2012年第3期（总第160期)
刘莉莉1，问莉莉1，李思东2（1．广东海洋大学食品科技学院，广东 湛江 524088，2．广东海洋大学理学院，广东 湛江 524088）
【摘 要】 海藻是重要的海洋资源，但在海藻的开发加工利用上尚有许多问题需要解决。简要阐述了海藻在营养成分分析、有效成分提取工艺及高值化利用等方面的研究进展。
【关键词】 海藻；营养成分；有效成分；高值化利用
海藻又称海洋蔬菜，其营养丰富又具有保健作用，被称誉为“长寿菜”。 现已知的有近百种海洋蔬菜可供人类食用，如海藻中的紫菜、海带、龙须菜、裙带菜等。海藻中含有人体必需的蛋白质、脂肪、碳水化合物、多种维生素、微量元素及矿物质，另外还含有许多特殊成分：如海藻酸钠、海藻多糖和多不饱和脂肪酸等。海藻内含有多种生理活性物质，有保护心血管系统、抗肿瘤、抗衰老、抗病毒等功能[1,2]。我国海藻资源丰富，市场广阔，开发潜力大。深入分析海藻的营养成分、研究有效成分的提取工艺对开发海藻类天然产品、保健品，发掘新的药用成分以及海藻的高值化利用具有重要意义。本文综述了近十年来对海藻的营养成分分析和有效成分的提取工艺，以及海藻高值化利用的应用研究进展。
1 营养成分分析
海藻生长在海洋的特殊环境中，所含有的营养成分与陆地植物有较大区别。除含有丰富的蛋白质、维生素、矿物质和微量元素外，还含有如海藻酸钠和海藻多糖等特殊成分，在食品和保健方面显示出巨大的潜力。众多学者对不同海域不同种类的海藻进行了营养成分分析。
陶平等[3]对采自大连沿海分属于绿藻门、红藻门及褐藻门的13种食用海藻的有机和无机组成进行了研究。它们的粗蛋白、粗脂肪、粗纤维及总糖含量分别为122~205，1.0~21.8，18~122，359~671g/kg；它们的不饱和脂肪酸含量丰富，约占脂肪酸含量的55%~67%；孔石莼与海萝具有较高的氨基酸含量；测定了13种海藻的矿物质、微量元素和维生素，结果表明：这些海藻含有丰富的氨基酸及不饱和脂肪酸，富含有人体必需的矿物质、微量元素及维生素，为海藻食品的开发提供了营养评价的参考依据。
刘维刚等[4]主要对福建红树林区4种海藻(扁浒苔Enteromorpha compressa，混合卷枝藻Bostrychia mixta，鹧鸪菜Caloglossa leprieurii，节附链藻Catenel laimpudica)的营养元素和氨基酸含量等进行研究。结果表明：（1）福建红树林区4种海藻Fe，Mn含量显著高于一般海藻的平均浓度；Ca含量则普遍低于一般海藻的平均浓度；P，K，Mg含量则高于或低于一般海藻的平均浓度。（2）福建红树林区4种海藻总氨基酸含量（TAA） 由高到低依次为（干重）：扁浒苔265.89 mg/g，混合卷枝藻211.96 mg/g，鹧鸪菜189.53 mg/g，节附链藻111.10 mg/g；而必需氨基酸含量（EAA）由高到低依次为：混合卷枝藻87.42 mg/g，扁浒苔82.92 mg/g，鹧鸪菜73.62 mg/g，节附链藻34.41 mg/g。（3）在3月和6月，对生长在秋茄板状根上和岩石面上的鹧鸪菜营养成分比较，前者的总氨基酸和必需氨基酸含量均大于后者；而元素含量则有不同变化。
张桂和[5]以江蓠等5种生长于海南岛沿海的热带海藻为材料，测定其可溶性糖、粗蛋白、脂肪、纤维素、维生素C的质量含量，以期为进一步开发和利用这些热带海藻资源奠定初步的基础。结果表明：这5种海藻的营养成分各不相同，其可溶性糖质量含量的变化范围为25.66%~52.00%；脂肪为0.18%~1.28%；粗蛋白为2.99%~29.05%；纤维素为1.67%~9.67%；维生素C 为10.47~12.11µg·g- 1。
