海藻多酚提取分離及生物活性研究進(jìn)展

何裊裊 ，陳雅鑫 ，蔡樹蕓，陳偉珠，張怡評(píng)，洪專 *

1. 福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院（福州 350001）；

2. 自然資源部第三海洋研究所，海洋生物資源開發(fā)利用工程技術(shù)創(chuàng)新中心（廈門 361005）

我國(guó)海域遼闊，具有豐富的海洋生物資源，如魚類、貝類、蝦類、藻類及海洋微生物等。其中，海藻作為一大類重要的海洋生物資源，主要分為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過提取活性物質(zhì)，應(yīng)用到食品、藥品等領(lǐng)域，提高附加值、減少資源浪費(fèi)。海藻富含多糖[1-5]、多酚[6]、類胡蘿卜素[7-8]、萜類[9]等眾多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及Fe、Zn等微量元素[10]，研究發(fā)現(xiàn)海藻多酚具有抗腫瘤[11]、抗氧化[12-14]、減肥[15]、消炎[16-17]等多種生物活性，使得海藻多酚的開發(fā)利用研究成為熱點(diǎn)。海藻多酚已應(yīng)用于功能食品、化妝品和海產(chǎn)品保鮮等領(lǐng)域[18-19]?；诖?，對(duì)海藻多酚提取、分離純化方法及生物活性研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，從而為海藻多酚開發(fā)應(yīng)用提供借鑒與參考。

1 海藻多酚的提取工藝

海藻多酚的提取有有機(jī)溶劑浸提、超聲波輔助提取、生物酶提取、超臨界提取、低共熔溶劑提取等方法。與傳統(tǒng)的提取方法有機(jī)溶劑浸提法相比，新型提取法提取效率高、耗時(shí)短，但傳統(tǒng)提取方法的操作簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低，在海藻多酚提取中的應(yīng)用仍比較廣泛。

1.1 浸提法

浸提法是天然產(chǎn)物提取最常用的方法，其中乙醇是提取海藻多酚的常用溶劑，如：甘育鴻等[20]采用乙醇回流法提取海發(fā)菜多酚，在70%乙醇、回流時(shí)間2 h、液固比50∶1 mL/g條件下，海藻多酚提取率為2.20±0.04 mg/g干海藻；呂成林等[21]采用乙醇浸提羊棲菜多酚，最佳提取條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)40%、料液比1∶25 g/mL、提取時(shí)間5 h、提取溫度70 ℃，羊棲菜多酚的提取率為4.60±0.05 mg/g。

1.2 超聲波輔助提取法

由于海藻多酚一般位于大多數(shù)海藻細(xì)胞內(nèi)部，導(dǎo)致常規(guī)浸提法提取的多酚量較少。利用超聲波的特性，破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，能夠加速目標(biāo)物的溶出縮短提取時(shí)間，提高多酚提取率[22]，對(duì)多酚的結(jié)構(gòu)和活性破壞小。Essa等[23]利用水提取法和超聲輔助提取法提取海藻多酚，超聲輔助提取4 h酚類物質(zhì)含量略低于24 h傳統(tǒng)水提法。由此可見，與傳統(tǒng)的浸提法相比，超聲輔助提取法明顯提高了提取速率，并且多酚具有較高的抗氧化活性。

1.3 微波輔助提取法

微波具有選擇加熱和穿透特性，加速海藻多酚在溶劑中的溶解速度，常被應(yīng)用到食品加工和天然產(chǎn)物提取等領(lǐng)域。Hao等[24]利用微波輔助低共熔溶劑提取海藻中黃酮類化合物，回收率高于97%，并且提取結(jié)果對(duì)比表明，微波輔助提取法對(duì)海藻多酚的提取率明顯高于傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑浸提法。

1.4 生物酶提取法

生物酶法提取海藻多酚常用的酶有纖維素酶和果膠酶。孫露川陽(yáng)等[25]研究表明，不同酶的種類、用量、反應(yīng)pH和提取溫度會(huì)影響海藻多酚提取率，通過優(yōu)化對(duì)多酚提取率影響顯著的因素，最終采用纖維素酶進(jìn)行提取，得到銅藻多酚最佳提取條件：液料比25∶1 mL/g，酶用量4%（w/w），酶解溫度55 ℃，酶解時(shí)間6 h，酶解pH 5.0。

