海洋生物多糖的高值化开发

摘要：海洋生物多糖是一类天然多糖，在调节免疫、抗肿瘤、降血脂、降血糖、抗辐射、抗突变、抗体内氧化和耐缺氧等方面具有独特的功能。现对廉价海洋生物为原料，生产海洋多糖的方法及海洋多糖高值化的开发现状和展望作一综述。

关键词：海带多糖；壳聚糖；螺旋藻多糖；高值化

中图分类号：Q539文献标识码：E文章编号：1672-979X(2007)04-0068-03

Present Condition and Prospect of High-valued Marine Polysaccharide

CHEN Lian

(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400716, China)

Abstract：Marine polysaccharides are akind natural polysaccharides which have many unique bioactivities, such as immunity regulation, antitumor, lowering blood lipid，lowering blood sugar, radioprotection，antimutation, antioxidation and antihypoxia. This article introduces the methods of producing marine polysaccharide from many low-valued marine organisms and the present condition and prospect of this high-valued marine polysaccharides.

Key words：laminarin; chitosan; spirulina polysaccharide; high-valued

多糖是生命有机体的重要组分，在控制细胞分裂、调节细胞生长及维持有机体正常代谢等方面具有重要作用[1]。海洋生物是天然药物的宝库，多数海洋生物能产生多糖类聚合物。我国水产品资源丰富，随着海产品加工业的发展，虾、蟹壳等废弃物越来越多，将这些资源利用起来，不仅可减少环境污染，而且在食品、医药、饲料、化工和化妆品等领域以廉价海洋多糖为基础可生产出大批有价值的产品，实现海产品的高值化[2]。

1海洋生物多糖高值化的开发利用

1.1海带多糖的开发与利用

海带又称海洋蔬菜，是海洋水产资源的重要组成部分。海带富含的多糖类物质，结构迥异、性质不同，具有多种生物活性。目前已发现海带含3种多糖：褐藻胶、褐藻糖胶、褐藻淀粉。褐藻胶和褐藻糖胶是细胞壁的填充物；褐藻淀粉存在于细胞质。褐藻胶一般指褐藻酸盐类，其在海带的含量相当丰富，约为19.7%，是由α-1，4-L-古罗糖醛酸和β-1，4-D-甘露糖醛酸为单体构成的嵌段共聚物，不含蛋白质[3]。褐藻糖胶在海带中的含量约为2.46%，主要成分是α-L-岩藻糖4-硫酸酯多聚物。褐藻淀粉是由葡萄糖组成的葡聚糖，主要由1, 3糖苷键连接而成。褐藻淀粉至今尚未实现工业化生产，分离方法现为实验室规模的。海带还含有少量的粗纤维，结构上也是以纤维二糖为分子的重复单位[4]。

工业上用酶解法从海带中提取制备海带硫酸多糖（LPS），即在海带浆中加入纤维素酶、果胶酶和蛋白酶， 50 ℃下水解4 h，然后升温至90 ℃使酶失活，再冷却至室温过滤，取滤液加入氯化钙，离心去除海藻酸钙，上清液加入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）与LPS结合沉淀，离心收集CTAB-LPS沉淀物，加入氯化钙溶液盐解，游离出LPS后加入乙醇析出，经离心烘干即得海带硫酸多糖[5]。与传统水煮提取法比较，酶解法提取工艺制得的海带硫酸多糖产率是前者的2倍。

海带多糖能改善和增强机体免疫功能。研究表明，海带多糖具有明显的抗肿瘤作用，其抗肿瘤作用的免疫学机制，除了其本身直接抑制肿瘤细胞生长[6, 7]外，还能通过增强机体免疫功能，抑制肿瘤细胞的生长扩散。海带多糖能激活巨噬细胞，使之具有细胞毒作用，从而抑制肿瘤细胞增殖而杀死肿瘤细胞。研究表明，心血管疾病的发生往往与血脂及胆固醇含量偏高有关。口服海带岩藻糖胶能有效地降低小鼠的高胆固醇血清TC水平，治疗心血管疾病的总有效率达91%～98%[8]。褐藻糖胶还可用于治疗慢性肾衰，对中早期肾衰效果良好，无毒副作用，对改善肾功能，提高肾脏对肌酐清除率效果尤为显著。海带粗提物和褐藻糖胶在自由基攻击肾时可产生保护作用[9-11]。由于海带多糖具有消除自由基和抗氧化作用，大大提高了海藻多糖作为食品添加剂的价值 [12]。

1.2壳聚糖的开发与利用

甲壳素是一种天然高分子聚合物，属于直链氨基多糖，是由多个单糖分子（N-乙酰葡萄糖胺）经脱水缩合而成。甲壳素是一种动物性纤维，它具有α、β、γ3种晶型，其中α-甲壳素的存在最丰富，化学性质也最稳定，一般不熔化，也不溶于一般的有机溶剂和酸碱溶液，这种坚固的结晶构造对生物体有保护作用，但不易应用。把精制的甲壳素置于45%～55%的浓碱中处理，新生成的物质在稀酸溶液中具有良好的溶解性，这就是壳聚糖，它是多糖中唯一带碱性者，因而具有许多独特的物理和化学性质，如耐酸、耐碱、不潮解、不风化等，其应用范围十分广泛[13]。壳聚糖由甲壳素经脱乙酰基后制得，广泛存在于蟹壳和虾壳等水产品废弃物中，因此，利用蟹壳和虾壳等水产品废弃物可大量生产壳聚糖 。

