裙带菜(Undaria pinnatifida) 隶属于褐藻门、褐子纲、海带目、翅藻科、裙带菜属,亦称“海荠菜”,是一种大型经济褐藻[1]。主要分布于韩国、中国、日本,是亚洲最常食用的海藻之一,在澳大利亚和新西兰等国家也越来越受欢迎。我国裙带菜的产量位居世界第三,2019年中国海藻年产量为256万t,其中裙带菜产量20.24万t[2],主要分布在渤海地区的旅顺、大连,濒临黄海的烟威地区以及浙江的嵊泗群岛等,除自然生长外,大连还有较大规模的人工养殖裙带菜。如图1所示,裙带菜外形因像芭蕉叶扇和裙带,故取其名,叶片扁平,中部有隆起的中肋,叶片从中间至边缘逐渐变薄,常形成多数羽状裂片。其柄为圆柱状,在裙带菜的繁殖季节,叶柄侧旁会着生出一种木耳状、厚而富含胶质的重叠褶皱结构,称为孢子叶,俗称“耳朵”,多出现在成熟的裙带菜中,内含孢子囊群。近年来,随着对藻类的开发利用,裙带菜较高的营养价值逐步被发现,有“天然螺旋藻”的美称,引起学术界的广泛关注[3]。
图1 裙带菜形态图[4]
Fig.1 Morphology of Undaria pinnatifida
孢子叶是裙带菜的繁殖器官,生长在裙带菜的茎部,靠近假根处，因含有较多的纤维素,质地较硬,不能满足人们的饮食需求。2019年孢子叶的年产量约为1.5万t[2],大多在加工过程中被视为废料而丢弃,导致资源浪费且造成环境污染。裙带菜孢子叶营养物质含量极其丰富,干物质中碳水化合物的含量可达52.52%,引起很多学者的关注与研究[5];蛋白质含量约为16.37%,具有不同的生理活性,氨基酸涉及种类较为广泛,含有18种氨基酸,其中必需氨基酸占到蛋白质的39.27%,符合WHO/FAO的理想蛋白质模式[6]。同时,裙带菜孢子叶中粗脂肪含量约为2.22%,多不饱和脂肪酸含量丰富,其中,n-3脂肪酸和n-6脂肪酸占脂肪酸总量的45.49%[7]。钠、钾、钙等矿物质含量较丰富。此外,裙带菜孢子叶还含多种生物活性成分,具有良好的营养和保健功效,逐渐成为研究的热点。本文对裙带菜孢子叶生物活性物质的功能特性及提取方法进行了综述,并对其在食品中的应用进行了分析和展望,为裙带菜孢子叶的综合开发利用提供理论参考。
1 裙带菜孢子叶生物活性物质的研究进展
1.1 多糖
1.1.1 生理功效
裙带菜孢子叶多糖按组成成分可分为3类：褐藻糖胶、褐藻酸钠及膳食纤维。褐藻糖胶的化学本质是含岩藻糖的硫酸化多糖,具有抗肿瘤、抗炎、抗氧化、抗病毒、免疫调节、抗凝血等生理活性。褐藻酸钠是由β-1, 4-D-甘露糖醛酸和α-1, 4-L-古洛糖醛酸不规则地连接起来的天然多糖分子,可减缓脂肪、糖和胆盐的吸收,具有降血脂和降血糖的功效,在肠道中还能抑制有害金属的聚集。此外,孢子叶中还富含膳食纤维,主要包括纤维素、半纤维素、戊聚糖、木质素、果胶等,其中可溶性膳食纤维与不溶性膳食纤维含量均较高,分别为17.78%和20.22%[5]。膳食纤维能抵抗人体胃肠道中酶的消化,并能选择性地刺激肠道有益菌群的生长,还具有降血糖、降血压以及提高免疫力的作用[8]。
