銅藻主要化學(xué)成分分析及抗氧化活性評價

鄭麗杰,繆曉冬,韓 威,陳 露,金佳穎,劉 睿,3,王欣之,3,吳 皓,3,*(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,江蘇南京 210023;2.江蘇省海洋藥用生物資源研究與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210023;3.江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過程協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京 210023;4.江蘇省方劑高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210023)

近年來,江蘇海域頻繁爆發(fā)“金潮”災(zāi)害,導(dǎo)致輻射沙洲紫菜養(yǎng)殖區(qū)域約占30%的面積受到不同程度的影響,造成紫菜筏架垮塌,紫菜機(jī)械性損傷,受災(zāi)范圍波及鹽城、南通紫菜企業(yè),經(jīng)濟(jì)損失巨大[1-2]。經(jīng)鑒定,該“金潮”災(zāi)害是由漂浮銅藻引起的。銅藻(Sargassumhorneri)是褐藻門墨角藻目馬尾藻科馬尾藻屬的大型海藻[3]?！吨袊幱煤Ｑ笊铩酚涊d銅藻具有“軟堅(jiān)散結(jié),消腫泄熱,利水化痰”之功,它既可作為海藻工業(yè)的優(yōu)質(zhì)原料,又可被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、飼料和有機(jī)肥料等方面,具有較高的商業(yè)價值。近年來江蘇沿海銅藻爆發(fā)量可達(dá)上萬噸,而捕撈后的銅藻藻體卻被隨意堆積,造成一定的環(huán)境污染。因此,如何合理的利用爆發(fā)后的銅藻資源,使其“變廢為寶”,是亟需解決的問題。

現(xiàn)代研究表明,銅藻中含有多糖、膳食纖維、褐藻多酚、巖藻黃質(zhì)、蛋白質(zhì)、脂肪酸及礦物元素等成分,其中多糖、褐藻多酚(Phlorotannin)及巖藻黃質(zhì)(Fucoxanthin)等活性成分研究較為廣泛。顧麗霞等[4]通過單因素與正交試驗(yàn)確定了銅藻粗多糖的提取工藝,并確定其抗氧化能力和免疫調(diào)節(jié)能力;許亞如[5]通過對不同褐藻中褐藻多酚含量測定和抗氧化活性比較,發(fā)現(xiàn)不同褐藻的抗氧化活性與褐藻多酚含量有較大關(guān)系,其中不同褐藻中以銅藻和羊棲菜中褐藻多酚含量較高,抗氧化活性較強(qiáng);胡永東[6]研究了銅藻中巖藻黃質(zhì)提取工藝及抗氧化活性,證明巖藻黃質(zhì)具有較強(qiáng)的清除DPPH、超氧陰離子、以及羥基自由基的能力。

通常銅藻中多糖以水為溶劑進(jìn)行提取,再經(jīng)分級醇沉的方式進(jìn)行純化,邵平等[7]在對銅藻中多糖進(jìn)行粗多糖含量測定及抗氧化活性研究中,將水提后的多糖醇沉分別得到30%、60%、80%醇沉多糖,以30%多糖組分對羥基自由基的清除能力最高,達(dá)98.07%,以60%多糖組分對DPPH自由基清除能力最高,達(dá)85.01%,以80%多糖組分對ABTS自由基清除能力較強(qiáng),還原力較大,即不同多糖組分均具有一定的抗氧化能力。王育信等[8]以響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得到超聲提取褐藻多酚的最佳提取溶劑為55%乙醇;韓典峰等[9]以響應(yīng)面試驗(yàn)得到超聲提取巖藻黃質(zhì)的最佳提取溶劑為70%乙醇,說明可以用不同乙醇對銅藻分別提取這三種活性成分。因此通過對銅藻的不同乙醇提取物的抗氧化進(jìn)行研究,以確定與其相關(guān)的活性成分,為更好的開發(fā)利用銅藻提供參考依據(jù)。

