海洋生物技術(shù)之生物活性物質(zhì)

海洋生物活性物質(zhì)

MARINEBIOACTIVESUBSTANCE海洋生物活性物質(zhì)一、概論二、海洋生物活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)類型三、海洋生物活性物質(zhì)研究領(lǐng)域四、海洋藥物開發(fā)的成功案例海洋植物活性物質(zhì)研究一、紅樹林植物二、大型海藻紅樹植物

紅樹植物（mangroveplant）是一類生長在熱帶海洋潮間帶的木本植物。例如，紅樹、秋茄樹、紅茄冬、海蓮和木欖等。當(dāng)退潮以后，紅樹植物在海邊形成一片綠油油的“海上林地”。

全世界紅樹植物種類有24科、30屬、83種（或變種），我國發(fā)現(xiàn)的真紅樹植物有12科、15屬、26種，半紅樹植物有9科、10屬、11種，分布在海南、廣東、廣西、福建和臺灣等省沿海，以及香港和澳門地區(qū)。紅樹植物種類和分布在十五期間，對紅樹林植物化學(xué)成分進行了系統(tǒng)而又深入的研究。北京大學(xué)、中科院上海藥物所、中科院南海海洋研究所

20世紀(jì)60～70年代開展了廣泛的中草藥資源調(diào)查，在此基礎(chǔ)上形成的《全國中草藥匯編》（1978年），收錄了3種紅樹林植物：老鼠簕、海芒果和黃槿，描述了其民間藥用價值。但紅樹林植物藥至今仍不屬于正統(tǒng)的中藥體系，無論是以前版的還是最新2000年版的《中華人民共和國藥典》，在其中藥部分，都沒有正式列入任何紅樹林植物藥，可見到目前為止，中國紅樹林藥物只限于民間利用，對它的研究開發(fā)基本上仍屬于空白。紅樹植物藥用價值紅樹植物與中藥植物研究異同點：一、生境不同，化學(xué)成分不同，但兩者在化學(xué)成分種類上類似。（萜類、甾醇、木脂素、黃酮、生物堿）二、提取和分離方法要區(qū)別對待。紅樹植物中含有大量單寧/鞣質(zhì)物質(zhì)(多酚類化合物)，易氧化，中藥提取方法中加熱回流提取和煎熬等方法慎用。切忌“照搬照抄，拿來主義”。三、科學(xué)研究與環(huán)境保護不可偏廢。植物用多酚類化合物保護自己就是一個典型例子。植物受機械傷害或病原微生物侵害以后，植物的多酚類化合物則產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，形成有毒性的物質(zhì)，抵抗機械傷害或病原微生物侵害。海藻褐藻：海帶、裙帶菜、鹿角菜、繩藻紅藻：紫菜、石花菜海藻活性多糖海藻活性氨基酸和多肽海藻活性脂類海藻活性萜類海藻活性酚類海藻的其他活性物質(zhì)海藻活性物質(zhì)目錄一、微藻生物活性物質(zhì)種類二、微藻生物活性物質(zhì)分離純化技術(shù)三、微藻生物活性物質(zhì)應(yīng)用四、存在問題分析五、展望一、微藻活性物質(zhì)種類微藻活性多糖微藻活性脂類其它活性物質(zhì)微藻活性蛋白微藻毒素類微藻酶類微藻抗生素類微藻色素利用微藻開發(fā)生產(chǎn)生物活性物質(zhì)的優(yōu)點：微藻種類繁多，活性物質(zhì)新穎、獨特；微藻生長快、產(chǎn)量高、適應(yīng)能力強；可定向培養(yǎng)、易調(diào)控。二、微藻活性物質(zhì)分離純化技術(shù)要獲得微藻的胞內(nèi)產(chǎn)物，細(xì)胞破碎是必須經(jīng)歷的一個步驟。破碎的方法包括高壓攪拌，球磨，反復(fù)凍融和超聲波等。萃取：利用有機溶劑萃取胞內(nèi)活性物質(zhì)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于微藻活性物質(zhì)的提取，如蝦青素，β-胡蘿卜素。從天然藻粉或藻泥中萃取出來的粗提物可以利用高速逆流層析、超臨界流體層析、高效液相色譜、反相層析，硅膠吸附層析，凝膠吸附層析等多種層析手段進行純化。（1）微藻活性多糖紫球藻多糖（抗菌）、繁枝蜈蚣藻多糖（抗氧化）、圓型臍葉藻多糖（抗凝血活性）、匍扇藻多糖（抗病毒）、扁藻多糖（抗腫瘤）、鹽藻多糖（抗菌、抗炎）、紫球藻多糖（抗氧化）等。由于在高溫、脫水、冷凍等情況下具有獨特的穩(wěn)定性，決定其不僅可用作食品、醫(yī)藥、化妝品、紡織、印染、冶金、石油等行業(yè)的黏合劑、乳化劑和增稠劑，還可用于醫(yī)用生物制品的干燥和保存，如血液制品、菌苗、疫苗、單克隆抗體、載藥脂質(zhì)體、抗血清等。作者功能引用次數(shù)發(fā)表年份LobnerM,WalstedA,LarsenRGloaguenV,MorvanH,HoffmannLBalachandranP,PughND,MaGYGrzannaR,PolotskyA,PhanPVKajiT,FujiwaraY,HamadaC