裙带菜孢子叶中的多糖对抑制癌细胞的增殖、转移以及凋亡具有重要意义。LEE等[9]采用酶法将从裙带菜孢子叶中制备的高分子质量半乳岩藻聚糖降解成低分子质量多糖组分,研究证实其主要由α-岩藻糖和β-半乳糖组成,并通过抑制Akt/GSK-3β/β-catenin通路诱发细胞周期受阻和死亡,最终诱导人前列腺癌细胞株PC-3的外源性和内源性凋亡,从而发挥对前列腺的抗癌作用。YOU等[10]通过醋酸铜水解和膜分离技术获得了低分子质量的岩藻聚糖硫酸酯,发现其可能通过改变分子构象提高了硫酸基团的结合特性,使得抗癌活性显著提升。岩藻聚糖硫酸酯主要通过诱导肿瘤细胞凋亡、抑制血管新生、激活免疫细胞、促进细胞因子分泌等来达到抗癌效果,但由于其分子质量大,结构多样化,溶解性较差、不易吸收,在功能性食品和医药行业中的应用受到了限制。研究表明,岩藻聚糖硫酸酯的生物活性与其分子质量有关,在一定分子质量范围内,低分子质量多糖因溶解性好、黏度低、容易吸收、生物利用度高等优点,比大分子多糖具有更好的生物活性,因此,低分子质量的岩藻聚糖硫酸酯成为抗肿瘤制剂的重要研发对象。
从裙带菜孢子叶中提取的多糖具有较好的抗炎功效,对机体修复具有显著作用。KIM等[11]探讨了低分子质量(5 k～30 kDa)的岩藻聚糖硫酸酯在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导RAW264.7细胞炎症中的关键作用,结果表明其可抑制有丝分裂激活蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)信号通路和氧化应激作用,对炎性细胞因子白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、IL-1和TNF-α具有明显的抑制作用,并能够阻断活性氧(reactive oxygen species,ROS)的表达。SONG等[12]从孢子叶中分离出一种低分子质量的岩藻聚糖硫酸酯,RAW264.7细胞能显著抑制LPS诱导的炎症因子NO和前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)的产生，以及诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)和环氧合酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)的表达。
近年来,有学者发现从裙带菜孢子叶中提取的岩藻聚糖硫酸酯具有较好的抗氧化活性,是一种极具潜力的天然抗氧化剂资源。PARK等[13]从裙带菜孢子叶中制备获得89、35、17和6 kDa的岩藻聚糖硫酸酯,发现低分子质量的岩藻聚糖硫酸酯对B16BL6黑色素瘤细胞黑色素生成的抑制作用更强,并表现出对超氧自由基和羟基自由基较好的清除能力。奚倩等[14]研究发现，裙带菜孢子叶中的多糖能够降低氧化损伤小鼠体内的血清和脑组织中的丙二醛(malondialdehyde,MDA)水平,提高超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活力和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)水平,从而恢复机体的抗氧化能力。
对裙带菜孢子叶多糖的抗病毒活性研究主要集中于抗I型、抗II型单纯疱疹病毒(herpes simplexⅠvirus, HSV-1；herpes simplexⅡvirus, HSV-2)和流感病毒。KIM等[15]利用酶法降解裙带菜孢子叶中的多糖,得到一种由半乳糖、甘露糖以及岩藻糖组成的分子质量较低的甘露聚糖,对HSV-1有很强的抗病毒活性,半数抑制质量浓度仅为2.64 μg/mL,作用机制是能够竞争性地结合宿主细胞表面上的受体,抑制病毒进入宿主细胞,从而发挥抗病毒作用。SYNYTSYA等[16]从裙带菜孢子叶中获得一种分子质量约为 9 kDa的O-乙酰基硫酸化岩藻聚糖,通过小鼠实验模型发现该多糖对禽流感病毒(H5N3和H7N2亚型)具有防御作用,其机制主要是通过减少病毒复制和增加抗体产生。
