梁克紅

（農業(yè)部食物與營養(yǎng)發(fā)展研究所，北京 100081）

藻蛋白質的研究與應用進展

梁克紅*

（農業(yè)部食物與營養(yǎng)發(fā)展研究所，北京 100081）

評述了藻蛋白質的營養(yǎng)價值，以及抗氧化、抗凝血、抗菌、抗腫瘤等多種保健功能；藻蛋白質是藻類重要的組分，具有多種生物活性。綜述了藻蛋白質在食品、藥品及化妝品領域的應用，為藻蛋白質功能的進一步開發(fā)和深入研究提供參考。

藻蛋白質；營養(yǎng)價值；藥理價值

海洋約占世界70%以上的地表面積，蘊含著豐富的生物資源［1］。藻類作為海洋生物中的一個大家族，可以在高鹽、極端溫度、弱光和營養(yǎng)缺乏等極端環(huán)境中生存［2］。藻的形態(tài)多種多樣，根據色素沉淀主要分為藍藻、褐藻、紅藻和綠藻4類［3］。

大多數藻蛋白質營養(yǎng)價值較高，富含天冬氨酸、谷氨酸和亮氨酸等氨基酸。近年來，從藻細胞中分離出大量的蛋白質類生物活性物質，這些物質具有抗氧化［4］、降壓［5］、免疫調節(jié)［6］、抗腫瘤［7］、保肝、抗凝血等作用，被廣泛應用于食品、醫(yī)藥、化工等領域。

1 藻類中蛋白質含量

藻類含有豐富的蛋白質資源，有些藻中的蛋白質品質優(yōu)于常規(guī)富含蛋白質的食物，如大豆、谷物、雞蛋、魚［8］等。由于藻種和季節(jié)的不同，藻中的蛋白質含量也有所差異。藍藻中的蛋白質含量較高，螺旋藻中的蛋白質質量分數可高達71%（見表1），綠藻和紅藻次之，褐藻中的蛋白質含量較低。藻中蛋白質含量隨著季節(jié)的改變而變化，通過對法國大西洋沿岸的掌形藻（Palmaria palmata）進行全年蛋白質水平監(jiān)測，發(fā)現掌形藻的蛋白質質量分數最高值出現在冬末春初（25%），而最低值則在夏季（9%），類似結果也在其它藻種中發(fā)現，如掌狀海帶（Laminaria digitata）、石莼（Ulva lactuca）［9］。

表1 藻類的蛋白質含量Table 1Protein content of algae

2 藻蛋白質的營養(yǎng)價值和應用

人類食用發(fā)菜、螺旋藻和束絲藻等藍綠藻已經有上千年的歷史。實驗證明，螺旋藻比牛奶含有更多的鈣、磷、鉀、鎂，并含有豐富的微量元素、酶和天然色素，并且膽固醇含量很低。螺旋藻（Spirulina platensis）蛋白質中賴氨酸的含量是50～55 mg/g，蛋氨酸+半胱氨酸的含量是15～20 mg/g，蘇氨酸含量是45～50 mg/g，這些值均高于FAO和WHO的推薦值，因此螺旋藻被世界糧農組織推薦為21世紀人類最理想的保健食品［15］。目前，據不完全統計，全世界螺旋藻年產達到5 000 t以上。由于亞洲擁有很多規(guī)模較小的生產廠家，數據很難準確計算，這一市場正在迅速擴大［16］。除了作為一種優(yōu)良的蛋白質源，有些藻蛋白質也被用于做乳化劑應用到食品生產中，Schwenzfeier等從融合微藻（Tetraselmis sp.）中分離得到一種可溶性藻蛋白質，在pH5～7范圍內形成穩(wěn)定乳狀［17-18］。藻類除了用于食品，也可以作為各種動物包括魚類（水產養(yǎng)殖）和畜禽的飼料。當前，世界藻類產量的30%都用于動物飼料，螺旋藻產量的50%用于飼料添加劑［10］。Guil等研究發(fā)現，擬微球藻（Nannochloropsis spp.）和三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）的蛋白質總量低于大豆粉的，但是擬微球藻（Nannochloropsis spp.）的疏水氨基酸和親水氨基酸質量分數分別是41.6%和22.9%，三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）的疏水氨基酸和親水氨基酸質量分數分別是40.7%和21%，均高于大豆粉的，這些藻可以作為生產高蛋白質產品的原料［19］。