基于此,本課題組對采自江蘇海域“金潮”爆發(fā)期的銅藻進(jìn)行多成分測定分析來評價其品質(zhì),并與不同褐藻進(jìn)行比較,確定銅藻的開發(fā)優(yōu)勢成分,同時為開發(fā)銅藻抗氧化功能保健品提供了參考思路,以達(dá)到合理化利用廢棄的銅藻資源的目的。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

銅藻及其他六種褐藻樣本 見表1,均采集于3～5月份新鮮藻體,所有樣本均由南京中醫(yī)藥大學(xué)陳建偉教授鑒定種屬;葡萄糖、葡萄糖醛酸(≥99.1%) 中國食品藥品檢定研究院;巖藻黃質(zhì)(≥95%)、2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl(分析純) 美國Sigma公司;多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液 國家有色金屬及電子材料分析測試中心;Folin-Ciocalteu試劑(分析純) 北京索萊寶科技有限公司;硝酸65%(分析純) 德國默克公司;氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品 上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司;2,2-聯(lián)氨-雙(3-乙基苯并噻唑啉-6磺酸)二胺鹽(≥98%) 上海源葉生物科技有限公司;乙腈、正己烷、甲醇均 色譜純,美國天地;過硫酸鉀、二甲基亞砜、鹽酸、硫酸等 分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

表1 各樣本采集信息Table 1 Collection information of samples

NexlON 350D電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 美國Perkin Elmer公司;Waters 2695高效液相色譜儀、Waters 2489 UV檢測器 美國Waters公司;Biomate 3S型紫外可見分光光度計(jì)、BP211D型電子天平 德國Sartorious公司;SXL-1216型程控式馬弗爐 國華電器有限公司;OLB9830型半自動凱氏定氮儀 濟(jì)南安賽醫(yī)療器械有限公司;LA8080氨基酸自動分析儀 日本株式會社日立高新技術(shù);Aglient 7890A/5975C氣質(zhì)色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 Aglient Technologies;Major Science多功能培養(yǎng)箱 上海器仁儀器儀表有限公司;Multiskan GO型全波長酶標(biāo)儀 Thermo Fisher scientific。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣本處理 采集的樣本用清水洗凈泥沙,于50 ℃下烘干,打粉過40目篩網(wǎng),避光存放于干燥器中。

1.2.2 營養(yǎng)成分測定方法 蛋白質(zhì):參照GB 5009.5-2016 《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定》[10];粗脂肪:參照GB 5009.168-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測定》[11];

不溶性膳食纖維:參照GB 5009.88-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中膳食纖維的測定》[12];

灰分:參照GB 5009.4-2016 《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測定》[13];

可溶性多糖:采用苯酚-硫酸法[14-15]與咔唑-硫酸法[16];

褐藻多酚:采用Folin-Ciocalteu比色法[17];

巖藻黃質(zhì):巖藻黃質(zhì)含量測定方法參考文獻(xiàn)[18],略有改動,并進(jìn)行方法學(xué)考察,均符合2015版《中華人民共和國藥典》要求。測定為:精密稱取藻粉1.0 g,加入50 mL 70%乙醇,稱重。在50 ℃下超聲提取50 min后,取出放冷,再次稱重并補(bǔ)足失重。取續(xù)濾液進(jìn)HPLC測定峰面積。

氨基酸:參照GB 5009.124-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氨基酸的測定》[19];

脂肪酸:樣品經(jīng)索氏抽提法提取的粗脂肪經(jīng)甲酯化、皂化后,由氣相-質(zhì)譜分析儀(GC-MS)檢測[20];

微量元素:參照GB 5009.268-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測定》[21]。

1.2.3 抗氧化活性研究

1.2.3.1 樣品制備 取銅藻藻粉約10 g,分別使用90%乙醇、70%乙醇、50%乙醇、30%乙醇以及水為提取溶劑,以料液比為1∶15加熱回流提取1 h,抽濾,并取濾液進(jìn)行濃縮,再冷凍干燥得干燥粉末備用。