1.5 低共熔溶劑提取法

低共熔溶劑提取物往往抗氧化活性更高，可能是低共熔溶劑提高提取物中單體多酚的含量。Hao等[24]利用微波輔助低共熔溶劑提取海藻中黃酮類化合物，回收率達(dá)到97.80%以上。崔夢(mèng)情等[26]利用低共熔溶劑提取葡萄籽多酚，提取物單體酚的含量顯著高于傳統(tǒng)提取溶劑，抗氧化活性明顯高于傳統(tǒng)提取溶劑。低共熔溶劑提取物抗氧化活性提高，可能是低共熔溶劑提高提取物中單體多酚的含量。此外，低共熔溶劑還用于食品樣品前處理[27]，降低常規(guī)分析的成本。

2 海藻多酚的分離純化工藝

海藻多酚粗提物中含有褐藻多糖、色素、蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，需要進(jìn)一步純化。常用的純化方法有溶劑萃取、大孔吸附樹脂柱層析、膜分離技術(shù)、色譜分離技術(shù)等。

溶劑萃取一般與其他的純化方法結(jié)合使用，能明顯提高多酚的純度。李亞嫻[12]利用石油醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取羊棲菜粗提物，利用大孔吸附樹脂吸附純化粗提物；Ovchinnikov等[28]利用石油醚對(duì)海藻進(jìn)行前處理，用乙酸乙酯/丁醇（4∶1）作為萃取溶劑，萃取得到的有機(jī)相和水相濃縮后，利用Sepadex LH-20凝膠柱層析分離純化。

大孔吸附樹脂柱層析法具有操作簡(jiǎn)單、環(huán)保綠色、回收利用等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物分離純化。不同大孔吸附樹脂對(duì)海藻多酚的吸附和解吸能力不同，需要篩選大孔吸附樹脂，通過吸附和解吸動(dòng)力曲線闡述大孔吸附樹脂對(duì)海藻多酚的吸附原理[29]。曾帥等[30]得到羊棲菜多酚的分離純化的最佳動(dòng)態(tài)吸附條件：pH 5，吸附流速1.5 BV/h，樣品液濃度70 μg/mL；最佳動(dòng)態(tài)洗脫條件為洗脫劑乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，洗脫流速1.5 BV/h、洗脫劑用量90 mL，經(jīng)AB-8大孔吸附樹脂吸附分離，羊棲菜多酚純度提高至62.15%。多酚的純度與大孔吸附樹脂種類、pH、粗提物進(jìn)樣速度、洗脫劑流速、洗脫劑濃度等因素有關(guān)。

膜分離技術(shù)成本高，醫(yī)藥行業(yè)應(yīng)用較多，彭榮[31]利用膜色譜（膜技術(shù)和液相色譜結(jié)合）分離純化植物源藥物，GO改性棉纖維膜對(duì)多酚的吸附量約是未改性棉纖維膜的140倍，一次純化石榴皮多酚純度從48.0%提高到76.1%。膜改性技術(shù)可以提高分離效率，特異性改性，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定目標(biāo)物的純化，這也是未來(lái)膜分離技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

色譜分離技術(shù)是利用各種物質(zhì)在流動(dòng)相中的分配系數(shù)不同，從而使各種物質(zhì)分離的一項(xiàng)技術(shù)。劉春平[32]采用高速逆流色譜分離法，分離銅藻中的黃酮類化合物，其純度達(dá)到80%以上。色譜法純化得到的黃酮化合物純度高，有機(jī)溶劑殘留少，但是色譜分離技術(shù)成本高，分離量少，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。