KajiT,FujiwaraY,InomataY.HirahashiT,MatsumotoM,HazekiK

ZhangHQ,LinAP,SunYPughN,RossSA,ElSohlyHNLeeJB,SrisompornP,HayashiKMishimaT,MurataJ,ToyoshimaM加強免疫細(xì)胞毒性加強免疫加強免疫抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖加強免疫加強免疫加強免疫抗單純皰疹病毒抗腫瘤30311011276339452008.062007.102006.122006.062002.062002.032002.032001.122001.112001.011998.08PSP的國內(nèi)外研究情況螺旋藻多糖（PolysaccharidefromSpirulina

platensis，PSP）

微藻中多糖提取方法的比較

水提法稱取一定量濕藻體．加蒸餾水，沸水浴加熱1~3h．定容，濾紙過濾，濾液稀釋一定倍數(shù)，蒽酮法測糖。與提取時間有關(guān)，需要長時間加熱提取。堿提法稱取一定量的濕藻體，加入不同濃度的堿液，其余步驟與水提法相同。優(yōu)缺點同水提法，不利于藻體綜合利用。凍融水提法稱取一定量的濕藻體，加蒸餾水，反復(fù)凍融三次，離心。藻體碎片加一定量的蒸餾水，沸水浴加熱3h．濾紙過濾，得濾液；收集凍融上清液，定容。濾液、上清液用蒽酮法測糖。微波法藻粉先進行微波提取，提取液離心再加3倍無水乙醇沉淀，靜置12h后離心，沉淀加3%TCA溶解，離心獲得上清液，再通過無水乙醇沉淀，對沉淀進行無水乙醇洗滌，真空干燥，得到粗多糖。輔助提取技術(shù)。TCA(三氯乙酸)法離心收集藻細(xì)胞，60℃恒溫，干燥，置4%氫氧化鈉溶液中，反復(fù)凍融3次，離心，分別收集上清液與藻體碎片，藻體碎片置沸水浴中加熱3h，濾紙過濾得濾液，合并濾液與上清液，水浴濃縮，往上述收集的濃縮液中分別加入3倍體積的無水乙醇沉淀上清液，離心，取沉淀物，用3%三氯乙酸溶解沉淀，離心，取上清液，用無水乙醇沉淀，重復(fù)上述操作二次除去蛋白，最后收集的沉淀物即為多糖提取物。酶法對微藻細(xì)胞，先進行水提，然后用胰蛋白酶水解，再用木瓜蛋白酶水解。粗多糖經(jīng)脫蛋白、脫色和去除小分子雜質(zhì)，得到較純的多糖混合物，再經(jīng)柱層析純化分級，得到精制的單一多糖。多糖的得率提高。選擇凍融法對微藻進行提取，再運用TCA法除去提取液中的蛋白質(zhì)，可以得到較高得率的多糖粗提物，該方法簡便易行，具有良好的可操作性。粗多糖純化可用離子交換層析、凝膠過濾、透析等方法可取得較好純化效果。微藻多糖的提取及分離純化（2）微藻活性脂類

