海帶多糖的結(jié)構(gòu)特征、生物活性及其應用

◎ 林曉娟，蘇志琛，陳繼承

（福建農(nóng)林大學 食品科學學院，福建 福州 350000）

海帶中含有豐富的多糖，且應用范圍非常廣泛，在食品、農(nóng)業(yè)、膳食補充劑等領域都有涉及。在過去的幾年里，人們對褐藻細胞壁中不同類型的多糖產(chǎn)生極大的興趣[1]，尤其是海帶多糖[2]。海帶多糖是一種幾乎無副作用且有著豐富生理活性的植物多糖，是一種活性成分，在維持人體健康、預防各類疾病方面意義重大，同時在食品領域具有廣闊的前景。海帶多糖是一種存在于褐藻中的開發(fā)相對不足的多糖，近些年來研究者們對其結(jié)構(gòu)進行了研究，加大了對海帶多糖的利用，市場前景非常廣闊。

1 海帶多糖的概述

1.1 海帶多糖的分類

海藻多糖根據(jù)其來源不同主要劃為褐藻多糖、綠藻多糖以及紅藻多糖3大種類，而海帶多糖是源于褐藻的多糖[3]。根據(jù)溶解性的不同，海帶多糖可分為可溶性海帶多糖和不溶性海帶多糖，其中可溶性海帶多糖主要有纖維素、半纖維素，不溶性海帶多糖主要有褐藻膠、巖藻多糖硫酸酯和褐藻淀粉[4-5]；根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，海帶多糖一般可分為褐藻膠、巖藻多糖和褐藻淀粉3大類[6]。海帶多糖是通過D-吡喃葡萄糖中的β-1,3糖苷鍵將其連接形成的一種β-葡聚糖[7]，由于海帶多糖的硫酸化結(jié)構(gòu)比較特殊，并且多糖含量較豐富，因而具有多種生物學功效，用途也非常廣泛。

1.2 海帶多糖的結(jié)構(gòu)

巖藻多糖富含硫酸基，硫酸基團主要位于4號位，在褐色海藻中廣泛存在。不同海藻含有的巖藻多糖結(jié)構(gòu)不盡相同，大致分為兩種類型：一種是以（1-3）α-L-吡喃巖藻糖為重復單元的主鏈，另一種是以（1-3）-吡喃巖藻糖和（1-4）-α-L-吡喃巖藻糖為重復單元的主鏈[8]。海帶中的巖藻多糖多以1,4-鍵和1,3-鍵的方式存在，由α-L-巖藻糖-4-硫酸酯單體聚合而成。海帶巖藻多糖提取物含有的均一多糖TC-1主要由巖藻糖構(gòu)成，并且還具有結(jié)構(gòu)極其復雜的硫酸酯多糖[9]、半乳糖以及少量的葡萄糖、木糖和甘露糖[10]。海帶中巖藻多糖的含量一般為0.3%～1.5%。

褐藻膠主要由α-1,4-L-古羅糖醛酸（G）和β-1,4-D-甘露糖醛酸（M）構(gòu)成，褐藻膠中M和G是以M-嵌段、G-嵌段和MG-嵌段存在[11]，在海帶中，M/G的值在2.26左右，且海帶基部＞中部＞尖部，M/G的比值不同不僅造成其結(jié)構(gòu)具有差異，對其性質(zhì)也會造成一定的影響[12]。褐藻膠包含LP-1、LP-2、LP-3以及LP-4 4個組分，其中LP-1組分含量較少，LP-3和LP-4都是均一多糖，而LP-2又包括了LP-21和LP-22兩種均一多糖。褐藻膠包括了水不溶性的褐藻酸，各種水溶性和水不溶性的藻酸鹽類，如褐藻酸鈉、褐藻酸胺等[13]。海帶中褐藻膠的含量一般在15%～25%。

褐藻淀粉是存在于細胞質(zhì)中的多糖，主要由β-1,3-D-葡聚糖組成，還有少量的β-1,6鏈間糖苷鍵在其長鏈。褐藻淀粉包括水溶性和水不溶性兩種：支鏈數(shù)目決定其溶解度，支鏈多的為水溶性，可溶于冷水；支鏈少的不可溶于水，只能溶于熱水。褐藻淀粉在海帶中的含量較少，約為1%。

