紫球藻生物活性物质的研究

刘 群，赵 璐

日照职业技术学院海洋技术系，山东 日照 276826

海洋藻类特别是单细胞微藻，富含脂肪、蛋白质、碳水化合物等多种营养成分以及DHA (二十二碳六烯酸)、EPA (二十碳五烯酸)、AA (花生四烯酸)等多种生物活性物质。

紫球藻是一种单细胞红藻，在海水、淡水以及潮湿的土壤中广泛存在，耐高盐，能在含盐量高达4.5%的环境中正常生长。紫球藻细胞呈球形，细胞外被一层粘质鞘所包裹着，细胞由于粘质鞘的粘连而聚集在一起，形成团状的结构。紫球藻以无丝分裂的方式进行繁殖，在其生长过程中能够合成多种生物活性物质如多糖、藻胆蛋白、多不饱和脂肪酸等，具有较高的经济价值。本文就紫球藻的生物活性物质如多糖、藻胆蛋白、多不饱和脂肪酸作简要的阐述。

1 紫球藻多糖

紫球藻细胞呈球形，藻细胞的生长培养经历4个时期，即适应期、对数生长期、稳定期和衰亡期，当藻细胞生长到达对数生长期后，高尔基体细胞器开始合成多糖，细胞继续生长到稳定期后，胞内合成的多糖开始向藻细胞外分泌，并形成了粘质鞘，包在藻细胞的外面，因此紫球藻的多糖是胞外多糖，并且是一种硫酸酯多糖，易溶于水。

1.1 抗病毒作用

具有硫酸酯基团的紫球藻多糖具有良好的抗病毒作用。研究表明，紫球藻胞外多糖能抑制流行性感冒病毒的生长[1]；紫球藻胞外多糖能够明显抑制败血症病毒的生长[2]；紫球藻细胞壁硫酸多糖对疱疹病毒具有明显的抗性[3]；紫球藻胞外多糖具有抗柯萨奇B3 型病毒的活性，其活性比病毒唑等抗生素的效果还要明显[4]；紫球藻胞外多糖对呼吸道病毒也具有抑制作用[5]；紫球藻胞外多糖对乙肝病毒也具有一定的抑制作用[6]。因此，紫球藻是开发抗病毒药物的良好材料。

1.2 抗菌作用

紫球藻多糖具有抗菌作用。研究表明，紫球藻多糖溶液对革兰氏阳性细菌有一定的抑制作用，对革兰氏阴性菌效果不明显[7]；紫球藻多糖对细菌、真菌都具有一定程度的抑制作用，抗菌谱比较广，在治疗动植物病原菌方面前景比较可观[8]。

1.3 抗辐射、抗氧化作用

研究表明，紫球藻胞外多糖能够明显改善钴射线照射小鼠，致使小鼠免疫力功能降低及其对机体造成的一系列的不良反应，使小鼠的免疫功能有所恢复[9]。

众所周知，天然多糖的相对分子质量较大、溶解度较低，而多糖的抗氧化活性与其分子质量大小呈反比，大分子质量的多糖没有明显的体外抗氧化活性，而小分子质量的多糖则表现出明显的抗氧化活性。采用密闭微波法降解紫球藻获得的小分子质量多糖抗氧化活性比较显著，清除自由基的能力也比较显著[10]；采用酶制剂降解紫球藻获得的多糖，具有明显的抗氧化活性[11]；采用超声波辅助过氧化氢降解紫球藻获得的小分子质量多糖，对自由基有明显的清除作用[12]。

1.4 胶体稳定剂

紫球藻多糖具有独特的胶体性能，常被用作为胶体稳定剂，适用于食品、化妆品、医药等行业。如为了使面包保持长期松软的状态，在面包制作过程中加入紫球藻多糖；多糖还可作为增稠剂，加入到雪糕、酸奶、果汁中，使其质地变得浓稠；另外，紫球藻多糖还具有良好的乳化性能，可作为保湿剂加入到化妆品中，使化妆品的保湿性能增加。

2 藻胆蛋白

藻胆蛋白主要存在于红藻、蓝藻中，是天然的水溶性捕光色素蛋白，即能够帮助藻细胞吸收太阳光，便于藻细胞进行光合作用。

藻胆蛋白包括藻红蛋白、藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白、藻红蓝蛋白四类。在紫球藻以及大多数藻类中，藻胆蛋白还可以作为贮存蛋白，在缺乏氮源的时候，藻胆蛋白被降解用来补充氮源，使藻细胞能够存活下来。藻胆蛋白在不同藻类中的种类、数量不尽相同，所有蓝藻和红藻中都存在有藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白，红藻和部分蓝藻中存在有藻红蛋白，而在某些无藻红蛋白却有异形胞的蓝藻中，存在藻红蓝蛋白。

