褐藻多酚

褐藻。海藻中褐藻門是藻類中比較高級的一大類群，是含有褐色色素的絲狀的或絲原植體的藻類，共有240屬,1500種，具有個體大、產量高、分佈廣等特點，是海藻中非常引人注目的一類。在我國沿海品種紛繁的經濟資源中，褐藻類佔據顯著地位，成為我國三大經濟海藻之一。傳統上, 褐藻綜合利用產品包括褐藻膠、甘露醇、碘和氯化鉀等。近20餘年來, 隨著對褐藻的次級代謝產物 褐藻多酚化合物(phlorotannins) 研究的深入, 其獨特的生物活性日益受到人們的關注。

十九世紀有關細胞器結構和功能的研究是當時生物學研究的熱點話題。1847 年，德國藻類學家Nageli 首次用光學顯微鏡觀察到褐藻細胞中一些具折光性、形狀無規則的小泡，其後由Rosanoff（1868 年）證實，直徑通常為0.1-10um。隨後，科學家們就藻泡內含物的化學性質進行了詳細的研究，但由於方法的局限性，主要是常規的化學染色法及光學顯微鏡觀察，有關藻泡內含物的化學特性的認識可謂眾說紛紜。1892 年，德國藻類學家Crato和Hansteen分別獨立地對褐藻細胞中這些微小液泡作了命名。Crato 將其命名為藻泡（physodes），內含物是間苯三酚衍生物；Hansteen 在褐藻的熱水提取物中發現了左旋碳水化合物的存在，所以將其命名為岩聚糖顆粒（fucosan granules）。1912 年，德國著名藻類學家 Kylin重複了Crato 的實驗，選用一系列試劑與藻泡內含物反應，發現它們具有典型間苯三酚及其衍生物的特性；他還指出Hansteen 所觀察到的是褐藻澱粉（Laminarin）而不是藻泡內含物。事實上，藻泡是具有折光性的無色小液泡，其內含物是流體而不是顆粒。進一步研究表明，藻泡內含物具有單寧特性，能沉澱蛋白質（明膠）、醋酸鉛，具有澀味。1913 年，德國的Czapek 稱其為藻泡單寧質。而大多數藻類學家支持的觀點則是Kylin（1938 年）對藻泡及其內含物化學成分做的總結性概述：藻泡僅指這樣的褐藻亞細胞體，它與芳香醛—鹽酸生成紅色，與餓酸反應生成黑色，能與亞甲蘭、甲基蘭和中性紅反應，岩聚糖為酸性流體，具有酚類性質和單寧特性。Freudenberg 將高等植物單寧分為兩類，其一為水解單寧，其二為縮合單寧。1957 年，Ogino 和Taki 通過實驗證實褐藻單寧屬於縮合單寧類，分子中含有間苯三酚； Ogino還認為，既然岩聚糖肯定不是多糖，那麼這一稱為容易讓人誤解，故將其改稱為褐藻單寧更為合適。德國波恩大學藥物生物研究所的Karl Werner Glombitza 小組對褐藻多酚的深入研究做出了傑出的貢獻，由於fucosan 的字面含義有誤入歧途之嫌，故1974 年Sattler 將其命名為phlorotannins，之後被廣泛接受，它是發現於褐藻且僅存於褐藻的一族新的天然產物。由於褐藻生長於海洋這一獨特的環境中，其化學物質大多具有獨特的物理化學性質，如褐藻膠、褐藻澱粉、褐藻氨酸等，嚴小軍（1994 年）根據這些譯名的共性，將這一族新的天然產物譯為褐藻多酚或褐藻單寧。

褐藻多酚的研究劃分為三個歷史階段:

第一階段是細胞學階段，主要是實驗現象觀察和形而上學的思考。crato,E.和Kylin,H(均是德國藻類學家)等初步得出褐藻細胞內某種特定的細胞器(藻泡,Physode)中富含間苯三酚類物質，具有單寧性。

第二階段是植物化學研究階段，主要是高等植物單寧研究和海藻化工的推動及細胞學電子顯微鏡觀測的引入,Haug.A,Munda.I.(均是挪威藻類學家)等廣泛地研究了褐藻多酚的含量及作用，但對結構尚不明確。

第三階段是天然產物結構研究及相關的生理生態研究，主要是結構解析工作。Kw.Gfombitza(德國)和M.A.Ragan(加拿大)等在這一階段取得了實質性突破，了解到褐藻多酚是一組分子量分佈複雜的一類化合物，其結構單元是間苯三酚，並分離解析了多種間苯三酚衍生物。

依據間苯三酚寡聚物聚合方式的不同將小分子量褐藻多酚分為6 類。

其一，間苯三酚以芳基相互聯接，稱為Fucols；

其二，間苯三酚以二芳基醚鍵聯接，稱為Phlorethols；

其三，Fucols 和Phlorethols 兩者的結合，即同時含有芳基芳基鍵和二芳基醚鍵，因此該類化合物至少含有 3 個間苯三酚單元，被稱為Fucophlorethols；

