海藻活性物质研究进展及应用

海藻活性物质应用研究进展张德蒙海藻活性物质国家重点实验室青岛明月海藻集团有限公司一海藻生物资源三海藻生物肥料四海洋功能食品目录六海洋生物医用材料二海藻活性物质五海藻化妆品海藻生物资源一海洋是地球上最大资源宝库，拥有大量尚未认识、开发资源陆地资源日益枯竭，开发利用海洋资源变得尤为迫切、重要海藻生物资源是海洋资源的重要组成部分背景介绍我国海岸线长达1.8万公里，有300多万平方公里的蓝色国土。通过海藻高附加值利用带动海藻养殖扩大规模，既能实现海洋资源高效利用，又能修复近海生态。海藻是海洋中生物多样性最丰富的植物群，含有11个门、上万种，主要有褐藻、红藻、绿藻等，是规模最大的海洋生物资源。海藻海藻的种类全世界现有大藻(红藻、褐藻、绿藻)记录6495种，其中，红藻4100种，褐藻1485种，绿藻910种。中国沿海已有的海藻记录835种，其中红藻门36科140属463种，褐藻门25科54属165种，绿藻门15科45属207种。约占世界总数的1／8。野生海藻资源智利巨藻：明月每年进口3万吨野生海藻捕获量0200000400000600000800000100000012000001400000200220042006200820102012201420162018全球总量智利中国挪威日本海藻养殖选苗→分苗→绑苗→放苗种植→收成→清洗→晒干→打包→入库GradingofseedlingSeparatingseedlingBindingPlantingHarvestingCleaningDryingPackagingStorage海藻养殖量05000000100000001500000020000000250000003000000035000000200220042006200820102012201420162018水产养殖量，吨（湿重）全球总量中国印尼菲律宾韩国野生海藻（吨，湿重）养殖海藻（吨，湿重）智利Chile417,331/329707中国China13,326,315/14475940中国China245,550/243110印尼Indonesia10,076,992/11631000挪威Norway154,230/169407菲律宾Philippines1,549,576/1404519日本Japan91,500/79700韩国KoreaRep1,087,048/1351258印尼Indonesia70,514/41194朝鲜KoreaDPRp444,300/489000法国France58,512/55041日本Japan363,400/391208爱尔兰Ireland29,500/29500马来西亚Malaysia245,332/205989秘鲁Peru25,,827/14824桑给巴尔Zanzibar133,020/111142冰岛Iceland18,427/17985所罗门群岛SolomonIs18,000/10580加拿大Canada14,360/12730越南VietNam14,327/99932014/2016年海藻产量1.资源规模庞大、种类多2.绿色、环保、可再生3.具有亲水、生物相容、可降解等特性4.含有种类繁多的高活性、高附加值活性物质5.是陆地资源的重要补充海藻资源优势海藻活性物质二海藻活性物质海藻活性物质种类及功能海藻活性物质作用功能岩藻多糖（Fucoidan）保护胃黏膜、提高免疫力、防抗肿瘤海藻酸盐（Alginate）吸附重金属，清肠排毒；饱腹感，有助于减肥；药物缓释控释剂，医用材料；保湿、修复；抗辐射褐藻多酚（Polyphenal）抗菌、抗氧化、抗凝血、抗肿瘤、化学防御等岩藻黄素（Fucoxanthin）促进脂肪分解，减肥瘦身，抗氧化、抗肿瘤甘露醇（Mannitol）天然利尿剂，降低颅内压、眼内压昆布糖/褐藻淀粉(Laminaran)抑制转氨酶活性，降低胆固醇，软化血管多不饱和脂肪酸(DHA/EPA)防治心脑血管疾病（动脉硬化、脑血栓等）少儿大脑和视觉发育所必需，被誉为“脑黄金”。。。。。。