2 海帶多糖的生物學功效及其作用機制

2.1 調(diào)節(jié)腸道菌群

2.1.1 調(diào)節(jié)腸道菌群代謝物

海藻多糖由多糖代謝產(chǎn)生的短鏈脂肪酸（SCFAs）可以抑制腸道內(nèi)有害物質(zhì)生成，抑制有害菌生長，在維持宿主健康和預防疾病方面起著重要作用。海帶多糖可通過微生物如乳酸菌、雙歧桿菌等進行發(fā)酵，產(chǎn)生SCFAs，尤其是低聚糖更容易被酵解利用，產(chǎn)生更多的SCFAs，主要有乙酸、丙酸和丁酸等，被宿主細胞快速吸收和代謝，刺激相關基因表達，其中乙酸在結(jié)腸內(nèi)被吸收，為肌肉提供能源以及促進脂肪組織的合成，丙酸通過抑制3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A的活性來調(diào)節(jié)機體膽固醇的含量[14]。

2.1.2 改變腸道微生物組成

益生菌具有很大的開發(fā)潛力，可以作為優(yōu)勢菌調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡、防治疾病。當機體自由基增多時會產(chǎn)生氧化應激，并造成腸道微生物的結(jié)構(gòu)紊亂，而功能性膳食補充劑的攝入可以有效清除自由基，促進益生菌的增殖，提高抗氧化能力，從而維持機體健康[15]。多糖是膳食補充劑中的一種，具有改善機體腸道微生態(tài)的作用，具有益生元作用，是理想的微生態(tài)調(diào)節(jié)劑[16]。有研究表明羊棲菜多糖以及巖藻多糖可以使厚壁菌門和擬桿菌門的比值降低，促進有益菌的生長，可以預防乳腺癌[17]。

2.2 降血脂

2.2.1 降低膽固醇和甘油三酯

海帶多糖尤其是巖藻多糖的注入可以增加低密度脂蛋白受體（LDL-R）的表達，加速TC轉(zhuǎn)化為膽汁酸的代謝過程，同時低密度脂蛋白（LDL）與LDL-R結(jié)合后分解成氨基酸和游離膽固醇，降低LDL的水平。TC和甘油三酯（TG）的合成代謝跟酶的活性有關，在TG的合成中，脂肪酸合成酶（FAS）和乙酰輔酶A羧化酶-1（ACC1）起著重要的作用，是脂肪酸合成的限速酶，它可以通過調(diào)整該因子的表達量來減少游離脂肪酸的量進而減少TG的積累。脂肪甘油三酯脂肪酶是水解TG的限速酶，可以通過提高甘油三酯脂酶的活性來加快TG的代謝速度[18]。有研究表明海帶多糖不管是作為飼料的輔料給動物食用，還是作為溶液注入高脂動物體中，都會降低TC、TG的含量[19]。

2.2.2 降低脂質(zhì)過氧化

游離的脂肪酸超載會誘導內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，進而誘導促炎基因的表達并抑制抗氧化酶的表達，與長鏈脂肪酸氧化有關的過氧化物酶會產(chǎn)生過氧化物作為底物，從而產(chǎn)生額外的自由基。將海帶多糖制成相關溶液灌入高脂動物體內(nèi)，可提高SOD活性，增強SOD清除羥基自由基和超氧化自由基的能力。海帶多糖的抗氧化活性主要依賴于多糖的結(jié)構(gòu)，與分子結(jié)構(gòu)、單糖單元數(shù)目、分支程度和長度等多種因素有關[20]，而低分子量海帶多糖抗氧化活性的增強可能是由于海帶多糖分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，如在輻照處理過程中，海帶多糖結(jié)構(gòu)中羰基的數(shù)量增加，這些帶電基團可能與過渡金屬離子相互作用，加強對脂質(zhì)過氧化的保護。

2.3 降血糖

2.3.1 調(diào)節(jié)相關酶的活性

血糖的合成代謝與多種酶的活性有關，可以通過調(diào)節(jié)酶的活性來降低血糖。α-葡萄糖苷酶是一種重要的糖類消化酶，能夠催化α-（1,4）-糖苷鍵水解，使寡糖水解生成葡萄糖，通過抑制α-葡萄糖苷酶的活性，能夠降低餐后血糖水平，從而預防糖尿病。己糖激酶和葡萄糖激酶可以催化葡萄糖轉(zhuǎn)化為6-磷酸葡萄糖，促使肝糖原的合成，多糖可以通過調(diào)節(jié)相關酶活性改善糖代謝，進而控制血糖含量。研究表明海帶多糖可以降低α-葡萄糖苷酶的活性，且隨著濃度的增加其抑制率越高，IC50僅為 38 μmol·L-1。

