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具潛力的海藻多醣-石蓴硫酸多醣

2021-11-09
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文、圖/研究發展處 羅鴻基
 海藻多醣-硫酸化多醣體
       海藻多醣體已被證實具眾多對人體有益的生物活性。全球熱銷的海藻多醣,褐藻醣膠,即為褐藻多醣體。現今研究已顯示所有大型藻類的多醣體具有極相似的生物活性。
       如同陸生植物的細胞壁組成,藻類細胞壁主要亦由纖維素多醣構成,這些纖維素多醣在結構上並未硫酸化 (sulfation)。然而在藻類細胞壁尚存在一種「具硫酸根」的多醣體,稱為「硫酸多醣 (sulfated polysaccharide)」。此種多醣不存在於陸生植物細胞壁。圖一為褐藻細胞壁的組成示意:
圖一、大型藻褐藻的細胞壁組成
(取自Estelle等人於2014年發表於Annals of Botany期刊第114卷第1203~1216頁)
       大型藻可分為褐藻、紅藻、及綠藻,這些大型藻的硫酸多醣具有不同的結構組成,名稱各異:褐藻的硫酸多醣稱為「褐藻醣膠 (fucoidans)」及 「fucans」;綠藻石蓴的硫酸多醣稱為「石蓴聚醣 (ulvan)」;紅藻的硫酸多醣稱為「卡拉膠 (carrageenans)」。圖二及圖三為大型藻的分類及其所對應硫酸多醣之名稱與結構的關係:
圖二、大型藻的分類及各類所含多醣體的主要組成                       
(取自Seema P.於2012年發表於3 Biotech期刊第2卷第171~185頁)
圖三、不同海藻硫酸多醣的結構
(取自Federica C.及Andrea M. 於2011年發表於Biomaterials第76~98頁)
 石蓴硫酸多醣的功效
石蓴(Ulva lactuca),又名海萵苣 (圖四),為石蓴屬下的一種大型綠藻。
圖四、本公司以海洋深層水養殖的綠藻石蓴 (研發處邱仕彰提供)
石蓴多醣具有眾多有益人體的生理功效。表一為石蓴多醣的諸多生物活性。
表一、石蓴硫酸多醣的生物活性
(取自Tang Y.Q.等人於2016年發表於Journal of Biology, Agriculture and Heaithcare期刊第6卷第2224~3208頁)
上表石蓴多醣的功效也存在於其他大型藻多醣。然而,有關石蓴多醣與褐藻醣膠之功效比較的文獻鮮少。2015及2016年分別有文獻針對「抗病毒」及「抗氧化」做兩者的比較,研究顯示石蓴多醣功效優於褐藻醣膠。實驗結果略述下:
 「抗病毒」方面
先以NDV新城病病毒 (Newcastle Disease Virus) 感染非洲綠猴的Vero細胞 (腎臟上皮細胞) 12小時後,再以褐藻及石蓴多醣處理感染後的細胞,藉以比較抑制病毒感染的程度。結果顯示石蓴硫酸多醣較褐藻醣膠為佳。
 「抗氧化」方面
「清除自由基的能力」即為抗氧化的能力。研究顯示對於清除 ABTS 自由基  而言,石蓴多醣較褐藻醣膠為佳;對於清除氫氧自由基而言,石蓴多醣較褐藻醣膠為佳;對於清除亞硝酸根 NO2-能力而言,石蓴多醣與褐藻醣膠相當。
 本公司生產的石蓴硫酸多醣
 緣起與過程
      本公司以海洋深層水養殖數種大型藻類:如紅藻-海木耳、紅翎藻;綠藻-石蓴、滸苔。大型藻多醣已證實有許多對人體有益的功效,如抗腫瘤、抗氧化、抗病毒、及抗發炎等特性。本公司於2014年委託中興大學周寬基教授針對花蓮廠的藻類進行抗腫瘤的細胞試驗,結果顯示海木耳、紅翎藻及石蓴等三種藻類萃取物可以顯著抑制肝癌細胞株與肺腺癌細胞株的生長。
