最新研究海藻来源藻胆蛋白研究进展

海藻来源藻胆蛋白研究进展1藻胆蛋白来源

藻胆蛋白主要存在于红藻、蓝藻、隐藻以及少量甲藻之中,如紫菜、龙须菜、多管藻等海藻和螺旋藻、葛仙米、紫球藻、微囊藻等淡水藻类中,其中海藻资源丰富,是藻胆蛋白的重要来源。

藻胆蛋白在不同种属藻类中的含量也不相同,常见藻类中的藻胆蛋白大约占干重的2%。藻胆蛋白的含量还受到藻类生长阶段的影响,如在坛紫菜初始阶段,藻胆蛋白的含量约为坛紫菜干重的4.2%,随着藻类的生长,藻胆蛋白含量逐渐提高,达到成熟期后,藻胆蛋白含量达到顶峰,随后含量快速减少至干重的0.97%。

此外,不同地域海藻中藻胆蛋白含量也有不同,北部海域的坛紫菜藻胆蛋白含量为干重的4.2%,与南部海域坛紫菜藻胆蛋白占干重的3.84%相比,北部海域含量较高。所以提取藻胆蛋白时应选用纬度较高区域成熟期的海藻,以便提高藻胆蛋白的提取含量。另外,藻类生长过程中的水体温度、光照强度、pH、CO2含量、碳氮比等因素都会对藻类的生长代谢产生影响,导致藻胆蛋白含量产生波动。

藻胆蛋白含量在不同状态的海藻中亦有区别,将干制条斑紫菜与烤制的条斑紫菜中的藻胆蛋白含量进行了对比,陈科伟等得出结论,干制紫菜中的藻胆蛋白含量16.2~30.7g/kg,而烤制紫菜中的藻胆蛋白含量则只有干制紫菜的五分之一;将新鲜海藻与喷雾干燥处理的海藻在同一条件下提取藻胆蛋白,余九九等得出新鲜海藻提取到的藻胆蛋白含量为10.99%,比晒干或加工干燥的海藻中含量高出2.1%。因此寻找适宜状态下的提取原料就尤其重要。”

2藻胆蛋白的结构和性质

藻胆蛋白是海藻光合作用的重要组成部分,常以藻胆体形式存在,而在隐藻中则是以异二聚体或单体形式存在。藻胆体依附在类囊体膜表面或内腔中,呈现半圆形、椭球形、柱状或双圆筒状。藻胆体中分布着四种不同的藻胆素,分别是藻红素、藻蓝素、藻胆紫素和藻尿胆素。

如图1所示,藻胆素是一类线性开链的四吡咯环化合物,根据藻胆蛋白硫醚键共价连接脱辅基载体蛋白的半胱氨酸残基上藻胆素的不同,藻胆蛋白分成藻红蛋白、藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白和藻红蓝蛋白。

3藻胆蛋白的开发与应用

藻胆蛋白颜色鲜艳,安全无毒,可作为天然着色剂用于食品、化工等领域,藻胆蛋白具有抗氧化、抗疲劳、增强免疫力的功效以及独特的荧光特性,可作为抗氧化剂、荧光标记试剂、肿瘤抑制剂、光敏剂用于医药保健、生物检测、光动力治疗等领域。随着对藻胆蛋白的深入研究,进一步拓展了藻胆蛋白的应用。

1天然着色剂

当今人们越来越追求天然、绿色健康的理念,藻胆蛋白作为一种纯天然的色素添加剂,是食品、化妆品等优选的天然色素物质。藻红蛋白具有鲜艳的红色,藻蓝蛋白是蓝色,别藻蓝蛋白是孔雀蓝,可以将这几种蛋白按不同的比例进行混合,从而调制出更多不同的颜色,以用于不同的物质。