此外,裙带菜孢子叶多糖还有降血脂、抗凝血、抗糖尿病、免疫调节等功效。KIM等[17]采用纤维素酶提取孢子叶多糖,发现一种由海藻酸盐和岩藻聚糖硫酸酯组成的复合膳食纤维,1.7%的添加量能显著降低大鼠的体重及脂肪组织的积累,并改善血脂水平,包括甘油三酯、总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇。PARK等[13]从孢子叶中采用超高压辅助酶法提取的岩藻聚糖硫酸酯具有抗凝血活性,发现其与降低的分子质量和合适的硫酸基浓度有关。KIM等[18]报道了从孢子叶制备的岩藻聚糖硫酸酯粗品及其2个组分(5 kDa和5 k～30 kDa)在200 mg/mL质量浓度下可显著抑制非糖尿病小鼠口服葡萄糖耐量试验引起的高血糖,同时,还可显著降低糖尿病小鼠的血糖水平和改善胰岛素敏感性。郑桂青等[19]采用水提醇沉法从裙带菜孢子叶中提取粗多糖,经DEAE-琼脂糖阴离子交换柱层析分离后,发现UPP-2和UPP-3组分具有显著的免疫增强作用。
1.1.2 提取方法
多糖提取主要有热水浸提、酸碱提取、酶提取、超声提取法等[20]。热水浸提法是被广泛采用的方法之一,但存在多糖提取率低、耗时长、所需温度高等问题。丛娅奇[20]利用酶解法提取孢子叶多糖,添加纤维素酶0.42%,果胶酶0.12%,木瓜蛋白酶0.12%,料液比1∶20,温度控制在50 ℃,酶解时间为4 h,多糖提取率可达13.4%,多糖总量达到69.6%。此法作用条件温和、提取时间短、提取的多糖纯度高,但生产成本高,温度不易控制。单独使用提取率较低,可以适当结合热水提取法等其他方法共同使用。SONG等[12]在优化超声功率、超声时间以及乙醇添加与否等因素基础上探索了超声波提取法,结果表明,提取时间6 h，多糖产率可达25.33%,并且具有较好的抗炎活性。PARK等[13]探究了超高压辅助酶处理提取孢子叶岩藻聚糖硫酸酯的方法,裙带菜孢子叶粗多糖与β-葡聚糖酶在40 ℃以100 MPa压力处理24 h,获得了相对分子质量较低(600 k～800 kDa)的岩藻聚糖硫酸酯。该处理方法降低了硫酸基、岩藻糖和半乳糖含量,提高了葡萄糖含量,且能有效改善岩藻聚糖硫酸酯的抗凝血活性。此法能耗较低、生物活性物质破坏程度较小,虽然国内的研究起步较晚,但近年来的发展也非常迅速。表1列举了各种多糖提取方法的特点和机制。
目前采用上述方法获取的多糖成分较复杂,多需进行分离纯化。常见的分离纯化方法有色谱法、膜分离法、超滤法等。色谱分离法是目前应用最广泛的一种高效便捷分离方法,裙带菜孢子叶多糖通常是带负电荷的硫酸酯化多糖,因此常采用离子交换色谱进行纯化,根据不同组分与固定相之间的离子交换能力差异,即不同组分的电荷性质差异来实现分离[18]。SYNY-TSYA等[16]用稀酸提取法从孢子叶中获得粗多糖,先用CaCl2沉淀去除海藻酸盐后,继而采用DEAE-纤维素柱层析进行纯化,结果表明,该糖组成以β-D-半乳吡喃糖和α-L-岩藻吡喃糖(44.6%和50.9%，摩尔百分比)为主,还含有少量的木糖(4.2%)和甘露糖(0.3%)。SKRIPTSOVA等[21]采用DEAE-葡聚糖阴离子交换柱层析法对孢子叶粗多糖进行分离纯化,得到2个分子质量在30 k～80 kDa的F1和F2组分,其中F1为硫酸甘露聚糖,F2是硫酸半乳糖苷。