      為開發本公司藻類,107年本公司委託台灣海洋大學食品科學系吳彰哲特聘教授開發石蓴多醣萃取製程,以花蓮廠石蓴藻粉 (圖五) 為原料,利用酵素水解以取得石蓴多醣水解液,並利用噴霧乾燥製得石蓴多醣 (圖六)。目前已建立穩定量產的萃取製程,並得到具特定功效的石蓴多醣。109年1月已向海洋大學完成該萃取技術的轉移,並已尋得新糖城公司作為本公司石蓴多醣的台灣獨家代理。
圖五、本公司花蓮廠以海洋深層水養殖之石蓴藻粉
圖六、本公司石蓴多醣萃取製程之水解液 (A) 及噴霧乾燥後所蒐集的石蓴多醣粉 (B、C)
 本公司石蓴硫酸多醣的成分分析
       大型藻多糖之功效來源為硫酸根及多醣分子量。研究顯示硫酸根含量越多,其功效性越佳。至於多醣分子量較大及較小均各有其功效,並非坊間所說的「分子量越小越好」的錯誤觀念。
       本公司石蓴多醣經吳教授分析,硫酸根含量為24 ~ 25 %,與文獻值16 ~ 23.2 % 相近;至於多醣分子量具三個部分:180 Da、50 ~ 470 kDa、及708 kDa以上。文獻研究顯示石蓴多醣466 kDa具抗氧化功效, 359.8 kDa具抗病毒功效。
 本公司石蓴硫酸多醣的功效分析
      本公司石蓴多醣萃取物經吳教授分析具有清除DPPH自由基、清除superoxide anion (O2-)自由基、以及具有螯合Fe2+ 的能力,因此具有抗氧化能力。
      吳彰哲教授也曾發表石蓴多醣與日本腦炎關係的研究。吳教授萃取出253 kDa、220 kDa、及160 kDa的硫酸多醣,發現三種分子量的多醣均有抑制日本腦炎病毒的感染,其中以253 kDa的效果較佳。本公司石蓴多醣萃取技術取自吳彰哲教授,預期應有抑制日本腦炎病毒的效果。
 石蓴多醣在保健品及醫藥上的潛力
       大型藻最受矚目的就是其多醣類的作用。藻類的多醣類可由水溶液萃取而得,前述已提及石蓴多醣具有眾多生理活性,因此可開發具多方面功效的保健品,甚至往醫藥品開發。
 保健相關產品
       石蓴多醣具有抗氧化、抗菌、抗血脂、降低膽固醇、及護肝等功效,因此可開發相關保健食品及用品。以降血脂為例,研究顯示石蓴多醣可以降低大鼠體重,並且不會引起大鼠食慾降低與腹瀉。此外,以石蓴水萃取物處理人類的肝癌細胞株HepG2,發現可以減少肝癌細胞株內的中性脂肪。此結果說明石蓴硫酸多醣有助於減少肝細胞脂肪,也有助於減輕體重。
 醫藥相關產品
       石蓴多醣具有抗血液凝集、抗菌、抗發炎、抗腫瘤、及抗病毒等功效,因此可開發醫療相關產品,甚至是臨床用藥。
       以抗病毒為例,石蓴多醣在in vitro實驗中發現可有效對抗人類和鳥類流感病毒。海洋大學台灣藻類資源中心的研究團隊發現,以酵素水解技術所萃取的石蓴多醣針對登革病毒、日本腦炎病毒、腸病毒及A型流感病毒感染人類細胞與小鼠動物模式的實驗結果,石蓴多醣有相當好的抗病毒效果。
       以抗腫瘤為例,研究報告顯示,石蓴的水萃取物對肝癌細胞株HepG2、乳癌細胞株MCF7、及子宮頸癌細胞株Hela都具有細胞毒性 (cytotoxic),亦即使癌細胞停止生長及分裂,導致細胞壞死 (necrosis) 或細胞凋亡 (apoptosis)。
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