微藻的脂肪酸組成成為研究熱點，主要原因有：微藻是許多長鏈多元不飽和脂肪酸

（polyunsaturatedfattyacids，PUFAs）的重要來源；PUFAs具有營養(yǎng)學(xué)和醫(yī)藥學(xué)價值；脂肪酸組成和海藻系統(tǒng)分類之間存在著很大的相關(guān)性。PUFAs的生物活性不飽和脂肪酸(PUFA)對人體具有重要的平衡調(diào)節(jié)作用，其中EPA具有降血脂和抗動脈粥樣硬化、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)等方面的作用，DHA具有調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能。因此PUFA可以預(yù)防和治療心血管疾病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，提高人體的免疫機能調(diào)節(jié)、抗衰老、提高記憶功能。最引人注目的是硫代－6－脫氧葡萄糖甘基二酰甘油(SQDG)，可以抑制HIV的復(fù)制，是一種新型抗HIV藥物，美國國家癌癥研究所已經(jīng)選擇用該種酯作為進一步治療艾滋病的主要藥物。EPA和DHA具有預(yù)防心血管病和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)的作用，對嬰幼兒營養(yǎng)亦是必需的。目前，PUFA的提取主要有低溫冷凍結(jié)晶法、尿素包合法、吸附分離法、分子蒸餾法、脂肪酶提取法、膜分離法以及二氧化碳超臨界萃取法等。而微藻中PUFA的提取主要是利用溶劑法、超臨界萃取以及尿素包合等方法。微藻中PUFAs的提取方法項目魚油微藻PUFAs含量魚腥味膽固醇PUFAs繁殖周期價格低有高復(fù)雜長貴較高沒有，可做食品添加劑沒有，可做藥用單純，相對易提純短，受環(huán)境影響小相對便宜傳統(tǒng)工業(yè)魚油與微藻中PUFAs的比較微藻AAEPADHA金藻（Olistho

discussp）卡氏前溝藻（Amphi

diniumcarterii）隱藻(Unknowncryptomonad)紫球藻(Porphyridium

cruentum)三角褐紫藻(Phaeoaoct

tricornatum)中肋骨條藻(Skeletonema

costatum)神秘小球藻(Cyclotella

cryptica)淡水海鏈藻(Thslassiosira

fluviatilis)圓形薄鈣板藻(Syracosphaera

caoterae)單鞭金藻(Monochrysis

lutheri)黃藻（Chromophyta）眼點擬微綠球藻（Nannochloropsis

oculata）黃綠等鞭金藻(Isochrysis

galbana)1.224.30.20.50.11.36.14.821.87.413.820.38.613.87.583.916.353.224.4325.40.70.81.70.92.28.613.18.919.3某些微藻中的PUFAs分布（%）各種油脂提取方法的比較方法藻類提取物中脂肪酸的含量%提取率%EPADHAEPADHA超臨界提取法小球藻20.9841.3592.189.4索氏提取法11.8320.5975.765.7乙醇－乙烷法13.7529.7069.675.0超聲法16.6727.6087.273.1氯仿－甲醇法三角褐指藻18.863.14乙醚－石油醚法12.552.35丙酮日本小球藻20.0%各種油脂提取方法的比較

溶劑法提取微藻中油脂具有操作簡單、便于實施的特點。不同的溶劑提取得到的油脂種類、得率也不相同。但用到的大多數(shù)有機溶劑具有毒性，難以回收。且該法自動化程度低，操作重現(xiàn)性也不盡如人意。尿素包合法的影響因素較多，且尿素的濃度過高形成晶體析出時，會帶出一部分不飽和脂肪酸，導(dǎo)致其丟失。

利用超聲波強化溶劑提取過程，可縮短提取時間、提高溶劑利用率而減少溶劑用量、提高提取率。設(shè)備簡便易得。但操作過程中會產(chǎn)生噪音污染。各種油脂提取方法的比較脂肪酶提取方法具有條件溫和，對環(huán)境友好的特點。但提取所需時間過長。一般需要十幾個小時。

超臨界提取法具有快速、高效的特點。普通溶劑法需數(shù)小時方能完成萃取過程，用SFE法只需約lh即可完成。溶劑法蒸干溶劑后所得的產(chǎn)物為棕色到綠色的油狀物，具腥臭味。SFE法產(chǎn)物則具海藻香味。殘藻性狀溶劑法提取藻類后殘藻色澤暗淡，失去原海藻的香味。直接酯化法提取藻類后殘藻則呈泥狀。超臨界萃取CO2藻類后藻粉仍呈干燥的粉狀，外觀與萃取前無異狀，藻香依舊，仍可用作其他目標(biāo)的提取原料（如提取螺旋藻的藻藍蛋白等）或用作飼料。此外，由于SFE法通過對工藝條件的控制，可調(diào)節(jié)超臨界CO2對微藻所含物質(zhì)的溶解能力，因而對被萃取物有一定的選擇性萃取能力，其產(chǎn)物中EPA和DHA的含量都高于其他溶劑法。（3）微藻活性蛋白