其四，間苯三酚以芳基的醚鍵聯接，但其單體中含有附加羥基形成鄰羥基化合物，稱為fuhalols；

其五，稱為Eckols，該類化合物結合方式多樣，在3 個以上間苯三酚的脫水寡聚物中，其中兩個進一步環化形成二苯雜二氧，或芳基化聯接后脫水形成二苯呋喃型化合物，此外Eckols還能進一步聚合成dieckols 或bieckols 等；

其六，還有不太常見的鹵代、硫酸酯化、烷基化多酚。

一般認為寡聚的間苯三酚可以進一步聚合形成更高分子量的單寧質，但其生物合成途徑尚未清楚。由於褐藻多酚分子量大，結構複雜，容易氧化，不易純化。紅外、紫外及核磁共振等結構解析手段均未獲得十分明確的結構信息。

褐藻多酚具有抗氧化、抗菌、抗病毒活性、抗腫瘤、抗心血管疾病、抗糖尿病綜合症、保護肝臟以及抑制透明質酸酶賴氨酸酶等廣泛的生物活性。其中Eckols類多酚是最主要的活性成分。

關於褐藻多酚的抗氧化機理，一般認為存在三種途徑,

一是通過酚羥基的離解，羥基的還原性是酚類化合物的共性之一，以間苯三酚為單體的褐藻多酚分子中的多個酚羥基可以作為氫的供體，易被空氣中的氧所氧化，離解出來H 可與氧化過程中產生的過氧化物自由基，羥基自由基反應，形成穩定的羧酸或水，以切斷氧化的鏈式反應，從而抑制和延緩氧化;

二是通過自由基途徑，褐藻多酚可吸收紫外光和可見光，抑制氧化起始步驟中自由基的產生，從而抑制和延緩氧化。目前所公認的生物抗氧化劑主要是指可以清除自由基，抑制脂質過氧化目前所公認的生物抗氧化劑主要是指可以清除自由基，抑制脂質過氧化的活性物質。研究表明，褐藻多酚具有很強的自由基清除能力，是一類在藥學，食品，日化等領域很有使用前景的天然抗氧化劑和自由基清除劑。

三是褐藻多酚能夠絡合有催化作用的金屬離子，褐藻多酚分子中具有包括連三羥基在內的大量羥基，有這樣結構的分子能夠與金屬離子反應，形成穩定的絡合物。褐藻多酚將金屬離子絡合，消除了氧化反應的催化劑，從而抑制和延緩氧化。

褐藻多酚對多種細菌，真菌，酵母菌有明顯抑制能力，對霍亂菌，金黃色葡萄球菌，大腸桿菌等常見致病菌某些多酚都有很強的抑制作用，而在相應的抑制濃度下不影響動物體的生長，具有很強的殺菌活性。師然新等對青島沿海9種常見海藻的類脂及酚類抗菌活性的研究表明, 9種海藻的所有提取物對枯草桿菌都有明顯的抑制作用; 曾呈奎等認為海帶中的多酚化合物是海帶病害初期用於防禦病原體侵入的主要手段與物質基;Glombitza 等也研究了來自Ecklonia maxima的褐藻多酚的抑菌作用。

褐藻多酚抗病毒的性質與其抑菌性有一定相似之處。在多酚結構和多酚抗胞疹病毒活性關係研究中發現，對於縮合多酚，活性取決於聚合度，對於水解多酚則取決於其分子中酞基數目，與其分子核心多元醇關係不大。用多酚水解酶處理多酚后可使其活性減弱，說明多酚對病毒的抑制與收斂性密切相關。Hudson等對13種韓國海藻提取物中抗病毒(HSV和SINV) 化合物進行了研究, 結果表明海藻提取物中存在不同的抗病毒化合物

因此, 褐藻多酚化合物是一類具潛在應用價值的抑菌抗病毒化合物。

據婁清香，嚴小軍所作的毒理學試驗表明：褐藻多酚在小鼠急性毒性實驗中，褐藻多酚的半數致死量(LD)為1230x10 ,95%可信限為79.4-1912.4x10 根據世界衛生組織1997年的化學物質急性毒性分級標準，小鼠口服實驗LD在500x10 到5000x10 為低毒物質，因此認為海藻多酚為低毒物質"在大白鼠的90d餵養試驗中，除了觀察實驗動物的體重，行為，飲食以及糞便情況外，同時測定各項血液指標和生化指標。實驗期內未發生動物異常反應及死亡。試驗過程中的血象常規檢查，體重變化，臟體系數，血液生化檢查結果均與對照組無顯著性差異，病理檢查也未見異常。因此，可以肯定，褐藻多酚是食用安全的物質，可以進行進一步的產業化開發。研究結果己經表明，褐藻中多酚化合物具有抗氧化活性，是潛在的可食用天然抗氧化物。而且眾多報道已指明多酚對人的營養和健康有著重要的影響。