2025.0035海藻多糖结构、生物活性和提取技术研究进展.pdf
背景介绍
文章亮点
1. 对海藻多糖结构特征进行深度解析；
2. 揭示了海藻多糖抗癌、抗炎、抗病毒、免疫调节等多种生物活性；
3. 综合报道了海藻多糖提取与纯化技术的革命性进展，对海洋生物资源的高效利用与深度开发提供科学范式。
内容介绍
1 海藻多糖的化学结构特性
海藻是多糖的丰富来源，作为细胞壁结构和能量储备的主要成分，多糖占海藻干重的50%以上[13]。从海藻中提取的多糖在组成和结构上与其他植物来源的多糖不同，由于此类聚合物的复杂性，海藻多糖具有许多特定的生物学功能[14,15]。近年的许多研究中讨论了关于海藻产生的各种多糖的特性，包括它们的组成和结构，发现这些多糖中的大多数是高度支化的杂聚物，在其主链和侧链成分的各种碳中具有不同的取代基。
不同种类的海藻（红藻、绿藻、褐藻），具有不同水平的多糖，其中，红海藻的多糖浓度最高（38%～74%）（表2）。
1.1 海带多糖
海带多糖又称昆布多糖（laminarin），是一种重要的无毒且可生物降解的水溶性线性多糖，提取自海洋褐藻的细胞壁中[16]。主要由β（1,3）和β（1,6）葡聚糖以3:1的比例组成（图1）。1.2 角叉菜胶
角叉菜胶（carrageenin），也被称为卡拉胶、石花菜胶，是一种源自许多红色海藻细胞壁的亲水胶体，其分子结构是由β-d-半乳糖和3,6-脱水-α-d-半乳糖由α-（1-3）和β-（1-4）键以交替方式连接的重复二糖形成[22]。
1.3 岩藻多糖
岩藻多糖（fucoidan），是具有良好水溶性的海洋硫酸化多糖，存在于褐藻细胞的细胞壁、细胞间隙及分泌的黏液中[27]。天然存在的岩藻多糖通常具有两种类型的链，其中I型链由α（1→3）连接的岩藻糖组成，II型链由α（1→3）和α（1→4）连接的岩藻糖组成[28]（图3）。
1.4 石莼多糖
石莼多糖（Ulva. Lactuca）是一种从绿藻中提取的硫酸化多糖，占据绿藻类干重的29%左右，均匀分布在细胞间隙和纤维壁中[32]，主要由鼠李糖、木糖、葡萄糖醛酸和艾杜糖醛酸以及少量其他单糖（半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖和葡萄糖等）组成。2 海藻多糖的提取技术
目前，最常用的海藻多糖提取方法包括热水提取法、酸提取法等。其中，热水提取法效率对较低；酸碱提取法可能对多糖结构造成破坏；酶解法具有专一性强、条件温和等优点，但成本较高。因此许多先进的多糖提取技术（微波辅助提取、超声辅助提取、酶辅助提取和加压液体提取等）被广泛应用（表3），这些技术通常具有提取效率高、能耗低和生产周期短等优势，能够更高效地提取海藻多糖，同时保持其生物活性。
2.1 超声辅助提取（UAE）
超声辅助提取是一种非热提取技术，其中声波在介质中迁移，引起压力变化和空化，这些变化和空化会增长和崩溃，将声波转化为机械能，从而破坏细胞壁，减小颗粒大小并增强溶剂与目标化合物之间的接触[39]。
2.2 亚临界水萃取（SWE）
亚临界水萃取，即高压（通常为1000～6000 kPa）下使用热水（从100～374 °C，后者是水的临界温度）进行的，以保持水处于液态，是从几种天然基质中提取生物活性化合物的有效的方法。其原理是在无氧和无光的环境中，利用高温和高压，短时间内从样品中提取化合物。高温提高了样品的溶解性和扩散速率；而高压使溶剂保持在沸点以下，减少溶剂的挥发和使用量。
2.3 酶辅助提取（EAE）
酶辅助提取法可以利用酶的催化特性水解细胞壁，从而提高提取植物中生物活性化合物的效率。与常规提取技术相比，酶辅助提取效率高、能耗低，还有改善细胞破碎、选择性提取代谢物和加工条件温和等优势，但同时存在高成本、需对产物进行分离和纯化、加工环境要求高、可回收性和再利用性差、多次使用后酶活力下降等缺陷。常通过与超声辅助萃取、微波辅助萃取、超临界流体萃取、加压液体萃取等新型提取技术结合来弥补酶辅助提取法的缺陷。
2.4 微波辅助萃取（MAE）
微波辅助萃取已被成功用于从海藻和其他植物中分离各种生物活性化合物。在微波萃取过程中，将能量转移到溶液中，溶液在偶极子旋转和离子传导机制的共同作用下被加热，这种快速内部加热会导致细胞壁有效破裂，并将细胞内化合物释放到提取溶剂中。
3 海藻多糖的生物活性
3.1 抗癌
近年来，许多关于海藻多糖的抗癌活性报道被发表，揭示了海藻多糖在多种癌细胞系中出色的抗癌活性。其中，海藻多糖的化学特性，例如分子量、组成单糖亚基和糖苷键，与抗癌活性密切相关。海藻多糖主要通过抑制癌细胞增殖、诱导癌细胞凋亡和细胞周期停滞、抑制肿瘤组织中的血管生成和转移、清除活性氧、诱导免疫反应和调节肠道微生物群来发挥抗癌作用。
