螺旋藻营养成分及生物活性研究进展

摘 要：螺旋藻蕴藏丰富的营养元素，包括藻蓝蛋白、类胡萝卜素以及各类维生素等，这些成分在预防及治疗多种疾病上展现出显著的效用。螺旋藻具有抗氧化、降血糖、降血脂等生物活性，是开发功能性食品的优质资源。本文对螺旋藻的营养成分进行介绍，分析其抗氧化、提高免疫力、降血糖、降血脂、抗癌、抗肿瘤等方面的生物活性，并对螺旋藻的研究方向进行展望，旨在为螺旋藻功能性食品的开发和产业化提供理论依据。

关键词：螺旋藻；营养成分；生物活性；抗氧化活性

Research Progress on Nutrients and Bioactivity of Spirulina

SONG Yingxuan， YIN Xinyi， LIU Yingxuan

（School of Food Science and Engineering， Shandong Agricultural University， Taian 271018， China）

Abstract： Spirulina contains abundant nutrients， including phycocyanin， carotenoids， and various vitamins， which has good effects in the treatment of a variety of diseases. Spirulina has biological activities such as antioxidant， hypoglycemic and blood lipid， and is a high quality resource for the development of functional food. This paper introduces the nutrients of spirulina， analyzes the biological activities of antioxidant， immunity， blood glucose， blood lipid， anti-cancer and anti-tumor， and prospects the research direction of spirulina， aiming to provide theoretical basis for the development and industrialization of spirulina functional food.

Keywords： spirulina; nutrients; biological activity; antioxidant activity

螺旋藻是一种属于蓝藻门的蓝绿色藻类，在美洲、墨西哥、亚洲和中部非洲亚热带和热带地区的高盐湖泊中自然生长。螺旋藻已被消费者视为健康食品[1]。作为一种低等的原核单细胞或多细胞水生生物，因其极为丰富的营养成分而广受赞誉，被冠以“超级食品”的称号。此外，适量摄入螺旋藻能够充分供应普通人群所需的B族维生素，尤其是维生素B12。特别是其中的螺旋藻多糖，显示出其在辅助治疗代谢性疾病、增强自由基清除能力以及调节血糖和血脂水平方面的潜力[2]。在螺旋藻内，藻胆蛋白的合成量颇为丰富。当前，螺旋藻作为天然色素来源在食品与化妆品等多个领域得到了广泛应用。此外，它在医疗和生物工程领域也展现出极大的应用潜力，被用于制造荧光试剂等，螺旋藻还能够制成特定类型的食品，以满足市场需求，展现出良好的开发与利用前景。在全球范围内，特别是在美国、德国、法国等发达国家，螺旋藻相关产品广泛融入了日常生活的各个方面，以运动饮料和美容化妆品等形式为消费者提供服务[3]。本文全面总结螺旋藻的营养成分和生物活性，为螺旋藻功能的开发和利用提供参考。

1 螺旋藻的营养成分

1.1 螺旋藻多糖

藻多糖是由多个不同或相同的单糖分子通过糖苷键相互连接形成的聚合物，通常具有水溶性。孙建光等[4]分离纯化了螺旋藻粗多糖，并测定了它的理化性质。螺旋藻多糖是水溶性胞内多糖，分子量为12 590，由D-甘露糖、D-葡萄糖、D-半乳糖和葡萄糖醛酸组成，相对含量分别为30.9%、29.8%、22.7%和16.5%，经红外光谱和核磁共振谱分析，其分子结构中的糖苷键为α型。

1.2 蛋白质和氨基酸

螺旋藻中的主要营养成分是蛋白质，螺旋藻的蛋白质含量占其干重的60%～70%，这一含量大约是大豆的1.7倍，玉米的9.3倍，牛肉的3.5倍，蛋类的4.6倍。螺旋藻氨基酸含量丰富，尤其是谷氨酸的含量突出，它所含的必需氨基酸也满足或超越了联合国粮食及农业组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）所设定的推荐摄入量[5]。螺旋藻类的蛋白质不仅质量高，还具有很强的水溶性，容易消化，其消化系数可以达到95%，吸收率可以达到75%[6]。