藻膽蛋白質是存在于某些藻類（主要是紅藻、藍藻）的藻膽體中的一類色素復合蛋白質［20］。按光譜特性可把藻膽蛋白質分為藻藍蛋白質、別藻藍蛋白質和藻紅蛋白質等［21］。日本油墨化學工業(yè)公司使用藻藍蛋白質開發(fā)了一種叫麗娜藍的產品，用于口香糖、冰凍果子露、冰棍、糖果、飲料、乳制品和芥末產品中。藻藍蛋白質由于具有抗氧化功能，常常被用于保健食品［22］。?；撬崾且环N含硫的非蛋白質氨基酸，與胱氨酸、半胱氨酸的代謝關系密切。扁平石花菜（Gelidium subcostatum）和橢圓蜈蚣藻（Grateloupia elliptic）中的?；撬岷糠謩e高達998.7 nmol/g和198.2 nmol/g［23］。最近，?；撬嵋呀涢_始用于保健食品、飲料和膳食補充劑中。

3 藻蛋白質的藥理價值與應用

3.1 抗氧化活性

抗氧化劑可以捕獲并中和自由基，祛除自由基對人體的損害。海洋的低光強和高氧環(huán)境，特別是夏季時強紫外線輻射使海藻成為天然的抗氧化劑［24］。海洋中的氧濃度隨著海洋溫度、營養(yǎng)素、光照強度的季節(jié)性變化而變化，這種天然的氧化環(huán)境使藻細胞中形成自由基和其他活性氧來保護自己［25］。Sheil等人研究發(fā)現，某些氨基酸序列之間的共價鍵和相應的熱穩(wěn)定性具有抗氧化性［26］。大量的研究表明，海藻蛋白質水解產物都具有抗氧化活性。Heo和Jeon發(fā)現，鐵釘菜（Ishige okamurae）的酶水解物可以消除過氧化氫，堿性蛋白酶、復合風味蛋白酶、Kojizyme酶、Protamex蛋白酶的水解產物均表現出較高的過氧化氫消除活性，當質量濃度達140 μg/mg時，它們的活性分別是91.62%、93.41%、96.27%和93.71%。Kojizyme酶解產物有較高的熱穩(wěn)定性，100℃加熱24 h后過氧化氫消除活性保留率仍能達到70%。微勞馬尾藻（Sargassum fulvellum）、鼠尾藻（Saragassum thunbergii）、銅藻（Sargassum homeri）的堿性蛋白酶、復合風味蛋白酶、Protamex蛋白酶的酶解產物也表現出顯著的過氧化氫消除活性［27］。小球藻蛋白質廢液經過胃蛋白酶水解后，分離純化得到一個相對分子質量是1 309的肽（VECYGPNRPQF），這個肽顯示出較高的ABTS自由基消除和超氧陰離子自由基消除活性［28］。

紅藻、褐藻等大型經濟海藻中廣泛存在一類低分子水溶性紫外線吸收物質——類菌孢素氨基酸，有報道稱這一物質可以抑制活性氧自由基的產生［29］。Brown先后在紅藻中發(fā)現了一種肌肽，這是一種組氨酸二肽，可以螯合過渡金屬并具有抗氧化作用［30］。多肋菜（Castaria costata）、滸苔（Enteromorpha prolifera）、蜈蚣藻（Grateloupia filicina）和紫菜（Porphyra tenera）的胃蛋白酶的水解產物不僅表現出抗氧化活性，而且具有抑制血管緊張素轉化酶（ACE）和抗腫瘤活性。滸苔（Enteromorpha prolifera）和紫菜（Porphyra tenera）的酶水解產物具有抑制酪氨酸酶的活性。酪氨酸酶是一種含有銅離子的多功能酶，它能夠造成皮膚色素沉淀，并且對帕金森病和其他神經退行性疾病的治療有重要作用［26］。