从虾、蟹壳废弃物中制备壳聚糖一般分为2步，首先制得甲壳素，再由甲壳素脱乙酰基制得壳聚糖。将甲壳质用（40～50）℃烧碱溶液浸泡，加热至（60～80）℃，保温10～20 h，脱去乙酰基，然后过滤洗涤调至中性，经干燥粉碎可得白色半透明珍珠状的壳聚糖。近年的研究表明，用微波处理制取壳聚糖，可显著改善目前生产壳聚糖过程中存在的蛋白质除不尽，脱乙酰度低，黏度低等问题。在245O MH的微波辐射下，用50%的烧碱溶液，80 ℃下反应18 min即可完成甲壳素到壳聚糖的转化[14]。

壳聚糖具有抗癌、抗炎和抗凝血等功效，可用来治疗人皮肤受伤和作为手术缝线。用于保健食品，壳聚糖有增强免疫和防止衰老等功效。食品加工中，常用作防腐剂、黏稠剂、吸附色素或改善香气物质等。农业上，属于无公害农药，有杀虫和促进植物生长的作用。在化学工业中，可生产保湿性化妆品、机能性纺织品和包装材料等。在环保上，有净化水质和吸附重金属及放射性物质的功效。在生物技术上，可作为固定化载体和分离纯化物质[15]。甲壳类物质的市场规模近年来快速发展，研究最多的是日本，其产品种类较多，在健康食品中销售额最高。美国FDA于1983年批准壳聚糖作为食品添加剂。在某些国家壳聚糖也用于改善食品品质。由于壳聚糖的降胆固醇作用，日本已将其添加于饼干、马铃薯片、面条食品中[16]。

1.3螺旋藻多糖的开发与利用

螺旋藻多糖的主要成分有鼠李糖、甘露糖、葡萄糖及半乳糖等，它们仅占细胞成分的2%～3%，但却有着独特的生理功能和药用价值。螺旋藻多糖是由O-鼠李糖-甲基鼠李糖和O-己糖醛酸2种双糖重复组成。这种从螺旋藻中分离、纯化的水溶性多糖，可调节人体生理功能，促进细胞新陈代谢，增强机体免疫力。将在预防医学、临床医学、保健食品等方面发挥重大作用[17]。

干燥螺旋藻粉，热水（pH10）提取8 h，离心合并上清液，减压浓缩至小体积，乙醇2次沉淀，沉淀物用无水乙醇洗涤，干燥后得粗多糖，用CTAB络合，盐解后用离子交换树脂吸附，上清液经乙醇沉淀干燥后得精制多糖[18]。

因螺旋藻营养成分丰富及生物学价值很高，已被各国列为国家重点研究项目。美、德、日等国把螺旋藻用来补充人体日常营养，防治多种疾病[19]。螺旋藻多糖是有效的抗辐射物质，对改善辐射诱发小鼠PCE微核率及白细胞减少有明显的效果[20]，使NIH小鼠急性放射病存活率提高近1倍。螺旋藻多糖对细胞无毒性，还能增强小鼠骨髓细胞的增殖能力。动物实验表明，螺旋藻多糖具有提高机体免疫力，抑制癌细胞增殖的能力[21]。Richmond等[22]报道，螺旋藻多糖能有效地提高淋巴细胞的活性，改善造血功能，这也是其抗衰老的机制之一。实验证明，螺旋藻多糖能显著延长小鼠游泳耐力时间和降低血清尿素氮增量，提高血清LDH 活力，降低运动后血乳酸水平，具有明显的抗疲劳作用。螺旋藻多糖能显著地抑制肾上腺素和葡萄糖所致的小鼠血糖升高，拮抗肾上腺素刺激肝糖原分解和抑制葡萄糖在小鼠肠道的吸收，显示出一定的降血糖功能[23, 24]。最近发现螺旋藻多糖硫酸酯化物还能抑制合胞体形成，从而抑制逆转录酶（RT）的活性，阻断HIV的繁殖，最终使机体病理损伤得以消失，起到抗病毒的作用[25, 26]。

2海洋多糖高值化开发利用现状及前景展望

我国海洋资源丰富，随着淡水产品产量的增加，已有大量的虾、蟹制成成品销售，同时产生大量副产物。这些副产物多用于生产低附加值产品，极少部分用于提取壳聚糖，还有些未被利用，造成环境污染和资源浪费。今后可将这些下脚料综合利用，从中提取壳聚糖，以提高其附加值。对海带多糖药理实验的研究中所用的实验材料多是粗制品，缺乏纯化和技术鉴定，需加强海带多糖各组分的分离纯化和药理学研究，进一步研究各类多糖的结构和生物活性的关系，确定多糖活性部位，尤其是加强各种多糖分离纯化的工业化技术研究，提高产品的质量和纯度，实现海洋生物多糖生产的自动化和连续化，并进行中间质量控制，为海洋生物多糖高值化开发利用建立完善的技术平台，从而更好地开发利用我国丰富的海洋资源，创造更大的经济效益。

我国海洋生物多糖品种多，来源丰富，它不仅能提高机体免疫功能，而且具有多种生物活性。随着陆地资源的日益减少，开发海洋生物制品，向海洋索取资源变得日益迫切，开发海洋药物也迫在眉睫。目前，对海洋生物多糖的研究已进入受体、分子水平，这对阐明多糖的生物效应与立体构象及作用机制有重要意义。随着研究的不断深入，海洋生物多糖的活性及机制研究日趋完善，将为海洋多糖高值化开发利用打下坚实的基础[27]。总之，海洋生物多糖来源广，价格低，无毒副作用，具有较大的高值化开发空间。

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