1.2.3.2 DPPH自由基清除實(shí)驗(yàn) 取DPPH適量,用甲醇配制成濃度為47.3 μg/mL的溶液,并依次稀釋成23.65、11.83、5.92、2.96 μg/mL的溶液,在517 nm 波長下測定OD值。將冷凍干燥后的樣品分別用10%二甲基亞砜溶液配制成系列濃度,以維生素E為對照,取一定濃度的DPPH溶液(OD值在0.6～0.8)150 μL,加入150 μL系列濃度樣品溶液,終濃度為0.0156、0.0312、0.0625、0.1250、0.2500、0.5000 mg/mL,分別在37 ℃孵育箱中反應(yīng)30 min后測定(A0),同時以10%二甲基亞砜溶液代替樣品作為對照溶液(A1),以10%二甲基亞砜溶液代替DPPH溶液作為樣品空白溶液(A2),按下列公式計(jì)算不同提取物對DPPH自由基的清除率。

清除率(%)=[A1-(A0-A2)]/A1×100

1.2.3.3 ABTS自由基清除實(shí)驗(yàn) 將5 mL 7.4 mmol/L ABTS和88 μL 2.6 mmol/L過硫酸鉀溶液混合,在室溫、避光條件下靜置12～16 h,形成ABTS儲備液,該儲備液在室溫、避光的條件下表現(xiàn)穩(wěn)定,使用前用甲醇適當(dāng)稀釋成工作液,使其在734 nm波長下的OD值為0.70～0.80。將冷凍干燥后的樣品分別用10%二甲基亞砜溶液配制成系列濃度,以維生素E為對照,取一定濃度的ABTS溶液150 μL,加入10 μL系列濃度樣品溶液,終濃度為0.00625、0.0125、0.0300、0.0600、0.0800、0.100、0.125 mg/mL,分別在37 ℃孵育箱中反應(yīng)90 min后測定(A0),同時以10%二甲基亞砜溶液代替樣品作為對照溶液(A1),以10%二甲基亞砜溶液代替ABTS溶液作為樣品空白溶液(A2),計(jì)算不同提取物對ABTS自由基的清除率。

清除率(%)=[A1-(A0-A2)]/A1×100

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 銅藻與六種褐藻之間常規(guī)營養(yǎng)成分比較分析

表2為銅藻與六種常見褐藻中常規(guī)營養(yǎng)成分測定結(jié)果。本實(shí)驗(yàn)采用凱氏定氮法對不同褐藻中蛋白質(zhì)含量進(jìn)行測定,結(jié)果顯示不同褐藻中蛋白質(zhì)含量在9.54%～28.70%之間,其中以裙帶菜含量最高,達(dá)28.70%,銅藻中蛋白質(zhì)含量高于海帶、羊棲菜、海蒿子,且有顯著性差異(P<0.05)。采用索氏抽提法提取粗脂肪,結(jié)果顯示不同褐藻中粗脂肪含量在0.73%～1.71%之間,銅藻中粗脂肪含量略低于海帶、鼠尾藻,高于其他四種褐藻,且有顯著性差異(P<0.05)。采用酶解重量法測定不溶性膳食纖維含量,除海蒿子外,銅藻與其他褐藻之間無顯著性差異。采用熾灼殘?jiān)▽Σ煌衷逯谢曳诌M(jìn)行含量測定,結(jié)果顯示不同褐藻中灰分含量范圍為10.32%～20.72%,銅藻中灰分僅低于海帶和裙帶菜。

表2 銅藻及六種常見褐藻中常規(guī)營養(yǎng)成分的含量(以干重計(jì))Table 2 Contents of nutritional components in Sargassum horneri and six Phaeophyta(measured by dry weight)