3.2 抗凝血活性

目前，關于藻蛋白質或多肽抗凝血活性的研究較少。Guru等從褐藻軟葉馬尾藻（Sargassum tenerrimum）、圍氏馬尾藻（Sargassum wightii）、小葉喇叭藻（Turbinaria conoides）、喇叭藻（Turbinaria ornata）和四迭團扇藻（Padina tetrastromatica）中提取到粗硫酸化多糖（Crude sulphated polysaccharides，SPS），具有抗凝血活性。研究發(fā)現，SPS含有糖、硫酸鹽和蛋白質的成分［31］。Matsubara等從凍沙菜（Hypnea japonica）中分離出一種可以抑制血小板凝集的糖蛋白質，這種糖蛋白質可以抑制ADP、膠原引起的人血小板凝集［32］。Athukorala等通過熱提取法從韓國濟州島地區(qū)的22種綠藻和褐藻中分離出具有抗凝血活性的糖蛋白質，其中最高的是刺松藻（Codium fragile）和銅藻（Sargassum horneri）［33］。目前發(fā)現的具有抗凝血活性的多為糖蛋白質。

3.3 抗菌活性

研究發(fā)現，鐵釘菜（Ishige okamutae）和羊棲菜（Sargassum fusiforme）的蛋白質提取物對紅色鏈孢霉的菌絲生長和孢子萌發(fā)有一定的抑制作用。崗村凹頂藻的蛋白質提取物對圓弧青霉、綠色木霉、紅色鏈孢霉、玉米大斑病菌和稻瘟病菌均表現出抑制作用［34］。在塞內加爾海岸的紅藻中分離出一種新的二肽衍生物，結果發(fā)現這種二肽衍生物對沙雷式菌和傷寒桿菌均表現出抑菌性。螺旋藻蛋白質中分離純化得到一種相對分子質量是36 000的多肽，對金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌均有抑菌活性，該肽對大腸桿菌的最小抑菌濃度比山梨酸的還要小［35］。

3.4 抗腫瘤活性

鋸齒麒麟菜（Eucheuma serra）中含有一種糖蛋白質，對癌癥細胞群（如結腸癌Colo201細胞和宮頸癌Hela細胞）具有細胞毒性［36］。ESA-2另一種從鋸齒麒麟菜中分離出來的凝集素，可以抑制小鼠的結腸癌。羽藻屬綠藻（Bryopsis sp.）中分離到一種環(huán)縮肽（Kahalalide F），可控制肺癌、結腸癌、前列腺癌等多種腫瘤［37-38］。Subhashini等發(fā)現，50 μmol藻藍蛋白質處理慢性粒細胞白血病細胞系（K562）48 h，使其增殖速度顯著降低。除此之外，通過流式細胞儀發(fā)現分別使用25、50 μmol的藻藍蛋白質處理K562 48 h后，分別有14.11%和20.93%的細胞處于sub-G0/G 1期，藻藍蛋白質使細胞色素c從線粒體進入到細胞質中從而使K562細胞凋亡［39］。Dolastatin-10最早是從截尾海兔（Dolabella auricularia）中分離出的一種18元環(huán)六肽，對腫瘤細胞有弱細胞毒性。Luesch等發(fā)現，Dolastatin-10其實是源于海兔的食物來源之一的束藻（Symploca sp.）［40］。這些結果說明，藻類可以用于開發(fā)治療癌癥的藥物。

3.5 免疫刺激活性

Arya和Gupta報道了一種從巨大鞘絲藻中分離出的結構新穎的脂肽（Microcolin-A），具有很強的免疫抑制活性［41］。王連芬等采用胰蛋白酶對螺旋藻作蛋白酶解得到蛋白質水解物，將所得的水解物對Balb/c小鼠進行灌胃，腹腔注射和尾靜脈注射，采用ELISA試劑盒測定小鼠血清中IL-10、TGF-ɑ、IL-4、IL-6、THF-α、IFN-γ、IL-1β細胞因子變化情況。從實驗結果發(fā)現，這些細胞因子水平均有所提高，說明螺旋藻蛋白質水解產物通過對細胞因子水平的調節(jié)，進而對機體免疫功能發(fā)揮重要的調節(jié)作用［42］。