藻红蛋白(phycoerythrin，PE) 是重要的藻胆蛋白，在紫球藻细胞内含量极为丰富，由于含有大量的藻红蛋白，紫球藻细胞呈现出深红色。紫球藻细胞内还有一个色素体，大且呈星形，色素体内含有丰富的藻红蛋白和少量的藻蓝蛋白。紫球藻中藻胆蛋白含量达到藻细胞总蛋白量的一半，其中藻红蛋白占藻胆蛋白的80%以上。藻红蛋白有B-藻红蛋白（B-PE）和b-藻红蛋白（b-PE）两类，其中B-PE含量较多，因此紫球藻是B-PE 的一个重要的来源，已成为具有应用价值的天然色素蛋白，其着色能力好，无毒无害，对人体不会造成伤害。

藻红蛋白作为一种水溶性色素蛋白，具有很大的市场应用前景。藻红蛋白是一种天然的色素蛋白，无毒，有较强的着色力，可以添加到饲料、食品、化妆品等行业中，如添加到观赏鱼饲料中，使观赏鱼的体色变得鲜艳亮丽；藻红蛋白可作为一种生物荧光探针，用于生物、医学等临床应用[13]；藻红蛋白还是一种高效光敏剂，在特定波长光的刺激下，可以产生单态氧，与相邻生物大分子之间发生氧化还原反应，从而杀伤生物大分子，在肿瘤光动力治疗中发挥一定的作用[14]；另外，由于大量的生活污水和工业废水排入到天然的水域之中，致使水域中的藻类由于富营养化而大量繁殖，引起水华和赤潮的频繁发生。藻红蛋白的含量是衡量水体藻类富营养化的一个重要指标，紫外- 可见分光光度计法可以测定水体中藻红蛋白的含量，因此，测定水体中藻红蛋白的含量已经成为水质监测的一个重要指标[15]。

3 多不饱和脂肪酸

多不饱和脂肪酸(PUFA)是指含有2 个或2 个以上双键并且含有18～22 个碳原子的直链脂肪酸。多不饱和脂肪酸根据双键的位置及功能，分为ω-6系列和ω-3 系列。ω-6 系列包括亚油酸和花生四烯酸（AA）等，ω-3 系列包括亚麻酸、二十二碳六烯酸(DHA)、二十碳五烯酸(EPA)等。

多不饱和脂肪酸尤其是ω-3 系列，如EPA、DHA，是哺乳动物所必需的脂肪酸，但是，这些必需脂肪酸在哺乳动物体内不能合成，必须从外界食物中摄取。多不饱和脂肪酸在海洋生物，如藻类、海洋鱼类等中含量比较丰富。传统EPA 和DHA 主要来自于深海鱼油，受深海鱼油胆固醇含量比较高、鱼腥味道比较浓重、脂肪酸结构组成比较复杂等多方面的影响，再加上海洋鱼类不能合成多不饱和脂肪酸，也需要吞食水体中的藻类才得以获取，而藻类可以合成多不饱和脂肪酸，因此，微藻已成为获取多不饱和脂肪酸的主要来源。

利用微藻生产多不饱和脂肪酸具有以下优点：微藻生长速度快、细胞内不饱和脂肪酸含量比较高；藻细胞结构比较简单，微藻比较容易进行大规模培养，其生长培养过程容易受外界环境条件的影响，如果要高效地生产某种特定的不饱和脂肪酸，可以通过改变其培养的条件如温度、光照或者培养基等，就可以获得；微藻中多不饱和脂肪酸结构组成比较简单，容易分离提纯，并且多不饱和脂肪酸制品没有鱼腥味，没有胆固醇，也没有重金属的污染[16-17]。

紫球藻细胞内脂肪酸含量约占总生物量的90%以上，其中多不饱和脂肪酸约占总脂肪酸的50%以上，含量极为丰富，其中花生四烯酸（AA）的含量超过20%、二十碳五烯酸(EPA)的含量超过25%，而DHA 含量很少。AA 和EPA 是哺乳动物所必需的脂肪酸，是合成前列腺素及其衍生物的前提。AA 能够增加血管的弹性、降低血液的黏稠度等；EPA 能够降低血液中的胆固醇和甘油三酯，可以软化血管等。另外，还能缓解过敏反应引起的一系列症状[18]。