海藻活性物质海藻酸盐7万元/吨碘35万元/吨卡拉胶12万元/吨琼胶20万元/吨海藻蛋白9万元/吨海藻肥3万元/吨甘露醇2万元/吨岩藻多糖200万元/吨纺织、印染、日化、饲料、农肥功能食品、化妆品海洋药物医用敷料组织工程支架材料应用领域我国第一个海洋药物（藻酸双酯钠）至今已累计创造产值35亿元我国海藻生物制品产业规模全球最大•褐藻胶年产量约3.8万吨，占世界总量60%,其中明月年产1.6万吨•卡拉胶产量约1.8万吨•琼胶产量约1.2万吨2.32.21.6全球其他地区国内其他企业明月集团共性关键问题对亲水性海藻活性物质脱水机理缺少科学研究，导致干燥工艺落后、能耗高、活性损失海藻酸卡拉胶脱水机理酸块含水量65-75%生物质成分结构和性能与海藻活性物质结合的生物质成分结构和性能缺少系统研究，导致产物纯度低，难以满足高端应用的严格要求内毒素糖蛋白可控改性对海藻活性物质的可控改性缺少系统研究，导致产品分子量分布不均、结构和性能不稳定CH2CHCH3OCH2CHCH3CH2CHCH3CH2CHCH3CH2CHCH3OHOHOHOH衍生制品对海藻活性物质的衍生制品缺少系统研究，初级提取物的种类、可加工性及反应活性亟待改善氧化海藻酸糖化海藻酸结构表征在结构表征中，对海藻活性物质复杂的结构缺少科学表征手段，严重影响了海藻活性物质的可持续发展功效及作用机理在应用领域，对抗癌、止血、促愈合等功效及作用机理缺少系统研究，制约了海藻活性物质在高端领域的应用标准与检测方法在标准与检测方法领域，我国与欧、美、日等世界发达国家有很大差距，制约了海藻活性物质更广泛应用。•美国、英国药典在1990年代已经明确规定海藻多糖的质量控制标准,并制定了海藻多糖体内植入医疗产品的标准。•我国CFDA在2008年颁布体内植入的高纯度海藻多糖质量标准,在海藻活性物质的质量标准与检测方法上明显落后于世界先进水平。我国海藻活性物质科研现状海藻活性物质科研涉及农业、生物、化工、环保、材料、医药等众多学科领域，我国海藻活性物质科研资源分散、缺少完整学科体系支撑：•海藻活性物质科研人才主要分散在部分院校和科研院所，缺少交流和管理体系•海藻活性物质科研平台少、结构不合理全球代表性研究机构挪威科技大学褐藻多糖实验室在褐藻多糖纯化技术、分子结构与功效、改性等方面居世界领先。先后研究褐藻多糖酶系统、高纯海藻酸盐在干细胞技术、肿瘤治疗、细胞工程和组织工程材料等方面的应用。日本海洋生物技术研究所海藻活性物质鉴定、功效及应用研究，在褐藻多糖治疗癌症中有重要成果。法国欧密斯海藻研究中心海藻活性物质酶法改性、功效分析和应用技术研究，海藻活性物质在动物营养、饲料、功能食品、生态农业、医药等领域的应用。中国科学院海洋研究所我国最早从事海藻制备碘、褐藻胶，开发海藻活性物质高纯制备（褐藻多糖硫酸酯）技术。建立海带、紫菜养殖技术，培育海带新品种。中国海洋大学从事海藻化学与糖生物学的基础和应用基础研究，最早开发出我国第一个现代海洋药物（藻酸双酯钠），建立了全球首个海洋糖库。明月海藻集团海藻活性物质国家重点实验室以提高我国海藻生物产业自主创新能力和产品附加值为总体目标，研究海藻活性物质的提取和分离、功能化改性以及功效和应用领域的共性关键科学技术和理论，整合基于海藻生物资源的海藻活性物质结构、性能和应用数据库，通过化学、物理、生物等改性技术的应用提高海藻活性物质的功效、拓宽其应用领域，为海藻活性物质在功能食品、医药、生物材料、美容化妆品、生态农业等高端领域的应用提供坚实的科学理论基础，促进我国海藻生物产业向高附加值、高端应用的转型升级。