3 海藻多酚生物活性研究

3.1 抗氧化活性

海藻多酚對(duì)DPPH·、ABTS+·自由基的清除能力強(qiáng)[33-35]，具有較強(qiáng)的抗氧化活性。Lee等[36]通過體外活性測(cè)定試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)海藻多酚的質(zhì)量濃度低于1 000 μg/mL時(shí)，海藻多酚隨著濃度的增加，DPPH自由基清除能力、H2O2清除能力、還原能力和金屬離子螯合能力不斷增強(qiáng)；海藻多酚的質(zhì)量濃度高于1 000 μg/mL海藻多酚抗氧化活性降低。Kim等[37]發(fā)現(xiàn)海藻多酚能夠螯合過渡金屬元素，降低細(xì)胞內(nèi)ROS生成量和脂質(zhì)過氧化調(diào)節(jié)DNA氧化損傷和凋亡。海藻多酚能夠降低微小顆粒物造成的氧化性DNA損傷和細(xì)胞凋亡。海藻多酚的抗氧化活性與提取方法、多酚分子量和海藻多酚單體的含量有關(guān)[38]。Liu等[39]發(fā)現(xiàn)褐藻多酚粗提物具有最高抗氧化活性的提取條件：液料比70∶1 mL/g、乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、提取溫度20 ℃，粗提物的抗氧化活性為74.01 mL/g（1/IC50），以多酚抗氧化活性為指標(biāo)，優(yōu)化多酚提取條件提高多酚的抗氧化活性。多酚的抗氧化活性可能與分子量大小有關(guān)系，分子量越小，抗氧化活性越強(qiáng)[40]。

3.2 抗腫瘤活性

褐藻多酚具有一定的抗腫瘤活性，作用機(jī)理：抑制心血管生成，阻斷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸；加強(qiáng)腫瘤組織內(nèi)凋亡基因表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡；作為一種抗氧化劑，清除引發(fā)腫瘤的自由基和有害物質(zhì)，達(dá)到預(yù)防腫瘤的作用。楊勝濤等[41]研究發(fā)現(xiàn)褐藻多酚能抑制腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移和血管生成，抑制HT-1080的遷移、MMP-2、MMP-9、VEGF和HIF-1α蛋白的表達(dá)和HUVEC成管。褐藻多酚處理組腫瘤細(xì)胞凋亡增加，腫瘤組織內(nèi)凋亡蛋白Caspase-3表達(dá)上升，抑凋亡蛋白Bcl-2和增殖相關(guān)蛋白EGFR表達(dá)下降，褐藻多酚也能增強(qiáng)腫瘤小鼠的免疫力[42]。褐藻多酚降低P2X7受體的激活，降低活性氧的產(chǎn)生，褐藻多酚可以作為一種由苯并芘引起的癌變的預(yù)防劑[43]。體外細(xì)胞試驗(yàn)和動(dòng)物試驗(yàn)都證明褐藻多酚具有抗腫瘤活性，既能夠減少DNA損傷，又能夠清除活性氧和其他自由基[44]，海藻多酚對(duì)腫瘤細(xì)胞系具有特異性，對(duì)正常細(xì)胞沒有毒性作用[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，降低人體對(duì)葡萄糖的消化吸收，從而降低餐后血糖升高；海藻多酚還能明顯降低高濃度葡萄糖對(duì)胰腺細(xì)胞的損傷，保持胰島B細(xì)胞的活性，正常分泌胰島素，從而改善血糖濃度。Lee等[45]研究褐藻多酚體外降血糖活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)褐藻多酚對(duì)α-葡萄糖苷酶和淀粉酶的IC50值分別為23.35和6.94 μmol/L，多酚能夠抑制餐后淀粉引起的血糖升高。Lee等[46]研究發(fā)現(xiàn)高濃度葡萄糖（30 mmol/L）處理可導(dǎo)致胰島B細(xì)胞凋亡，馬尾藻多酚處理可恢復(fù)細(xì)胞活力，保護(hù)胰島B細(xì)胞免受高糖誘導(dǎo)的損傷，質(zhì)量濃度為10～100 μg/mL的馬尾藻多酚可降低高糖預(yù)處理的INS-1細(xì)胞的脂質(zhì)過氧化、細(xì)胞內(nèi)活性氧和一氧化氮水平，并以劑量依賴的方式增加細(xì)胞活力和胰島素分泌。

3.4 降血脂和減肥活性

肥胖癥是一種慢性疾病，會(huì)引發(fā)高血脂、糖尿病等疾病。Suzuki等[14]給喂食高脂肪食物的小鼠口服褐藻多酚，結(jié)果發(fā)現(xiàn)褐藻多酚可抑制脂肪量的增加，讓高脂小鼠的脂肪水平正?；?。褐藻多酚通過AMPKCPT-1途徑，增加肝細(xì)胞線粒體的脂肪酸β氧化，加速脂肪酸的分解代謝[47]，海藻多酚還能活化白色脂肪組織，使之變成“褐色”或“米色”脂肪組織，以增加能量消耗，改善脂肪因子失衡和炎癥反應(yīng)。褐藻多酚發(fā)揮最大的活性需要一定的反應(yīng)時(shí)間，劉萌[48]以肝細(xì)胞單純性脂質(zhì)累積為體外模型，褐藻多酚干預(yù)24 h后，褐藻多酚提取物組胞內(nèi)脂質(zhì)清除率達(dá)到36%，48 h后組胞內(nèi)脂質(zhì)清除率達(dá)到57%，72和48 h的清除率相差不大。褐藻多酚降血脂和減肥是通過抑制脂肪量的增加，增加棕色脂肪組織數(shù)量，提高動(dòng)物體內(nèi)的能量消耗，減少堆積脂肪，達(dá)到減肥功效。