3.2 抗炎
炎症是免疫系统对感染、损伤或刺激（如身体创伤、化学暴露和病毒感染）的第一生物反应，这一反应主要涉及免疫细胞（如巨噬细胞）和促炎细胞因子（如NO和TNF-α、IL-1β）的连续释放[53]。而促炎细胞因子的过度积累会导致各种疾病，例如过敏、动脉粥样硬化、糖尿病和癌症。因此，具有抗炎特性的海藻多糖是一种理想的、可作为促炎基因表达的天然调节因子。
3.3 抗病毒
病毒一直是危害人类健康的罪魁祸首，从海藻中提取的硫酸化多糖对各种暴露和封闭的病毒表现出多种抗病毒特性。其抗病毒机制主要包括抑制病毒-宿主细胞粘附或内化、增强宿主的免疫功能、直接杀灭病毒以及蛋白质生物合成和抑制DNA复制等。
4 结论
青年编委介绍
卢旭，福建农林大学食品科学学院副教授，博士生导师。长期从事果蔬食品加工技术开发、天然产物大分子与小分子结构表征、食品营养生物活性等领域的研究工作。现主持国家及部省级等项目10余项；以第一作者或通讯作者身份，在Trends in Food Science & Technology、Food Chemistry、Food Hydrocolloids等期刊上发表论文五十余篇，参编著作2部，参与项目获福建省科技进步一等奖。
研究领域
近五年代表作
1.Xu Lu, Meifang Zhong, Jiaxin Zuo, Shuang Ma, Lianxiu Li, Mingyu Li, Essam Hebishy, Baodong Zheng. Insight into the binding mode of different lotus seed natural starch-phenolic acids complexes [J]. Int. J. Biol. Macromol., 2025, 307: 141582.
2.Yanlin Zhang, Yixian Xu, Qi Wang, Jingyuan Zhang, Xin Dai, Song Miao, Xu Lu*. The antioxidant capacity and nutrient composition characteristics of lotus (Nelumbo nucifera Gaertn.) seed juice and their relationship with color at different storage temperatures[J]. Food Chem. X, 2023, 18: 100669.
3.Yanlin Zhang, Yi Lei, Shirong Qi, Mingxuan Fan, Shuyi Zheng, Qingbin Huang, Xu Lu*. Ultrasonic-microwave-assisted extraction for enhancing antioxidant activity of Dictyophora indusiata polysaccharides: the difference mechanisms between single and combined assisted extraction[J]. Ultrason.Sonochem., 2023, 95: 106356.
4. Yi Lei, Yanlin Zhang, Qi Wang, Baodong Zheng, Song Miao, Xu Lu*. Structural characterization and in vitro analysis of the prebiotic activity of oligosaccharides from lotus (Nelumbo nucifera Gaertn.) seeds[J]. Food Chem., 2022, 388: 133045.
5.Han Su, Jinjin Tu, Mingjing Zheng, Kaibo Deng, Song Miao, Shaoxiao Zeng**, Baodong Zheng, Xu Lu*. Effects of oligosaccharides on particle structure, pasting and thermal properties of wheat starch granules under different freezing temperatures[J].Food Chem., 2020, 315: 126209.
6.郑舒怡,左佳昕,戴鑫,高淑娟,张怡,卢旭.响应面法优化酶法制备薏苡仁寡糖工艺研究[J].化学试剂,2023,45(2):90-97.