表1 多糖提取方法的特点与机制
Table 1 Characteristics and mechanism of polysaccharide extraction method
方法特点机制热水浸提法提取时间长、提取率低、能耗较高,但对多糖结构破坏小高温状态下,细胞质壁分离,多糖物质被溶解酸碱提取法提取率较热水浸提法高,但多糖化学结构易被破坏,且容易导致环境污染多糖提取液中的蛋白质与酸或碱的水溶液发生变性反应产生沉淀而被除去酶提取法作用条件温和,但成本高,单独使用多糖提取率低,通常与热水提取结合在最适酶活状态下对原料水解,促进多糖物质溶出超声波提取法快速、成本低,常作为辅助手段与其他方法结合超声波产生的能量使细胞壁破碎,加速多糖溶入溶剂中超高压提取法提取率高、能耗低,非热处理,最大程度保留生物活性物质及其结构特性采用100～800 MPa压力增加传质速率,增强细胞通透性和生物活性物质的扩散
1.2 多肽及游离氨基酸
1.2.1 多肽的生理功效
近年来,不断有研究者从裙带菜中提取出生物活性肽,发现其具备特殊的生理功效，可以广泛应用在多种疾病的预防和治疗中,逐渐成为研究热潮。SUETSUNA等[22]采用胃蛋白酶水解裙带菜,经透析、离子交换色谱、凝胶色谱和反向高效液相色谱纯化后,获得4个抑制血管紧张素转化酶的四肽,对自发性高血压大鼠具有降压作用,氨基酸序列分别为Ala-Ile-Tyr-Lys、Tyr-Lys-Tyr-Tyr、Lys-Phe-Tyr-Gly、Tyr-Asn-Lys-Leu。于慧等[23]通过响应面试验对裙带菜蛋白酶解工艺进行了优化,发现复合蛋白酶是裙带菜蛋白酶解的最适用酶,其酶解液具有较好的Fe2+螯合能力和DPPH自由基清除能力。同时,该团队利用多酶酶解技术从孢子叶中制备了抗肿瘤多肽,发现其对人胃癌细胞(SGC7901)、胰腺癌细胞(SW1990)和结肠癌细胞(LS180)体外生长具有一定的抑制作用[24]。
1.2.2 游离氨基酸的呈味特性
在确定裙带菜孢子叶副产物的风味属性方面,游离氨基酸组成比蛋白质氨基酸组成更有意义,因为游离氨基酸是孢子叶酶解产物中的主要活性风味成分,这些活性成分的分布和相对丰富度影响着风味质量。李裕博[25]利用风味蛋白酶对裙带菜孢子叶水煮提糖后副产物进行酶解,结果表明,在50 ℃、pH 6.5、底物质量分数2%、加酶量7.31%、酶解18 h的条件下,酶解产物中游离氨基酸含量明显提升,其中丙氨酸、谷氨酸和天冬氨酸含量较高,酶解液具有甜味和鲜味特性。李红艳等[5]也报道了孢子叶中的鲜味氨基酸(谷氨酸、天冬氨酸)和甜味氨基酸(甘氨酸、丙氨酸)占氨基酸总量的38.03%,赋予了裙带菜孢子叶浓郁的海藻鲜味。
1.2.3 提取方法
上述研究中多肽和游离氨基酸都是通过酶法水解制备的。酶解法提取的生物活性成分提取率与纯度都较高,作用条件相对温和,使物质化学结构和功能性质得到更好的保存,并避免了污染物的产生,因而是目前广泛使用的方法[22]。但采用酶解法从海藻中提取生物活性物质时,常因海藻细胞壁结构和组成的复杂性影响提取效率。褐藻细胞壁的结构模型见图2。植物细胞壁主要由纤维素和半纤维素组成,而海藻细胞壁组分因分类不同而存在差异。裙带菜属于褐藻,其细胞壁主要由海藻酸、岩藻聚糖硫酸酯等组成,它们形成了一个紧密结合的网络结构,并有蛋白质、蛋白多糖、多酚、金属离子以及其他细胞壁组分镶嵌其中[8]。
图2 褐藻细胞壁结构模型[8]
Fig.2 Structure model of the brown seaweed cell wall