1.3 维生素和矿物质

螺旋藻所含维生素种类超过13种，其中支持生长发育的维生素，如维生素B1、维生素B2、维生素B12和维生素E的含量尤为丰富。值得注意的是，β-胡萝卜素的含量在每100 g螺旋藻中高达50 mg，这一数值显著高于其他植物，是胡萝卜本身含量的15倍[7]。螺旋藻的矿物营养丰富，元素种类在50种以上，富含碘、钾、钠。此外，螺旋藻还含有较高的锌、锰等诸多的微量元素[8]。

2 螺旋藻的生物活性

2.1 提高免疫力

螺旋藻蕴藏极其丰富的微量营养成分，其中许多具备独特的生物活性特质，能够高效地清除体内自由基，从而减轻其对细胞组织的损伤，增强机体免疫力，预防多种疾病。螺旋藻多糖就是其一。近年来，关于螺旋藻多糖免疫调节作用的学术探讨与研究显著增多。根据韦金河等[9]的研究，在小鼠模型中，螺旋藻多糖展现出显著的免疫调节能力。具体而言，螺旋藻多糖能够有效增强由二硝基氟苯引发的迟发型超敏反应，同时提升小鼠的免疫系统功能，表现为胸腺指数的增加、血清半数溶血值的升高以及单核-巨噬细胞吞噬活性的增强。更值得注意的是，这些正面的免疫效应与螺旋藻多糖的使用剂量呈现出直接的正相关性，即剂量越高，免疫增强效果越明显。这一发现不仅揭示了螺旋藻多糖在免疫系统调控方面的潜力，也为其在预防和治疗相关免疫性疾病的应用中提供了科学依据。吕小华等[10]认为螺旋藻多糖具有增强作用，能有效提升因接受环磷酰胺治疗导致免疫力下降的小鼠的免疫系统效能。常静瑶等[11]通过3种不同的给药方法，系统地探讨了螺旋藻多糖对小鼠血清内24种细胞因子的调控效应，研究发现，螺旋藻多糖的使用显著促进了小鼠的整体免疫功能。陈文青等[12]的研究揭示，螺旋藻多糖具备促进小鼠淋巴细胞增殖的功效，并且能通过诱生IFN-γ而展现出其在免疫调节方面的积极作用。

螺旋藻多糖主要由葡萄糖和鼠李糖构成，AFZALI等[13]采用高效液相色谱法、红外光谱分析技术及核磁共振技术对螺旋藻中的粗多糖进行了蒸馏与纯化处理，由此分离出了两种多糖成分，即螺旋藻多糖-1与螺旋藻多糖-2，经鉴定均属于分支型葡聚糖。这类多糖能显著提升机体对于病毒与细菌入侵的防御效力。此外，螺旋藻多糖能显著增强巨噬细胞的吞噬能力，同时促进一氧化氮（NO）的产生及其相关细胞因子的表达，并促进这些细胞释放NO，NO在生物体对环境变动的响应过程中发挥核心作用，它不仅能够增强免疫系统的防御能力，还能减轻因免疫反应过度引发的伤害[14]。