3.6 降壓活性

心血管疾病被認為是導致死亡的重要因素之一，與高血壓有著密切的關系。血管緊張素轉化酶抑制劑（ACEI）可以用于高血壓的治療。王韻等從一種富硒螺旋藻中提取到含硒蛋白質，利用胃蛋白酶-胰蛋白酶-胰凝乳蛋白酶聯合酶水解含硒蛋白質，得到的多肽對血管緊張素轉化酶（ACE）的抑制效率高達89.47%［43］。Sheih等從小球藻的蛋白質廢液中分離出一個具有11個氨基酸的多肽（Val-Glu-Cys-Tyr-Gly-Pro-Asn-Arg-Pro-Gln-Phe），有ACEI抑制活性（IC50值是29.6 μmol）。純化出的多肽在pH 2～10之間、溫度40～100℃之間仍然表現出抑制活性，具有較好的熱穩(wěn)定性和pH穩(wěn)定性［28］。關于從藻中分離出具有ACEI抑制活性多肽的研究已有較多，有關ACEI的長期療效以及安全性的研究還較少。因此，關于具有生物活性的藻多肽在預防和治療高血壓方面的作用還需要作更多研究。

4 藻蛋白質在化妝品行業(yè)中的應用

在過去的數10年，由于藻類富含對人體有益的成分，作為食物被大眾所接受。近幾年，藻類也開始應用于化妝品，目前主要是螺旋藻和小球藻。藻蛋白質可以保濕，還可以治療和修復受損的皮膚，向皮膚提供營養(yǎng)，主要用于皮膚、頭發(fā)保養(yǎng)產品，如抗衰老、修復、潤膚面霜。Protulines是一種螺旋藻蛋白質提取物，可以修復早期皮膚老化，緊縮皮膚，防止皺紋形成。小球藻的提取物（Dermochlorella）可以刺激皮膚的膠原蛋白質合成，從而可以使組織再生并減少皺紋［44］。歐盟將這些產品納入到歐盟化妝品法規(guī)1223/2009的管理中。陸續(xù)也出現了一些其它藻種（如紫菜Porphyra spp.、裙帶海藻等）的藻蛋白質化妝產品。

紅藻和藍藻中含有的藻膽蛋白質，其天然的色素可以作為多種化妝品色彩來源。藍藻含有大量的藻藍蛋白質，具有天然的藍色，是化妝品中藍色的來源［45］。藻紅蛋白質具有熱穩(wěn)定性和pH耐受性特性，可以用于口紅、眼線膏等化妝品的自然粉色和紫色來源。

類菌胞素氨基酸（Mycosporine-like amino acids，MAAs）是以環(huán)己烯酮為基本骨架，與不同類型氨基酸通過胺縮合作用形成的水溶性物質，在藍藻和真核藻類中廣泛存在。MAAs在310～360 nm的紫外光區(qū)具有強的吸收能力，對紫外光UV-A和UV-B具有較高的吸收率，可以用作防曬產品的原料［46-47］。MAAs的主要種類有asterina-330、mycosporine-gly、porphyra-334和shinorine。目前，市場上已有化妝品中含有從臍形紫菜（Porphyra umbilicalis）中提取的porphyra-334和shinorine［48］。可見，藻蛋白質在化妝品領域亦具有廣闊的應用前景。

5 展望

目前，已經發(fā)現有上萬種藻，但是只有其中幾千種被收集，幾百種在研究其化學成分，少量的用于工業(yè)化生產。藻蛋白質對人體具有多種有益的功能，我國對藻蛋白質的開發(fā)利用時間也不長，大多還處于實驗室研究階段，應用開發(fā)正在起步。為了提高藻蛋白質的利用率，降低生產成本，有必要在藻種選育、培養(yǎng)條件和培養(yǎng)方法的改進，在提取、分離和純化的工藝優(yōu)化方面等進行進一步深入研究。

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Progress in Studies and Application of the Algae Protein

LIANG Kehong
（Institute of Food and Nutrition Development，Ministry of Agriculture，Beijing 100080，China）

The algae protein has a variety of biological activities.This article reviewed its nutritional values and health effects including antioxidant，anticoagulant，antibacterial，antitumor and other functions.Its application in food，medicine and cosmetics was also concluded herein.This paper would arouse further research and development of algae protein.

algae protein，nutritional values，pharmacological values

TS201

A

1673—1689（2015）06—0569—06

2014-09-23

梁克紅（1984-），女，河北石家莊人，工學博士，助理研究員，主要從事食物營養(yǎng)研究。E-mail：liangkehong@caas.cn