由于细胞壁多糖中海藻酸的含量超过70%,使用纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶难以充分水解。褐藻胶裂解酶可使海藻酸盐或其聚合物水解成低分子质量(<10 kDa)的低聚糖,并降低体系的黏度。SATO等[26]的研究先使用褐藻胶裂解酶水解裙带菜细胞壁多糖,再选用动物蛋白酶、植物蛋白酶、微生物来源蛋白酶等17种蛋白酶进行催化水解,从中筛选出蛋白酶S“Amano”作为制备裙带菜降血压肽的工具酶,并通过超滤和反向高效液相色谱纯化后,发现肽段Val-Tyr、lle-Tyr、Phe-Tyr、lle-Trp 对高血压小鼠具有明显的降血压效果。图3是裙带菜生物活性肽的制备流程。
图3 裙带菜生物活性肽的制备流程
Fig.3 Preparation process of bioactive peptides from Undaria pinnatifida
1.3 褐藻多酚
1.3.1 生理功效
褐藻多酚属于褐藻类的次生代谢产物,是一类多羟基酚类化合物,也被认为是间苯三酚的衍生物,结构复杂。因其分布较广泛、种类多样化,成为多酚研究的主要方向。裙带菜孢子叶中的多酚含量约为13.34 mg/g,并具有抗氧化、抗炎、降血糖等多种生理活性[5]。TONG等[27]报道了裙带菜孢子叶的多酚提取物具有较好的DPPH自由基清除能力、还原能力,尤其清除羟基自由基的能力较强,质量浓度为5 mg/mL时清除能力超过没食子酸,主要活性成分为原儿茶酸和丁香酸。同时研究发现,该多酚提取物对α-葡萄酶有较明显的抑制作用,有助于预防和改善高血糖症。EDA等[28]研究表明裙带菜孢子叶水提物中的酚类物质含量较高,约为120 μmol PGEq/g干重,对超氧阴离子自由基具有很强的清除能力。JIANG等[29]发现紫外线A能诱导裙带菜孢子叶多酚进一步发挥氧化鱼肌原纤维蛋白的作用,从而改善马鲛鱼肌原纤维蛋白凝胶的性质。DONG等[30]发现孢子叶多酚对H2O2诱导的RAW264.7细胞具有较好的抗氧化活性,同时通过免疫印迹的方法研究了多酚的抗炎途径,发现多酚对COX-2表达没有产生影响,但是明显抑制了iNOS表达,表明多酚是通过RAW264.7细胞中的iNOS调节途径来抑制LPS诱导的炎症, 且效率更高。
1.3.2 提取方法
近年来,随着多酚的研究不断深入,提取工艺也不断优化。溶剂萃取法是较为经典的提取方法,利用溶解度的差异来提取多酚物质,乙醇水溶液是溶剂萃取法中使用最广泛的溶剂。但由于褐藻多酚常和藻类细胞壁中的其他组分相结合,导致常规方法提取效率较低。DONG等[30]采用高温结合溶剂萃取法提取裙带菜孢子叶中的褐藻多酚,高温可以提高多酚的溶解度,破坏细胞壁的交联结构,促进小分子质量化合物等耐热生物活性成分的释放,提高萃取效率。经响应面工艺优化,在加热温度为170 ℃,加热时间为5.2 h,乙醇体积分数为52%时,多酚得率为10.7 mg GAE/g样品干重。但该方法对温度要求较严格,温度过高,易导致酚类物质转化为醌类而损失。
另外,由于褐藻多酚结构复杂、易氧化,纯化较难进行,学术界对其深入研究较欠缺,限制了多酚相关产业的发展。目前的分离纯化方法主要以凝胶、树脂、硅胶等柱色谱为主,再结合高效液相色谱获得单体化合物。JIANG等[29]采用50%乙醇水溶液从孢子叶中提取多酚,经硅胶柱色谱纯化后,通过超高效液相色谱-飞行时间质谱联用法鉴定得到9种小分子质量的酚类化合物,包括3,5-二羟基苯酚、3,4-二羟基苯甲醛、5-乙酰氧基-2-羟基苯甲醛、对苯二酚、对苯二酚乙酸酯、4-羟基苯甲醛、C8H8O3、1-(3-甲氧基-4-羟基苯基)乙烯酮、4-甲氧基苯酚。