2.2 銅藻與六種褐藻中活性成分比較分析

表3銅藻與六種褐藻中三種活性成分的測定結(jié)果。其中可溶性多糖的含量范圍為5.44%～16.76%,以裙帶菜中最高,達(dá)16.76%,含量由大到小的順序依次為裙帶菜>海帶>羊棲菜>海蒿子>鼠尾藻>銅藻>裂葉馬尾藻,可見銅藻中可溶性多糖含量較低。不同褐藻中褐藻多酚含量在1.43～11.29 mg/g之間,以羊棲菜中含量最高,達(dá)11.29 mg/g,銅藻中褐藻多酚含量相對較高,含量由大到小的順序依次為羊棲菜>銅藻>鼠尾藻>裂葉馬尾藻>海蒿子>裙帶菜>海帶,除羊棲菜、海帶外,銅藻與其他褐藻之間褐藻多酚含量無顯著性差異。不同褐藻之間巖藻黃質(zhì)含量范圍為0.35～3.47 mg/g,其中以銅藻中巖藻黃質(zhì)含量最高,達(dá)3.47 mg/g,顯著高于其他六種褐藻(P<0.05)。

表3 銅藻與六種常見褐藻中活性成分的含量(以干重計(jì))Table 3 Contents of active components in Sargassum horneri and six Phaeophyta(measured by dry weight)

2.3 氨基酸組成與分析

氨基酸作為構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本物質(zhì),其含量和各種氨基酸組成比例與藻類的品質(zhì)有較密切的關(guān)系。表4為銅藻與六種褐藻中氨基酸檢測結(jié)果。銅藻中總氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.50%,低于裙帶菜、裂葉馬尾藻和鼠尾藻,高于海帶、羊棲菜和海蒿子,但銅藻中必需氨基酸占總氨基酸的41.76%,除海帶外,大于其他五種褐藻,必需氨基酸占非必需氨基酸的78.82%,符合FAO/WTO推薦的理想氨基酸模式(CEAA/CTAA)≥40%,CEAA/CNEAA≥60%),蛋白、氨基酸品質(zhì)較佳。

表4 銅藻與六種褐藻氨基酸組成及含量(以干重計(jì))Table 4 Amino acid compositions and content of in Sargassum horneri and six Phaeophyta(measured by dry weight)

2.4 脂肪酸組成與分析

采用GC-MS對脂肪酸進(jìn)行分析,結(jié)果見表5。不同褐藻之間各脂肪酸相對百分含量差異較小,七種褐藻中均以C16和C18系脂肪酸為主,其中飽和脂肪酸(SFA)均以棕櫚酸(C16∶0)相對含量最高,單不飽和脂肪酸(MFA)均以油酸(C18∶1)相對含量最高,多不飽和脂肪酸(PUFAs)均以花生四烯酸(C20∶4)相對含量較高。不同褐藻中,多不飽和脂肪酸相對百分比在13.19%～34.56%之間,研究表明PUFAs具有預(yù)防或降低心腦血管疾病風(fēng)險的作用,營養(yǎng)價值較高[22],銅藻中多不飽和脂肪酸相對百分含量高于海蒿子、裙帶菜,但低于其他四種褐藻。

表5 不同褐藻中脂肪酸相對百分比(以干重計(jì),%)Table 5 Relative percentage of fatty acids in different Phaeophyta(measured by dry weight,%)

2.5 微量元素含量分析

微量元素是酶和維生素必需的活性因子,構(gòu)成某些激素或參與激素的作用,并參與基因的調(diào)控和核酸的代謝以及其他特殊的生理功能等。本實(shí)驗(yàn)共檢測了10種微量元素,包括鐵、銅、錳、鋅、鈷、鎳、釩、錫等8種人體必需微量元素。結(jié)果見表6。Zn含量以銅藻最高,為132.00 mg·kg-1,Fe含量僅低于海蒿子和裂葉馬尾藻,高于其他幾種褐藻。銅藻Ni、B、Mn含量最低。

