扫描二维码 阅读论文
Recent advances
of natural pigments
from algae
Cite this article
Chen, Z., Wu, W., Wen, Y. et al. Recent advances of natural pigments from algae. Food Prod Process and Nutr 5, 39 (2023).
https://doi.org/10.1186/s43014-023-00155-y
2023年8月，Food Production, Processing and Nutrition在线发表了福建农林大学赵超教授课题组Recent advance of natural pigments from algae的综述论文。
色素是一种常见的添加剂。随着近年来人们对绿色安全食品的需求不断提升，天然来源、健康无毒的食用色素正受到人们的广泛关注。藻类富含天然色素，包括叶绿素、藻红蛋白、胡萝卜素等。除了染色，藻类色素还具有强大的生理活性，如抗氧化、抗炎、抗肥胖和降脂。本文综述了海藻中重要的三种类型的色素，在结构性质和功能等方面的最新研究进展。这篇综述为开发新型保健食品提供了研究依据，为海藻叶绿素在食品和医药行业的应用提供了新的方向。
图 1 与藻类中三种色素相关的文献数量桑基图
Spring 2023
╱ 叶绿素╱
图2 不同种类叶绿素所含的生理活性示意图
藻类中还含有叶绿素衍生物，如脱镁叶绿素和叶绿素衍生物。这类衍生物有的能够显著抑制细胞内脂质的积累，并对脂质代谢具有有益影响，有的可以帮助预防肥胖，有的可能可用于治疗神经退行性疾病，如阿尔茨海默病。
螺旋藻、小球藻、微藻和其他藻类叶绿素来源广泛、浓度高，是食品、医药、化妆品和其他行业重要的叶绿素来源。研究人员继续优化从藻类中提取叶绿素的技术，并试图提高藻类中叶绿素含量。这些为叶绿素在藻类中的广泛应用奠定了坚实的基础。
Spring 2023
╱ 藻胆素╱
藻胆素是一类仅存在于藻类中的光合色素，可分为藻红素、藻尿胆素、藻蓝素、藻胆紫素（图3）。它们的区别主要在于共轭双键的数量和位置。藻胆素在藻类中以藻胆蛋白的形式存在，藻胆素之间通常通过硫醚键与磷蛋白共价结合，生成藻胆蛋白，藻胆蛋白是藻类的重要蛋白质来源，作为藻类特有的一种重要的捕光色蛋白，它们在光合作用过程中起到吸收和传递光的作用，因此也被称为光合作用的辅助色素。
图3 四种藻胆蛋白的结构
藻胆素作为藻类中一种独特的天然色素，为食品、医药和化妆品产品提供了新的选择。而与此同时，藻胆蛋白也是一种天然蛋白质，含有人体所需的多种必需氨基酸。经过适当的处理，它可以成为一种对人体具有较高营养价值的生物活性物质，具有抗氧化、抗炎、抗衰老、抗癌等其他功能。
同时，藻胆蛋白在新冠病毒的防治中也有潜在价值。学者以冠状病毒的主要蛋白酶和木瓜蛋白酶样蛋白酶为靶标进行了研究，发现藻胆蛋白对它们具有特异性亲和力，表明它对这两种蛋白质都有一定的抑制潜力。
图4 藻红蛋白亚基中不同种类藻胆素的分布与数量
图5 藻蓝蛋白亚基中不同种类藻胆素的分布与数量
本文展开介绍了藻胆蛋白的两种重要类型：藻红蛋白与藻蓝蛋白。详细鉴别了不同种类的藻红蛋白与藻蓝蛋白，并指出了各自独特的药用、食用价值，为各类色素在食品和制药行业的应用提供了新的方向。例如B-藻红蛋白被发现是一种新的牛奶天然色素，使其呈粉红色，在牛奶加工和保存过程中不会变色，R-藻蓝蛋白的α和β亚基都表现出一定的抗氧化活性，可以抑制自由基的产生，为预防衰老提供了新方向等等。
本文介绍了不同种类藻胆蛋白提纯技术，指出了仍有必要改进获得高纯度R-藻红蛋白的技术和方法，指明了未来可以通过改进细胞破坏技术，最大限度地减少提取过程中影响其稳定性的杂质的产生，有效地提取高C-藻蓝蛋白纯度。
Spring 2023
╱ 类胡萝卜素╱
藻类中的类胡萝卜素主要包括两大类，胡萝卜素和叶黄素。其中叶黄素是藻类类胡萝卜素中最重要的部分，是类胡萝卜素氧化后的衍生物。
玉米黄质在结构上与叶黄素相似，是叶黄素的异构体，也是藻类中最常见的叶黄素之一。人类无法合成玉米黄质，只能从食物中摄取。
藻类中的玉米黄质大多是游离的，更利于人们提取和利用。玉米黄质是人眼中最重要的一类叶黄素，除了具有抗氧化能力外，它还可以有效降低患白内障等眼部相关疾病的风险。
岩藻黄素约占天然叶黄素总产量的10%。具有预防糖尿病、抗炎、抗癌、调节脂质代谢和预防肥胖等功能。
图6 类胡萝卜素的可能生产途径
藻类色素的应用现状
传统提取方法采用丙酮、乙醇和氯仿等有机试剂，试剂成本高、有毒性、色素回收率有限制。微波辅助提取、脉冲电场、高静压辅助提取和超声波辅助提取等新技术可有效地提高提取效率。
藻类色素还没有被广泛使用，因为它们有一些局限性。例如，叶绿素是一种不稳定的镁卟啉化合物，很容易被光、酸、碱和氧化剂分解。研究人员通常添加酪蛋白酸钠、抗氧化剂、锌和铜等离子取代其镁离子，将叶绿素稳定为一种良好的天然色素。此外，藻类色素的提取率还不能完全满足工业需求，但随着技术的升级，这一限制很快就会被打破。
╱ 通讯作者╱
赵超，中山大学海洋生物学博士、师从海洋生物工程专家徐洵院士，福建农林大学教授、博士生导师，海洋学院副院长、海西工业技术研究院农产品加工与食品安全工程技术研究中心主任、闽台特色海洋食品加工及营养健康教育部工程研究中心副主任、福州市海洋研究院海洋食品研发中心副主任。西班牙维戈大学兼职博导、美国加州大学戴维斯分校访问学者、澳门大学中华医药研究院兼职研究人员，入选全球前2%顶尖科学家榜单。福建省第一批“雏鹰计划”青年拔尖人才、省杰出青年基金获得者、百千万人才工程省级人选。兼任中国农业生物技术学会微生物生物技术分会理事、全国工具酶标准化工作组委员，国际期刊eFood主编、Journal of Advanced Research副主编，Aging and Disease、Food Frontiers青年编委，Molecular Nutrition & Food Research、Food Research International等多个SCI期刊客座编辑。主持国家级、部省级项目14项；发表SCI论文150余篇，其中以第一或通讯作者发表SCI论文100余篇、ESI高被引10篇，被引次数超过4000次、H指数37；授权国家发明专利40件、转让实施13件，出版学术专著2部，获省科技进步二等奖1项。
公众号：食物生产加工与营养
Food Production, Processing and Nutrition
· END ·
部分图片来源于网络，如有侵权请联系删除