赵素芬等[6]对采自湛江沿海的8种常见海藻的营养成分进行分析。结果显示：碳水化合物是构成这8种藻体的主要成分，占藻体干重的48.22%~69.16%。蛋白质占2.81%~15.44%，平均为9.25%，且蛋白质中氨基酸含量高，平均16.01%，氨基酸组成中天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、缬氨酸和亮氨酸含量多；绿藻门种类无论是蛋白质还是氨基酸含量都高于红藻门和褐藻门的种类，4 种绿藻的氨基酸评分最高。粗脂肪占0.15%~1.17%，平均0.56%。粗纤维的平均含量近似于碳水化合物的一半。根据蛋白质和粗脂肪的比例，叉枝藻Cymogongrus flabelliformis和盾叶蕨藻Caulerpa racemosa var.peltata均可作为高蛋白、低脂肪的良好食物来源。矿物质中铁、锌含量丰富，介于0.311~1.722mg/g 间，铜、砷和镍含量超标。
赵素芬等[7]又分析了粗枝软骨藻Chondria crassicaulis、日本沙菜Hypnea japonica、鱼栖菜Acanthophora sp、芋根江蓠Gracilaria blodgettii、平卧松藻Codium repens、网地藻Dictyota dichotoma等6种生长于雷州半岛沿海的常见海藻的营养成分，以期为进一步开发和利用这些海藻资源提供参考。结论可知氨基酸含量较高，不少种类中汞、镉、铅、砷等含量超出我国食品卫生标准，海藻体内的营养成分含量因海藻种类和生长海域的不同而有差异。
江海燕等[8]也分析了采自湛江海域的6种经济海藻的营养成分。得出除海蒿子外，碳水化合物是这些海藻的主要营养成分, 平均为39.49%；粗蛋白含量4.08%~23.70%；粗脂肪含量最低，其中的4种皆不足藻体干重的0.5%；矿物质含量丰富，异枝麒麟菜的Fe，Mn, Zn的含量都较高，分别为261.20 mg/100g，62.27 mg/100g，206.10mg/100g；得出相似结论：氨基酸含量较高；不少种类中镉、铅、砷等含量超出我国食品卫生标准，海藻体内的营养成分含量因海藻种类和生长海域的不同而有差异。
2 有效成分提取工艺
目前国内外都很重视海藻的研究，越来越多的提纯新工艺被开发应用，为海藻提取物的进一步深加工提供前提条件。现对海藻内膳食纤维、海藻多糖、海藻酸钠及海藻油的提取工艺分别进行阐述。
2.1 膳食纤维
李来好[9]指出：江蓠、麒麟菜、马尾藻和海带都属于大型经济藻类，其资源相当丰富，都含有丰富的藻胶、纤维素、半纤维素等，是生产膳食纤维的优质原料。实验通过改变上述4种藻类的加工方法，从中提取成本低且富有保健作用的海藻膳食纤维，并对海藻膳食纤维的毒理和功能特性进行研究。
2.2 海藻多糖
传统海藻粗多糖提取方法主要有水提、酸提和碱提。酸碱法提取易造成多糖的降解，而酶法提取的成本较高。为提高效率，节约成本，夏超等[10]采用热水法提取海藻中的粗多糖，并运用正交试验方法，对海藻粗多糖的提取工艺进行优化。结果得出提取温度是海藻粗多糖提取的关键因素，其次是提取时间，加水量和提取次数影响较小。结论可知海藻粗多糖的最佳提取工艺为：12倍水量，在80 ℃条件下提取3次，每次1 h。
2.3 海藻酸钠