2.3.2 提高胰島素水平

有研究表明褐藻多糖硫酸酯可通過提高血清胰島素水平，降低血糖含量，且高劑量的褐藻多糖硫酸酯降血糖效果更明顯。于竹芹等人研究了海帶多糖對Ⅱ型糖尿病小鼠胰島細胞（CrlR）表達的影響，將海帶多糖溶液注入高脂小鼠中，經(jīng)海帶多糖治療后，動物血清空腹血糖水平顯著降低，肝臟和胰島細胞CrlR mRNA以及蛋白表達水平得到大幅提升，實驗結(jié)果得出海帶多糖使肝臟和胰島細胞CrlR表達有所提升，以此來使胰島素抵抗受到一定程度的抑制，從而實現(xiàn)降糖功效。

3 海帶多糖的應用

3.1 海帶多糖在食品方面的應用

3.1.1 海帶多糖在新型食品的應用

海帶多糖具有多種生理功效，在食品領域的開發(fā)前景非常廣闊。由于海帶多糖和淮山粉具有不同的理化性狀，可采用噴霧干燥技術(shù)研發(fā)出新型產(chǎn)品淮山-海帶多糖固體飲料[21]，該產(chǎn)品為海帶多糖的進一步開發(fā)利用提供了新思路。同時基于乳酸菌發(fā)酵的原理，以海帶多糖為基質(zhì)進行發(fā)酵，產(chǎn)生大量乳酸菌，海帶可以利用乳酸菌的發(fā)酵作用改變本身的腥味，利用這一原理開發(fā)出具有安全性、高質(zhì)量且能夠延長冷藏貨架期的增值型海藻產(chǎn)品，如海帶泡菜，以此創(chuàng)造出高附加值的海藻產(chǎn)品。

3.1.2 海帶多糖在貯藏保鮮方面的應用

海藻酸鈉是一種天然多糖類化合物，由于其生物相容性好，可作為可食性涂膜，在果蔬表面起到調(diào)整氣體的作用，通過抑制乙烯的生成和呼吸作用增加果蔬貯藏期[22]。海藻酸鈉在微膠囊方面也有一定的應用，周莉等人將兩歧雙歧桿菌包埋在海藻酸鈉和乳清蛋白中制成微膠囊，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)人工胃液處理后的菌體仍存在較高的存活率，在模擬腸液中60 min后能夠完全釋放出來，可以顯著提高兩歧雙歧桿菌在模擬消化液處理后的存活率[23]。

3.2 海帶多糖在醫(yī)藥保健方面的應用

海帶多糖具有降血脂、降血糖、抗氧化、抗癌以及調(diào)節(jié)腸道菌群等功能。但海帶多糖在醫(yī)藥保健中的應用未得到有力的推廣，因此對海帶多糖的深入研究和開發(fā)應圍繞其生物活性和藥理作用進行，開發(fā)出大眾日常食用的保健品，滿足人們對營養(yǎng)素的需求。從海帶中分離提取的海藻酸PPS（藻酸雙酯鈉）在治療缺血性心血管疾病方面具有顯著的效果，被廣泛應用于臨床，但是還存在著不良反應，有待改善。從海帶中提取的褐藻多糖硫酸酯，研究人員對其進行系統(tǒng)研究后，完成了二期臨床試驗，發(fā)現(xiàn)其對治療腎病綜合征和早、中期慢性腎衰效果顯著[24]。

3.3 海帶多糖在化妝品方面的應用

隨著年齡的增長，人體皮膚組織的抗氧化能力會下降，氧自由基數(shù)量增多，膠原蛋白的含量減少，從而造成人體皮膚逐漸衰老。相關研究表明海帶多糖具有很強的清除自由基能力，可以作為化妝品中的防曬成分，起到防止衰老的作用。同時海帶多糖具有較好的保濕性和吸濕性，可作為面膜的成分，起到較好的保濕效果[25]。

4 結(jié)語

盡管海帶多糖已經(jīng)在多項研究中被證實對人體健康具有很多益處，然而大部分僅限于應用研究，在市場未得到有效推廣。在未來對海帶多糖的研究應要特別注重其在藥品、保健品以及功能性食品方面的應用，通過在這幾個方面研究，開發(fā)出更具有廣泛價值的產(chǎn)品，使海帶多糖的功效成分能夠在保護人體健康方面發(fā)揮更好的功效。