1.4 岩藻黄素
1.4.1 生理功效
岩藻黄素是一种海洋类胡萝卜素,广泛存在于进行光合作用的藻类、贝壳类动植物组织中。裙带菜孢子叶中的岩藻黄素含量约为0.51 mg/g,高于鼠尾藻(0.45 mg/g)和海黍子(0.26 mg/g),抗氧化、抗癌、抗炎等多种生理功效,具有优良的功能食品开发价值[5]。
岩藻黄素最初是作为食品添加剂在食品中使用,后来发现岩藻黄素具有抗氧化作用,是一种天然的抗氧化剂。FUNG等[4]研究了新西兰产裙带菜的岩藻黄素含量及抗氧化活性,发现在整个生长季节中,孢子叶中的岩藻黄素含量均很高,约为0.9～1.5 mg/g,但经热烫、烘干等热处理加工后,裙带菜的DPPH自由基清除能力和铜离子还原抗氧化能力显著降低,主要由于岩藻黄素高温下易氧化分解所致。纪晓林[31]研究发现裙带菜孢子叶中的岩藻黄素具有较好的清除DPPH自由基、羟基自由基的能力,IC50值分别为3.88 μg/mL和34.9 μg/mL,对脂肪酶的抑制率达到54.33%。此外,还能有效防止RAW264.7细胞氧化。医学研究表明,肿瘤、炎症等与ROS引发的脂质过氧化有密切联系,而岩藻黄素的抗氧化作用,也使其表现出良好的抗炎、抗癌等功效。CHOI等[32]发现裙带菜孢子叶中的岩藻黄素能有效抑制角叉菜胶引起的过氧化氢酶(catalase,CAT)和SOD活性的降低,减轻其诱导的足肿胀小鼠组织中NF-κB、p65和IκBα的降解。表明岩藻黄素具有抗炎特性,并显示了其治疗炎症患者疾病的潜力。
1.4.2 提取方法
目前,岩藻黄素的提取方法主要为有机溶剂萃取法、微波萃取法、超声波提取法、酶解提取法、双水相提取法等[31]。溶剂萃取法是最常用的岩藻黄素提取方法,常用的溶剂有甲醇、乙醇、丙酮、石油醚、甲苯、正己烷等。此法简单易行,对实验条件要求不高。然而,这些溶剂大多不适合用于提取食品成分或营养物质,因为在高温下有机溶剂的去除会导致岩藻黄素和其他生物活性物质的部分降解[3]。此外,用有机溶剂萃取法获得的岩藻黄素的提取率差异较大。微波萃取法是利用微波对萃取溶剂和物料的加热作用,破坏物质氢键和溶解迁移,提取所需物质。XIAO等[33]对微波辅助萃取岩藻黄素工艺进行了优化,微波功率300 W,以乙醇为提取溶剂,固液比为1∶15(g∶mL),提取温度为60 ℃,提取时间为10 min的条件下,岩藻黄素的得率为109.3 mg/100 g干重。相较溶剂萃取法该法提取效率更高,色素的稳定性也保持较好。后采用高速逆流色谱纯化岩藻黄素,其纯度可达90%以上,并实现快速、高效和大制备量分离的特点。
纪晓林[31]研究了有机溶剂结合超声波、酶解的复合工艺与双水相提取工艺分别提取孢子叶中的岩藻黄素,复合工艺得到的岩藻黄素的提取率为0.75 mg/g,双水相提取法的岩藻黄素的提取率高达2.65 mg/g,提取纯度也相对较高。双水相提取法是一种较新颖的提取方法,成本低、处理量大。采用乙醇和磷酸钾两种溶剂进行提取,依据岩藻黄素在两相之间的选择性分配,待物质进入双水相体系后,由于表面性质、电荷作用等,使其在两相中浓度不同而达到分离的目的。
1.5 其他活性物质
