑凋亡蛋白Bcl-2和增殖相关蛋白EGFR表达下降，褐藻多酚也能增强肿瘤小鼠的免疫力[42]。褐藻多酚降低P2X7受体的激活，降低活性氧的产生，褐藻多酚可以作为一种由苯并芘引起的癌变的预防剂[43]。体外细胞试验和动物试验都证明褐藻多酚具有抗肿瘤活性，既能够减少DNA损伤，又能够清除活性氧和其他自由基[44]，海藻多酚对肿瘤细胞系具有特异性，对正常细胞没有毒性作用[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，降低人体对葡萄糖的消化吸收，从而降低餐后血糖升高；海藻多酚还能明显降低高浓度葡萄糖对胰腺细胞的损伤，保持胰岛B细胞的活性，正常分泌胰岛素，从而改善血糖浓度。Lee等[45]研究褐藻多酚体外降血糖活性，结果发现褐藻多酚对α-葡萄糖苷酶和淀粉酶的IC50值分别为23.35和6.94 μmol/L，多酚能够抑制餐后淀粉引起的血糖升高。Lee等[46]研究发现高浓度葡萄糖（30 mmol/L）处理可导致胰岛B细胞凋亡，马尾藻多酚处理可恢复细胞活力，保护胰岛B细胞免受高糖诱导的损伤，质量浓度为10～100 μg/mL的马尾藻多酚可降低高糖预处理的INS-1细胞的脂质过氧化、细胞内活性氧和一氧化氮水平，并以剂量依赖的方式增加细胞活力和胰岛素分泌。

3.4 降血脂和减肥活性

肥胖症是一种慢性疾病，会引发高血脂、糖尿病等疾病。Suzuki等[14]给喂食高脂肪食物的小鼠口服褐藻多酚，结果发现褐藻多酚可抑制脂肪量的增加，让高脂小鼠的脂肪水平正常化。褐藻多酚通过AMPKCPT-1途径，增加肝细胞线粒体的脂肪酸β氧化，加速脂肪酸的分解代谢[47]，海藻多酚还能活化白色脂肪组织，使之变成“褐色”或“米色”脂肪组织，以增加能量消耗，改善脂肪因子失衡和炎症反应。褐藻多酚发挥最大的活性需要一定的反应时间，刘萌[48]以肝细胞单纯性脂质累积为体外模型，褐藻多酚干预24 h后，褐藻多酚提取物组胞内脂质清除率达到36%，48 h后组胞内脂质清除率达到57%，72和48 h的清除率相差不大。褐藻多酚降血脂和减肥是通过抑制脂肪量的增加，增加棕色脂肪组织数量，提高动物体内的能量消耗，减少堆积脂肪，达到减肥功效。

3.5 抗炎症和抑菌等其他活性

多酚化合物的抗炎症作用是通过调控生长因子的信号通路活化和信号转导，使神经无法感受到传递的信号，降低炎症介质基因表达，直接阻断炎症发生。AGEs与AGE受体作用能够启动其下游的相关信号通路，从而诱导氧化应激和炎症反应，周子艺等[15]发现植物多酚能抑制AGEs诱导的RAGE上调，减少NF-κB磷酸化和MAPKs的活化，并显著降低炎症介质的基因TNF-α，IL-1β和IL-6表达。多酚化合物通过调控转化生长因子防治炎症性肠病及肠纤维化[17]，通过AMPKCPT-1途径，增加肝细胞线粒体的脂肪酸β氧化，加速脂肪酸的分解代谢和信号通路的活化、信号转导，实现防治炎症性肠病及肠纤维化。海藻多酚具有抑菌活性，抑菌效果随多酚浓度的增加而不断增强。海藻多酚具有广谱抗微生物性能，对受试的6种细菌和2种真菌的最小抑菌浓度为10～40 μg/mL[49]。海藻多酚具有过敏缓解作用，以剂量依赖的方式增强过敏缓解作用，高浓度的多酚具有较强的缓解过敏的作用[50]。

4 海藻多酚在食品工业中的应用

化学食品添加剂长期食用会对人体造成危害，天然食品添加剂的开发成为新趋势。海藻多酚具有抗氧化抑菌活性，能够作为天然食品添加剂，改善食品品质，延长食物保质期。褐藻多酚能够减少蛋白质中羰基和巯基的氧化[51]，提高鱼糜蛋白间的相互作用，增强鱼糜凝胶强度，改善鱼糜品质[52]。褐藻多酚纳米粒和壳聚糖制备可食用膜[53]，改善抗氧化活性，3种包装的保鲜能力分别是聚糖基纳米褐藻多酚可食膜+PE包装＞壳聚糖基褐藻多酚可食膜+PE包装＞PE包装。可能是褐藻多酚纳米颗粒中的多酚被保护，抗氧化活性增强，可食用膜可以阻断空气氧化，也减少食品自身的氧化变质。为减少资源浪费，海藻还可以制备生物乙醇、厌氧发酵生产沼气[54]。

5 结语与展望

海藻作为一类储量丰富、可再生的绿色资源，成为人类可以利用的重要的海洋资源。海藻多酚是海藻中高价值的生物活性物质之一，在食品、药品和化妆品工业中有许多潜在的应用。在未来的研究中，对海藻多酚化合物的化学结构和生物活性的研究将会是必然趋势。而相对于较为成熟的体外生物活性试验，海藻多酚体内的作用机理研究必然是一大热点，可以将动物试验和临床试验相结合，研究其在体内的作用机理、生物利用能力、药物活性。海藻作为一类储量丰富、可再生的绿色资源，必将成为人类可以利用的重要的海洋资源。