表6 不同褐藻中微量元素含量(以干重計(jì))Table 6 Contents of trace elements in different Phaeophyta(measured by dry weight)

2.6 抗氧化活性研究

2.6.1 DPPH自由基清除實(shí)驗(yàn) 通過將DPPH溶液適當(dāng)稀釋系列濃度,在517 nm下測定OD值,結(jié)果表明DPPH溶液在濃度為2.98～47.3 μg/mL呈良好的線性關(guān)系,線性回歸方程為Y=0.0123X+0.0469(R2=0.9999)。故本實(shí)驗(yàn)選擇OD值在0.6～0.8之間的濃度為47.3 μg/mL DPPH溶液為測試液。不同濃度乙醇提取物對DPPH自由基的清除結(jié)果見圖1。隨著各提取物濃度的增加,以90%、70%、50%乙醇提取物的DPPH自由基清除率增加緩慢,而水提取物和30%乙醇提取物的清除率升高較快,當(dāng)濃度為0.5 mg/mL時,30%乙醇提取物的DPPH自由基清除率最高,清除率可達(dá)83.59%,IC50值為0.097 mg/mL。

圖1 不同提取物對DPPH自由基清除活性(a)及IC50值(b)Fig.1 Scavenging activity of different extracts on DPPH(a)and IC50 values(b)

2.6.2 ABTS自由基清除實(shí)驗(yàn) 銅藻不同濃度乙醇提取物對ABTS+自由基清除的結(jié)果見圖2。隨著各提取物濃度的增加,對ABTS自由基清除率逐漸增加,但各濃度提取物中均以30%提取物的清除率最高,尤其當(dāng)濃度達(dá)0.125 mg/mL時,清除率可達(dá)98.81%,其IC50值為0.027 mg/mL。

圖2 不同提取物對ABTS自由基清除活性(a)及IC50值(b)Fig.2 Scavenging activity of different extracts on ABTS+·(a)and IC50 values(b)

2.6.3 不同提取物中三種活性成分含量及相關(guān)性分析 銅藻中可溶性多糖、褐藻多酚及巖藻黃質(zhì)三種成分具有較好的抗氧化活性,因此對不同乙醇提取物中三種成分進(jìn)行含量測定,結(jié)果見圖3。結(jié)果顯示水提物和30%乙醇提取物中可溶性多糖含量最高,分別為5.18%、5.19%,兩者之間無顯著性差異(P>0.05);50%乙醇提取物中褐藻多酚含量最高,為8.74 mg/g;與王育信等[8]以響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)確定提取褐藻多酚的最佳提取溶劑為55%乙醇結(jié)果相近;70%乙醇提取物中巖藻黃質(zhì)含量最高,為0.86 mg/g,與韓典峰等[9]以響應(yīng)面試驗(yàn)確定提取巖藻黃質(zhì)的最佳提取溶劑為70%乙醇結(jié)果一致。

圖3 不同提取物三種活性成分含量Fig.3 Contents of three active ingredients in different extracts注:NS表示二者之間無顯著性差異;*表示P<0.05;**表示P<0.01;***表示P<0.001。

由三種成分含量與DPPH自由基清除的IC50值、ABTS自由基清除的IC50值的Spearman相關(guān)性分析可得(見表7),以可溶性多糖與DPPH自由基清除的IC50值、ABTS自由基清除的IC50值相關(guān)性最高,且呈負(fù)相關(guān),即當(dāng)可溶性多糖含量越高時,自由基清除率的IC50值越低,抗氧化活性越好,其中巖藻黃質(zhì)雖有較好的抗氧化活性,但因其在銅藻內(nèi)含量較低,所起作用也越低,而其是脂溶性成分,與可溶性多糖含量呈一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系,故出現(xiàn)巖藻黃質(zhì)與IC50值是正相關(guān)。