2肿瘤抑制剂

体外实验表明,藻胆蛋白具有抑制肿瘤细胞生长的作用。褚静研究不同浓度的藻蓝蛋白对人乳腺癌细胞的抑制作用,得出藻蓝蛋白可以抑制乳腺癌MDA-MB-细胞的转移速度和表达,且激活p38MAPK和JNK信号传导途径,促进癌细胞的凋亡。此外藻胆蛋白对肺癌、喉癌、肝癌、结肠癌等细胞均有很好的抑制效果。在将藻胆蛋白应用于肿瘤治疗中时,可将其光敏特性与其他肿瘤治疗方法结合,提高对肿瘤细胞的杀伤效果,减少病人副反应。

3消炎剂

藻胆蛋白与一些非甾体抗炎的药物成分具有相似的结构,具有消炎的活性,与化学合成消炎药物相比,藻胆蛋白可减少过敏反应,安全性高。李文军对肺部纤维化的小鼠灌喂藻蓝蛋白,发现藻蓝蛋白降低了造成炎症的细菌数,减轻了辐射造成的肺部炎症和肺部纤维化,恢复了肺部及肠道正常微生物菌群。这一发现为藻胆蛋白的消炎活性提供了实验论证。

4抗氧化剂

现代药理实验证明藻胆蛋白具有很好的抗氧化活性,Grover小鼠实验表明藻蓝蛋白能有效清除OH-和RO-自由基,当藻胆蛋白含量达到mg/kg时,有显著抗氧化、提高免疫的功能,且不会产生毒性。藻蓝蛋白还能抑制肝脏微粒脂过氧化物生成,增加体内超氧化物歧化酶和谷胱甘肽的表达,减少肝脏损伤。李文军以藻红蛋白、松花粉为主要材料,以压片糖果的形式对小鼠进行灌喂,结果得出该压片糖果能提高小鼠淋巴细胞的活性,清除体内自由基,产生抗氧化、缓解疲劳等作用。

5光敏剂

光动力治疗是一种新兴治疗肿瘤的技术,具有治疗效果好、创伤小等优势。光动力治疗利用激光照射光敏剂,光敏剂从基态上升至激发态产生能量和活性氧物质组分,特定杀伤肿瘤细胞,达到治疗疾病的目的。传统光敏剂血卟啉紫外吸收较强,人体代谢缓慢,副作用较大。李冠武发现藻红蛋白、藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白光敏毒性都比血卟啉要低,特别是别藻蓝蛋白是理想的光敏剂材料。

6荧光检测剂

藻胆蛋白上不同的藻胆色素,通过特定波长光照射,能够产生荧光。藻胆蛋白产生的荧光大多为橙色或红色,与检测的背景形成鲜明的颜色对比,更容易观察到检测结果。藻胆蛋白荧光探针可与不同金属离子结合,用于金属离子的检测。藻胆蛋白荧光探针不仅能检测离子,还可通过交联剂与待检测抗原/抗体结合,对细胞、组织、血清中的抗体/抗原检测。

4藻胆蛋白应用前景

海藻在我国的养殖规模大,产量高,但目前多集中在海藻食用、干制等初加工,产品价值较低,较少存在精加工和对海藻天然产物的开发利用,且目前养殖末水海藻浪费严重,被大量遗弃在养殖区域,可选取养殖末水海藻作原料提取藻胆蛋白,既合理利用资源,又提高了经济价值。

作为海藻中一类重要的活性物质-藻胆蛋白其传统提取方式耗时长,效率低,新型方法技术尚未成熟,未来探索简单、廉价、高效的工业规模化制备方法,降低藻胆蛋白价格,有助于藻胆蛋白的开发利用。随着人们对藻胆蛋白生物活性研究的进一步深入,藻胆蛋白作为着色剂,未来可探索以藻胆蛋白为添加剂的功能饮品、肉制品、功能乳品的规模化生产以及与3D打印技术结合,个性化制备功能食品,增加市售产品种类,进一步拓宽其应用范围。已有研究证实藻胆蛋白具有抗氧化、清除自由基、消炎等活性,利用特定的酶切可在保留活性的同时减少分子量,可作为功能因子添加到保健食品中,利于人体吸收,达到保健的效果。

综上所述,藻胆蛋白具有非常重要的利用价值和广阔的开发前景,开发藻胆蛋白可以提高海藻的商业价值和利用率,对海洋生物资源开发和利用具有重要意义。

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