除上述物质外,裙带菜孢子叶中的脂肪酸与矿物质含量也较丰富。李红艳等[5]以乙醚萃取脂质,气相色谱分析了孢子叶的脂肪酸组成,发现其以多不饱和脂肪酸为主,还有少量的单不饱和脂肪酸,其中n-3脂肪酸具有抑制血栓形成、降血压、降甘油三脂、延缓动脉粥样硬化、抑制肿瘤生长和转移等作用。BOULOM等[7]研究发现新西兰产裙带菜孢子叶中的多不饱和脂肪酸含量在冬季最高,C18∶2n-6(亚油酸)和C20∶4n-6(花生四烯酸)分别占总脂肪酸含量的6%和14%,且n-6/n-3脂肪酸的比例为2.32,优于孢子叶的叶片和中脉,是功能性食品中脂质的良好来源。
矿物质是维持人体正常生理功能必不可少的物质,裙带菜孢子叶富含钾、钠、钙,其中钾的含量远高于钠,有助于改善人体钾钠平衡。钙不仅是人体骨骼组织的重要成分,并参与机体的能量代谢。此外,还有一定量的碘和铁,碘是维持人体甲状腺正常功能所必需的元素,铁能够增强人体肌肉的强度,还具有运输氧气、缓解贫血等功效[5]。
2 裙带菜孢子叶在食品中的应用研究
裙带菜的孢子叶由于口感较硬,人们主要将其晒干或盐渍后食用,产品以孢子叶丝、孢子叶片为主,原料大部分出口日本等国家,亦有少部分原料在打捞时直接将其割断作为垃圾扔掉,总体利用率不高。但随着研究的不断深入和消费者健康意识的逐步提高,裙带菜孢子叶中的功能活性成分不断得到开发和认可,其本身的特点具有功能性食品开发潜力,有着较为广阔的功能性食品应用前景。
TONG等[27]将裙带菜孢子叶粉添加到蔬菜提取物中,发现20%的添加量能使DPPH自由基清除能力提高17.27%,5%的添加量能使ɑ-葡萄糖苷酶活性抑制了98.26%,表现出较好的抗氧化剂增强剂的效果。启航等[34]以裙带菜孢子叶为主要原料,采用酶解、脱腥工艺,辅以添加砂糖、奶粉及增稠剂、乳化剂等食品添加剂,制成裙带菜孢子叶饮料,该饮料不仅味道独特可口,而且具有保健功能的褐藻糖胶和膳食纤维的含量得以提高,降血脂、降血糖、改善胃肠道效果也得以显著提升。韩建升等[35]以孢子叶为原料,通过切片、去除黏液、冷冻、杀菌制备成孢子叶即食食品,既较好保存了孢子叶原有的营养价值,又易于人体消化吸收,便于产业化生产。利用裙带菜孢子叶开发的功能性食品不仅提高了其附加值,也减少了其对环境的污染,可开创良好的经济效益。同时,鉴于孢子叶中的生物活性物质含量较高,从中提取的多糖、多酚、岩藻黄素等活性成分在功能性食品中的应用也越来越多。
丛娅奇[20]将从裙带菜孢子叶中提取的多糖生物活性部分用于加工含片,通过感官评定的方法确定了主辅料的配比,制成了一款具有保健效果同时口感较好的含片。吕占祥等[36]将采用对孢子叶黄酒进行开发,通过酶解辅以水提醇沉工艺从孢子叶中获得了岩藻聚糖硫酸酯粗品,将其添加到黍米黄酒,发现该保健酒具有降血压、降血脂、提高免疫力、抗肿瘤等功效。而采用水提醇沉法制备孢子叶多糖过程中,水煮、过滤后残留的孢子叶渣经研究发现仍有部分生物活性物质保留,除了多糖以外,还有蛋白质、多酚等化合物。孙昊[37]将裙带菜多糖提取物及其副产物为功能性原料替代部分面粉分别加入到以曲奇饼干为代表的烘焙食品中,结果表明,2种曲奇饼干中的总糖和总酚含量有所提高,0.5%的添加量不仅能抑制曲奇饼干的脂质氧化,而且保持了曲奇饼干的品质。李裕博[25]以裙带菜孢子叶水煮提糖后的副产物为原料通过酶解工艺制备了海鲜调味料,该调味料呈味氨基酸和挥发性风味成分比重增加,呈现出较好的风味。
JIANG等[29]将从裙带菜孢子叶中提取的褐藻多酚添加到鲭鱼糜中,经紫外线照射后,鱼糜的持水力和破断力显著提高,凝胶中总巯基和游离胺的减少使蛋白质间形成了更均匀分布的交联结构,增强了鱼糜蛋白质网络结构的形成,从而提高了鲭鱼糜的凝胶性能。曾惠[38]将裙带菜多酚应用于大菱鲆的防腐保鲜,研究发现随贮藏时间延长,大菱鲆菌落数明显降低,减缓了鱼肉的腐败变质,对高蛋白鱼类的保藏研究起到了良好的借鉴意义。