3.5 抗炎癥和抑菌等其他活性

多酚化合物的抗炎癥作用是通過調(diào)控生長(zhǎng)因子的信號(hào)通路活化和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，使神經(jīng)無(wú)法感受到傳遞的信號(hào)，降低炎癥介質(zhì)基因表達(dá)，直接阻斷炎癥發(fā)生。AGEs與AGE受體作用能夠啟動(dòng)其下游的相關(guān)信號(hào)通路，從而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，周子藝等[15]發(fā)現(xiàn)植物多酚能抑制AGEs誘導(dǎo)的RAGE上調(diào)，減少NF-κB磷酸化和MAPKs的活化，并顯著降低炎癥介質(zhì)的基因TNF-α，IL-1β和IL-6表達(dá)。多酚化合物通過調(diào)控轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子防治炎癥性腸病及腸纖維化[17]，通過AMPKCPT-1途徑，增加肝細(xì)胞線粒體的脂肪酸β氧化，加速脂肪酸的分解代謝和信號(hào)通路的活化、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)防治炎癥性腸病及腸纖維化。海藻多酚具有抑菌活性，抑菌效果隨多酚濃度的增加而不斷增強(qiáng)。海藻多酚具有廣譜抗微生物性能，對(duì)受試的6種細(xì)菌和2種真菌的最小抑菌濃度為10～40 μg/mL[49]。海藻多酚具有過敏緩解作用，以劑量依賴的方式增強(qiáng)過敏緩解作用，高濃度的多酚具有較強(qiáng)的緩解過敏的作用[50]。

4 海藻多酚在食品工業(yè)中的應(yīng)用

化學(xué)食品添加劑長(zhǎng)期食用會(huì)對(duì)人體造成危害，天然食品添加劑的開發(fā)成為新趨勢(shì)。海藻多酚具有抗氧化抑菌活性，能夠作為天然食品添加劑，改善食品品質(zhì)，延長(zhǎng)食物保質(zhì)期。褐藻多酚能夠減少蛋白質(zhì)中羰基和巰基的氧化[51]，提高魚糜蛋白間的相互作用，增強(qiáng)魚糜凝膠強(qiáng)度，改善魚糜品質(zhì)[52]。褐藻多酚納米粒和殼聚糖制備可食用膜[53]，改善抗氧化活性，3種包裝的保鮮能力分別是聚糖基納米褐藻多酚可食膜+PE包裝＞殼聚糖基褐藻多酚可食膜+PE包裝＞PE包裝。可能是褐藻多酚納米顆粒中的多酚被保護(hù)，抗氧化活性增強(qiáng)，可食用膜可以阻斷空氣氧化，也減少食品自身的氧化變質(zhì)。為減少資源浪費(fèi)，海藻還可以制備生物乙醇、厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣[54]。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

海藻作為一類儲(chǔ)量豐富、可再生的綠色資源，成為人類可以利用的重要的海洋資源。海藻多酚是海藻中高價(jià)值的生物活性物質(zhì)之一，在食品、藥品和化妝品工業(yè)中有許多潛在的應(yīng)用。在未來(lái)的研究中，對(duì)海藻多酚化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物活性的研究將會(huì)是必然趨勢(shì)。而相對(duì)于較為成熟的體外生物活性試驗(yàn)，海藻多酚體內(nèi)的作用機(jī)理研究必然是一大熱點(diǎn)，可以將動(dòng)物試驗(yàn)和臨床試驗(yàn)相結(jié)合，研究其在體內(nèi)的作用機(jī)理、生物利用能力、藥物活性。海藻作為一類儲(chǔ)量豐富、可再生的綠色資源，必將成為人類可以利用的重要的海洋資源。