海藻酸钠又称褐藻酸钠，是从褐藻类的海带或马尾藻中提取的一种由1,4-聚-β- D-甘露糖醛酸和α-L-古罗糖醛酸组成的线型多糖碳水聚合物，是海藻酸衍生物中的一种，所以有时也称褐藻酸钠、海带胶或海藻胶[11]。盘茂东等[12]采用正交试验方案研究了海南马尾藻海藻酸钠的提取工艺，得出最佳的提取工艺条件：Na2CO3浓度为2%、消化温度为55 ℃、消化时间为3h，海藻酸钠提取率最高达40.4%。杨红霞等[13]采用正交实验研究了酶解法提取海藻酸钠的工艺及影响因素，并分析了单因素对酶解反应的影响，从而得出最佳酶解反应条件为：称取干海带5.000g，缓冲液用量55mL，pH值5.0，温度45℃，反应时间18h，加酶量90U/g，此时海藻酸钠浸出量可达2.4487g。
2.4 海藻油
海藻油中含有大量不饱和脂肪酸，尤其是含有人体必需的EPA、DHA，因而日益受到人们的广泛关注；目前，利用藻类生产EPA和DHA的方法有低温结晶法、分子蒸馏法、超声波萃取法等[14]。刘群等[15]以乙醚/石油醚为溶剂提取球等鞭金藻海藻油。以料液比、乙醚/石油醚体积比、提取温度和提取时间为影响因素，海藻油得率为考察指标，通过单因素实验和正交实验，确定的最佳提取工艺条件：料液比1:15，乙醚/石油醚体积比1:2，提取温度20℃，提取时间5h；在此条件下，球等鞭金藻海藻油得率为（40.8±1.1）%。
刘圣臣等[16]以小球藻为原料，利用反复冻融技术破碎细胞壁，并用乙醇作提取剂提取海藻油。研究了乙醇浓度、液料比、冻融次数以及提取温度等因素对油脂提取率的影响。实验结果表明，最佳工艺条件为反复冻融1 次、液料比3:1（V/W）、乙醇浓度95%、提取温度45℃，出油率达24.28%。小球藻经反复冻融提取海藻油，提取较完全，适宜大量生产，有着较广阔的应用前景。与藻泥直接提取及冷冻干燥后提取相比，提取效率高，且差异极显著。
3 高值化利用
纵观海藻的开发研究发现，海藻的价值不仅体现在食用价值，还在生物活性物质开发应用、生物功能材料、生态保护及能源化利用等诸多领域和范围发挥日益重要的作用，体现出了巨大的应用潜力和极高的经济价值。
胡爱军等[14]指出EPA和DHA具有多种重要的生理功能，已引起食品、医药等领域的高度重视。利用海藻作为生产EPA和DHA的又一来源具有巨大的潜力和十分重要的意义。着重阐述了海藻的EPA、DHA的含量和生产优势。
下莱茵应用科学大学（德国）的B．Mahltig和GMBU公司（德国）的U．Soltman[17]合作，利用溶胶－凝胶涂料可以把微海藻和碾碎的海藻固定在纤维和织物上。通过该方法将海藻的生物功能性固定在织物上，并得到生物功能化的织物，用于生物反应器、水处理和抗微生物功能织物领域，应用前景极佳。
生物能是以生物质为载体，将太阳能以化学能形式贮存其中，主要依靠植物的光合作用而产生的能源；生物能可以转化为固态、液态和气态燃料形式，替代传统的化石燃料，具有环保和可再生双重属性。周志刚等[18]针对大型海藻能源化的潜能、国内外研究进展以及存在的问题，展开了讨论并展望其应用前景，指出海藻是一个非常理想的生物质原料。
美国斯坦福大学研究人员利用可进行光合作用的海藻细胞生成了微弱的电流，被认为是在生产清洁、高效的“生物电”历程中迈出的第一步。目前，研究仍处于初级阶段，研究人员正通过单个海藻细胞证明是否能获取大量的电子。这是潜在的、最清洁的能量生成来源之一，聚集电子发电的效率也将大大超越燃烧生物燃料所生成的能量，与太阳能电池的发电效率相当，并有望在理论上达到100%的能量生成效率。但这一方式在经济上是否合算，还需要进一步的探寻[19]。
4 结束语