岩藻黄素最初在食品中仅作为着色剂使用,后来研究发现其具有较好的抗氧化作用,效果甚至优于维生素C和维生素E。纪晓林[31]采用电子自旋共振波谱技术研究了孢子叶中的岩藻黄素对食品体系中脂质自由基的清除活性,结果表明,岩藻黄素质量浓度为100 ng/mL时,加速氧化3 h,在鱼油以及玉米油体系中自由基清除率分别为64.46%和57.4%,当质量浓度增加到300 ng/mL时,加速氧化10 min,在亚油酸和亚油酸盐体系中脂质自由基清除率为75.24%和66.9%。SASAKI等[39]将从裙带菜中提取的岩藻黄素添加到鸡胸肉中,200 mg/kg的添加量既能抑制鸡胸肉烹调后在低温储藏期间脂质氧化反应的发生,还能改善肉质的颜色与外观,延长产品货架期。国外推出了含岩藻黄素的保健品,除定位于减肥功效外,还将其添加到馅饼、黄油等焙烤食品中,增加产品色泽与功能性。表2是裙带菜孢子叶及其提取物在食品中的应用。
表2 裙带菜孢子叶及其提取物在食品中的应用
Table 2 Application of Undaria pinnatifida sporophyll and its extract in food
裙带菜孢子叶及其提取物应用主要作用来源孢子叶孢子叶丝、孢子叶片蔬菜、饮料即食抗氧化、降血糖、降血脂[5,27,34-35]多糖含片、酒降血压、降血脂、抗肿瘤[20,36]提糖副产物饼干、海鲜调料抗氧化、提高鲜味[25,37]多酚鱼糜、鱼肉提高持水力和胶凝性、防腐保鲜[29,38]岩藻黄素油、鸡肉馅饼、黄油抗氧化、延长货架期减肥、降血糖、改善色泽[31,39]
3 结束语
综上所述,作为工业废料的裙带菜孢子叶中含有多种生物活性物质,并在食品工业中具有广阔的开发利用空间。近些年,国内外对孢子叶的研究多集中于多糖生物活性方面的研究,也有部分研究对其多肽、多酚、岩藻黄素、脂肪酸等进行了研究,发现其具有抗肿瘤、抗氧化、抗炎、抗凝血等多种生理功效。但目前这方面研究仍较少且不够深入,常因提取率低,分离纯化较难进行而限制了其在工业生产中的应用。今后需要进一步加强生物活性物质提取及分离纯化技术的研究,找到适合工业化应用的提取分离方法,不断提高生物活性物质的产率。同时,孢子叶中其他生物活性物质如精油、糖蛋白等也不断被研究发现,实现对其生物活性的探索将促进孢子叶资源的有效利用。此外,随着生活水平的提高,人们对健康的关注点不再仅满足于食物的基本营养需求,而是不断渴求能够获得健康益处的功能性食品。裙带菜孢子叶含有丰富的营养成分和天然的生物活性物质,在海藻功能性食品的研发、生产中有较高的应用价值,是一类重要的海藻功能性食品配料,其开发利用将是今后长时间内海藻功能食品领域的研究热点之一。孢子叶在食品中的应用虽然也有了一定的研究进展,但我国目前对其加工利用还处于初级阶段,精深加工及产业化应用还比较落后,未来的研究重点应加大生物活性物质的功能开发、结构鉴定及作用机制等方面研究的力度,拓宽裙带菜孢子叶的应用领域。基于裙带菜孢子叶的研究现状,加深对其开发利用,不仅能减少藻类资源浪费、保护生态环境,促进资源合理有效的利用,而且能提高产品的附加值,优化和改善人们的膳食结构,在经济发展的同时,减少相关疾病的发生,保障人民的身体健康,具有良好的社会效益和经济效益。
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