海藻活性物质国家重点实验室定位与总体目标海藻产业从大而不强到既大又强的转变研究海藻活性物质溶解和分离特性，解决海藻中水溶性、脂溶性物质制备中工程化技术问题，降低能耗、水耗研究内毒素、糖蛋白等微量成分降解、吸附机理，解决海藻活性物质制备过程纯化技术问题研究高纯、超纯级海藻活性物质检验、检测方法，建立体内植入级海藻多糖等活性物质质量标准海藻活性物质的提取及分离研究方向1海藻资源综合利用碘海藻酸盐甘露醇生物改性：建立海藻遗传、化学指纹图谱，解析海藻质量性状形成分子机制，研究褐藻胶降解酶、异构酶等，解决海藻多糖酶改性关键技术化学改性：研究海藻活性物质在氧化、还原、接枝等化学反应中反应性能，制备其衍生制品，提高其反应活性和可加工性物理改性：运用纳米、微胶囊等技术制备纳米级和可控释放型海藻活性物质；运用超声波等技术裂解褐藻多糖海藻活性物质的功能化改性研究方向2海藻酸及其衍生制品海藻酸低分子量海藻酸海藻酸寡糖海藻酸化学衍生物系列丙二醇酯乙酸酯海藻酸酯系列疏水性衍生物N-乙烯基-吡咯烷酮共聚物氧化海藻酸交联海藻酸衍生物海藻酸盐系列钠离子钾离子铵离子钙离子锌离子铜离子钡离子银离子铝离子褐藻植物(提取)降解分解研究海藻活性物质结构，构建结构数据库，建立海藻活性物质构效关系评价体系评价活性物质及其衍生物抗癌、止血、促愈合、减肥等作用机理，建立应用功效数据库验证海藻活性物质功效，进行动物及临床试验，研究其在功能食品、医疗产品、化妆品、生态农业等领域中的应用性能海藻活性物质的功效及应用研究方向3海藻活性物质应用领域Applicationsforseaweedbioactivesubstances海洋生物肥料三肥料发展阶段第一代第二代第三代第四代：海藻肥欧洲及东南亚国家几百年前开始利用海藻做肥料93、94年中国开始出现海藻肥2000-12-25，农业部颁发第一个海藻肥登记证海藻肥：海陆间营养搬运工海藻肥成分海藻肥原料海藻肥原料海藻肥原料海藻肥分类•海藻有机肥•海藻有机无机复混肥•海藻微生物菌肥•冲施肥•叶面肥•生根剂固态肥水溶肥海洋功能食品四1、海藻酸盐•天然高分子，分子量大，不被人体消化吸收，是一种无热量大分子多糖。•在胃肠中停留时，具有吸水性、吸附性、凝胶过滤和阳离子的交换等作用。海藻酸钠结构及特性代餐减肥水溶性膳食纤维高吸水力强膨胀性膨胀增加食物的粘滞性降低胃排空率及消化率增强饱腹感控制超额大分子营养物质的吸收润肠通便，防止便秘防降三高又叫做褐藻胶低聚糖，是海藻酸钠的低聚形态，可被人体吸收，具有更广泛的生理活性：降血糖、降血脂提高免疫力高分子量海藻酸钠低分子量海藻酸钠海藻酸对金属离子的亲和力的次序为：Pb2+Cu2+Cd2+Ba2+Sr2+Ca2+Co2+=Ni2+=Zn2+Mn2+海藻多糖通过离子交换和螯合作用与重金属离子结合，形成不溶性沉淀而排出人体吸附、排出重金属阻碍放射元素吸收多聚古罗糖醛酸海藻酸钠放射性元素选择性吸收吸附、排出重金属迄今为止发现能抑制放射性锶吸收的最有效药物海藻酸锌可健脑益智及预防中老年痴呆症海藻酸铁可补铁、补血海藻酸镁可预防及治疗冠心病其他海藻酸盐海藻酸钾可补钾降压海藻酸钙可补钙2、岩藻多糖岩藻多糖（Fucoidan）是一种水溶性海洋多糖膳食纤维，富含L-岩藻糖（L-Fucose）及硫酸酯基团（Sulfateestergroup），同时还伴有少量木糖,半乳糖、甘露糖、葡萄糖醛酸、阿拉伯糖和蛋白质等物质。岩藻多糖是褐藻特有的生理活性物质之一，在保护胃黏膜、保护心脑血管、抗衰老、提升免疫力及抑制肿瘤等方面效果显著岩藻多糖结构特点1、提升免疫力——活化免疫细胞活化B细胞和巨噬细胞，诱导T-细胞产生干扰素（IFN-Γ），干扰素具有抗病毒，抗癌的功效。可活化自然杀伤细胞，能辨识体内肿瘤细胞及受病毒感染细胞，并加以毒杀。岩藻多糖功效2、祛除幽门螺旋杆菌富含硫酸基团，能够和胃幽门螺旋杆菌结合排出体外降低胃溃疡和胃癌的发生风险硫酸基团激活胃黏膜，促进胃蠕动。岩藻多糖功效3、诱导癌细胞凋亡多数细胞具有一定的寿命，生命周期一到就会自然凋亡，但癌细胞本身缺乏自然凋亡能力，会无限生长、转化和转移，破坏正常细胞组织。研究表明，岩藻多糖能启动癌细胞“自杀信号”的开关，诱导癌细胞凋亡。岩藻多糖功效食品原料：将本品添加于各式食品中，达到功能