综上所述，海藻是现代营养素的宝库。对海藻食品的开发，是一个很有前途和充满希望的发展方向。在高值化利用方面，利用海藻生产生物燃料具有诱人的开发前景。生物能源可以缓解国家能源供给的危机，是未来能源发展的趋势。另外，海藻养殖不与陆地植物争抢生产资源，具有巨大的环境效应；可以吸收大气及海水中的CO2，协助解决地球变暖、海水酸化等问题；可以减轻海水的富营养化，维持海洋生态平衡以及物质再循环。总之，进行大型海藻能源化的研究与开发，可以促进实现低碳经济，减轻环境污染，从而促进社会与经济的和谐与可持续发展。但海藻中可乙醇化能源物质的合成与积累机制仍不清楚；缺少可适用能源生产的海藻新品种；海藻细胞生物转化以生产燃料乙醇的效率难以稳定等，这些难题需要进一步研究。
参考文献
[1] 赵素芬,吉宏武,郑龙颂.三种绿藻多糖的提取及理化性质和活性比较[J].台湾海峡,2006,25 (4):484-488.
[2] Me Dougall D. J..Plant cell walls as dietary fibre:range,structure,processing and function[J].J Sci Food Agr,1996,70(2):133-150.
[3] 陶平,许庆陵,姚俊刚,等.大连沿海13种食用海藻的营养组成分析[J].辽宁师范大学学报(自然科学版),2001,24(4):406-410.
[4] 刘维刚,林益明,陈贞奋,等.福建红树林区4种海藻的营养成分[J].海洋学报,2002,24(3):88-93.
[5] 张桂和.几种热带海藻营养成分的分析[J].海南大学学报(自然科学版),2002,20(4):324-327.
[6] 赵素芬,孙会强,王丹,等.湛江海区8种常见海藻营养成分分析[J].广东海洋大学学报,2008,28(6):30-34.
[7] 赵素芬,孙会强,梁钧志,等.湛江海域6种常见经济海藻的营养成分分析[J].广东海洋大学学报,2009,29(1):49-53.
[8] 江海燕,吴思超,岑颖洲.湛江海域6种经济海藻的营养成分分析[J].广州化工,2011,39(7):105-108.
[9] 李来好.海藻膳食纤维的提取、毒理和功能特性的研究[D].青岛:中国海洋大学,2005.
[10] 夏超,刘媛,石金城,等.正交试验优选海藻粗多糖的提取工艺[J].中医药导报,2011,17(9):79-80.
[11] 纪明侯.海藻化学[M] .北京:科学出版社,2004.
[12] 盘茂东,李嘉诚,王向辉,等.海南马尾藻海藻酸钠的提取工艺及表征[J].2009,25(8):673-675.
[13] 杨红霞,李博,窦明.酶解法提取海藻酸钠研究[J].安徽农业科学, 2007,35(12):3661-3662.
[14] 胡爱军,丘泰球,梁汉华.利用海藻生产EPA 和DHA[J].中国油脂,2001,26(4):66-69.
[15] 刘群,徐中平,刘振华.球等鞭金藻海藻油的提取工艺[J].中国油脂,2010,35(2):21-23.
[16] 刘圣臣,邹宁,孙杰,等.小球藻中海藻油的提取工艺研究[J].食品科学,2009,30(8):120-123.
[17] B．Mahltig,U．Soltman.利用溶胶－凝胶将海藻固定于纤维以获得生物功能材料[J].国际纺织导报,2011,(5):64.
[18] 周志刚,毕燕会.大型海藻能源化利用的研究与思考[J].海洋经济,2011,1(4):23-28.
[19] 姚依.利用海藻细胞生产电流[J].纳米技术,2010,17(6):109.