藻膽蛋白(Phycobiliproteins，PBP)分成三類：藻紅蛋白(Phycoerythrins，PE)。主要存在紅藻中，藻紅素主要吸收綠光，其吸收峰約在565nm，故顯紅色。藻藍蛋白(Phycocyanins，PC)。主要存在藍藻中，藻藍素主要吸收橙黃光，其吸收峰約在620nm，故顯藍色。別藻藍蛋白(Allophycocyanins，APC)。其吸收峰約在650nm。藻膽蛋白的國內(nèi)外研究情況（4）微藻色素微藻細(xì)胞內(nèi)色素的種類和含量因藻種的不同和環(huán)境條件的不同而有所不同，但主要含有四種基本色素，即葉綠素、葉黃素、胡蘿卜素和藻膽素（藻藍素和藻紅素），其中以葉綠素含量最多，大約為細(xì)胞干重量的1%～6%；有的微藻還含有其他色素，如血球素（Haemato

codduspluvialis）中蝦青素含量特別多。在微藻合成的色素中β-胡蘿卜素、蝦青素和葉黃素是最具有開發(fā)價值的三種色素。各種提取β-胡蘿卜素方法得率的比較

提取方法微藻種類得率（%）柱層析法杜氏藻11超聲法提取—溶劑萃取法螺旋藻0.675微波法0.0833β-胡蘿卜素提取方法的比較柱層析和溶劑萃取法是傳統(tǒng)的提取方法，二者提取過程大體相同，區(qū)別在于純化過程。溶劑萃取法所用萃取溶劑多為有機溶劑，具有毒性并且難以回收。柱層析法用乙醚-石油醚作為洗脫劑，其毒性較小，易于操作和工業(yè)化且產(chǎn)品純度相對較高。微波提取和超聲提取為較新的提取方法。微波提取具有高效、得率高的特點。但目前無法進行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。而超聲提取在操作過程中會產(chǎn)生一定的噪音污染。

各種提取蝦青素方法得率的比較（雨生紅球藻）

提取方法得率(%)直接研磨法1.50低溫研磨法3.20勻漿法0.76凍融溫差法0.93超聲法0.96微波法1.02化學(xué)破壁法0.63微藻中葉黃素的提取用萬壽菊花生產(chǎn)葉黃素已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其葉黃素的分離提取工藝已經(jīng)成熟。但從微藻中分離提取葉黃素目前還處于實驗室階段，研究對象主要集中在從小球藻中提取葉黃素上，關(guān)于從其它微藻中分離提取葉黃素的研究尚未見文獻報道。目前從微藻中提取葉黃素的方法還不成熟，中試規(guī)模的分離提取也未見報道。究其原因可能是由以下幾方面造成的：（1）微藻的高密度大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)缺乏。很多具有相關(guān)分離提取技術(shù)的研究單位，缺乏微藻大規(guī)模培養(yǎng)的經(jīng)驗，因此無法獲得足夠的微藻原料；（2）微藻細(xì)胞中葉黃素含量和微藻培養(yǎng)合成葉黃素的產(chǎn)率較低，因此沒有提取價值；（3）微藻細(xì)胞壁厚，分離提取存在一定困難；（4）微藻培養(yǎng)及葉黃素分離提取成本太高。因此如何有效地解決上述問題，是今后利用微藻培養(yǎng)法生產(chǎn)葉黃素的關(guān)鍵所在。（5）微藻抗生素類許多微藻能產(chǎn)生對其它微藻、病毒、細(xì)菌、真菌和原生動物有毒性作用的抗微生物化合物。這些化合物大多為有機酸、脂肪酸、溴酚及其它酚類抑制劑、丹寧、類萜，多糖及醇類等。

（6）微藻毒素類

海洋微藻尤其是雙鞭甲藻和藍藻，能產(chǎn)生各種毒素，這些毒素很有希望開發(fā)成為有用的醫(yī)藥產(chǎn)品。由于微藻毒素大多數(shù)是以對生物神經(jīng)系統(tǒng)或心血管系統(tǒng)的高特異性作用為基礎(chǔ)的，所以利用這些毒素及作用機制是開發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)或心血管系統(tǒng)的重要導(dǎo)向化合物，其在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用正在研究之中。（7）微藻酶類

目前關(guān)于胞外酶的研究主要集中在細(xì)菌、真菌方面，藻類胞外酶研究得較少，相關(guān)報道不多。近來，已陸續(xù)報道出多種微藻胞外酶，如胞外碳酸酐酶、胞外氨基酸氧化酶等。碳酸酐酶（Carbonicanhydrase，CA）是一含Zn的金屬酶，可催化HCO3–與CO2的相互轉(zhuǎn)化。（8）其他微藻活性物質(zhì)能夠產(chǎn)生大環(huán)內(nèi)酯類化合物的微藻主要是前溝藻。本類化合物以其獨特的大環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)和顯著的抗腫瘤活性而引起國際上眾多學(xué)者的關(guān)注。如利用海洋微藻細(xì)胞的螯合同化作用，可把硒、鍺