表7 抗氧化活性成分含量與抗氧化活性之間的相關(guān)性Table 7 Correlation between antioxidant contents and antioxidant activity

3 討論與結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)所研究的對象銅藻、裂葉馬尾藻以及鼠尾藻均屬于馬尾藻科馬尾藻屬的海藻,三者之間不溶性膳食纖維、可溶性多糖和褐藻多酚等成分之間差異較小,可見同種屬的海藻之間品質(zhì)差異較小。因此“金潮”期爆發(fā)產(chǎn)生的銅藻,雖對紫菜養(yǎng)殖及海洋環(huán)境造成一定的危害,但其本身的利用價值依然存在。如銅藻中蛋白質(zhì)含量較高且蛋白氨基酸組成模式(CEAA/CTAA)=41.76%,CEAA/CNEAA=78.85%)符合FAO/WTO推薦的理想蛋白氨基酸組成模式(CEAA/CTAA)≥40%,CEAA/CNEAA≥60%)。因此該銅藻資源可作為動物飼料添加品加以利用,以作為蛋白氨基酸的補(bǔ)充劑。褐藻多糖包括褐藻膠、褐藻糖膠及褐藻淀粉,其中褐藻糖膠水溶性較好[23],具有抗氧化、抗腫瘤以及提高免疫系統(tǒng)的作用[24-25],目前已廣泛應(yīng)用到保健品、化妝品等產(chǎn)品中[26-27]。不同褐藻之間比較,發(fā)現(xiàn)可溶性多糖含量以裙帶菜和海帶中含量較高,顯著(P<0.05)高于馬尾藻科的五種海藻。褐藻多酚是褐藻在生長過程中為了抵御病蟲害以及各種環(huán)境壓力而產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物,具有抗氧化、抗菌、抗腫瘤、降血糖、降血脂、對神經(jīng)系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)作用[28-30]。七種褐藻中銅藻所含褐藻多酚含量僅低于羊棲菜,與其他幾種褐藻之間無顯著性差異。因此可將該銅藻資源和其他褐藻一樣可作為褐藻多酚提取來源。巖藻黃質(zhì)是一種類胡蘿卜素的含氧衍生物,主要分布于褐藻、金藻、硅藻等藻類之中,目前多從褐藻類,如海帶、馬尾藻、裙帶菜等中提取獲得,具有抗氧化、抗癌、抗炎、抗糖尿病和抗肥胖[31-34]等活性。通過測定發(fā)現(xiàn),銅藻中含有較高的巖藻黃質(zhì),故將該資源作為巖藻黃質(zhì)成分的提取原料,具有一定的優(yōu)勢。綜上,銅藻雖屬于生態(tài)災(zāi)害產(chǎn)生的資源,仍具有較大的利用價值,因此對其進(jìn)行廢物利用,既能解決隨意堆積的環(huán)境問題,也可實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

銅藻中多個活性成分具有抗氧化活性,如多糖、褐藻多酚以及巖藻黃質(zhì)等,本實(shí)驗(yàn)以不同溶劑提取銅藻,以DPPH自由基和ABTS自由基的清除能力來初步考察不同提取物的抗氧化活性。在兩種體系中均以30%乙醇提取物的IC50值最低,抗氧化活性較好,Spearman相關(guān)分析可知,可能與其所含的可溶性多糖含量較高有關(guān),而水提取物中可溶性多糖雖與30%乙醇提取物中所含多糖含量無顯著性差異,但其抗氧化活性卻與其有顯著性差異,可能的影響因素是以30%乙醇為提取液時,除多糖以外,還含有一定的褐藻多酚和巖藻黃質(zhì),對該提取物的抗氧化活性有一定的影響。故當(dāng)銅藻提取液作為抗氧化活性物質(zhì)使用時,可選擇30%乙醇作為提取溶劑。