2.2 抗氧化

螺旋藻因富含藻蓝蛋白、自然产生的抗氧化物质，如β-胡萝卜素、维生素与矿物质，乃因其展现出显著的抗氧化功效。这类化合物能有效中和多余的自由基，防止DNA受到损害，并增强超氧化物歧化酶及过氧化氢酶的活性，显著降低氧化应激事件的频率。此举能有效减轻自由基对细胞的损伤，维持细胞及其外部环境的和谐状态，保障生物体细胞代谢过程的顺畅进行[15]。罗爱国等[16]从钝顶螺旋藻中成功提取了蛋白质，并对其清除自由基的效能进行了评估。数据表明，当螺旋藻中的蛋白质摄入量达到特定阈值后，其展现出的抗氧化效能与维生素C相当。除了对螺旋藻抗氧化性能的直接评估，HASSANZADEH等[17]探讨了螺旋藻在创新功能性果汁配方优化中的应用价值，将小麦胚芽粉与螺旋藻作为配方增效剂进行研究，发现在螺旋藻和小麦胚芽的添加比例均为1%的情况下，该功能型饮品的抗氧化能力跃升至98%，并且在感官体验评估中达到了最高分。李羚等[18-19]发现螺旋藻及其多糖能够有效清除羟自由基（·OH）和超氧阴离子（·O₂⁻），这两类活性氧对细胞损伤有重要作用。通过清除这些自由基，螺旋藻及其多糖能显著抑制脂质过氧化和DNA的氧化损伤。此外，螺旋藻多糖对抗氧化贡献尤其突出，其效果优于螺旋藻本身。这说明螺旋藻中的多糖是其抗氧化活性的重要成分，并且螺旋藻还含有其他具有抗氧化作用的成分，如维生素和藻蓝蛋白。研究表明螺旋藻不仅清除自由基能力强，而且具有长效的抗氧化保护作用。

2.3 降血糖

螺旋藻多糖是螺旋藻中的天然成分，展现出多样化的生物活性特性。螺旋藻多糖在细胞中参与众多生命过程中的调控，展现出显著的血糖降低效果。MA等[20]利用响应面法深入研究了螺旋藻中β-胡萝卜素和螺旋藻多糖的提取与纯化方法，同时评估了其体外抗氧化活性以及在糖尿病模型小鼠中的降糖效果。结果表明，螺旋藻中提取的β-胡萝卜素具有显著的抗氧化能力，同时对抗脂质过氧化表现出强大的抑制能力。此外，在糖尿病模型小鼠中，经过10 d的给药后，小鼠的血糖水平显著下降，从（15.81±1.71）mmol·L-1降至（8.10±0.88）mmol·L-1，食物和水的摄入量也得到了显著改善。齐清华[21]利用盐酸沉淀法从螺旋藻中提取出多糖和蛋白质，在治疗四氧嘧啶诱导的糖尿病实验鼠的高血糖试验中，显示出显著的血糖调节作用，可见其在功能食品开发方面具有一定潜力，在糖尿病的预防与治疗方面具有一定的应用价值。ABOUZID等[22]对埃及几种植物和螺旋藻在抗高血糖方面的效果进行了比较研究，研究结果发现螺旋藻展现出最显著的抗高血糖活性。

螺旋藻在调节葡萄糖代谢的过程中，其机制可能涉及螺旋藻内丰富蛋白质与纤维素的双重作用，这二者有助于减缓血糖上升的速度，并促进胰岛素的生成。螺旋藻增进胰岛素敏感性的效果可能与其降低白细胞介素-6（IL-6）的水平有关。这一机制有助于维持胰岛素信号通路的正常运作，尤其是胰岛素受体底物的功能。如果IL-6水平过高，可能会影响胰岛素受体底物的活性，从而阻碍葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）向细胞膜的转运，导致肌肉和脂肪组织对葡萄糖的摄取效率下降。因此，螺旋藻通过调节IL-6水平，可能有助于改善葡萄糖代谢和胰岛素敏感性[23]。王苏仪等[24]针对糖尿病大鼠展开了深入研究。在运用链脲佐菌素（Streptozotocin，STZ）诱导产生糖尿病的大鼠模型中，观察到过氧化产物丙二醛（Malondialdehyde，MDA）的生成量增加，同时抗氧化酶超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）的活性显著下降。这一系列变化直接导致了胰岛素分泌的减少以及血糖水平的升高。由此可以推断，抗氧化能力的减弱是引发糖尿病的关键因素之一。通过螺旋藻多糖的治疗，血清中的MDA水平显著下降，SOD的活性明显增强，这表明螺旋藻多糖的作用机制在于提升抗氧化酶的活性，促进自由基的清除，减少自由基对胰岛细胞的破坏，进而促进胰岛素的生成与释放，展现其降糖效果。

2.4 降血脂

螺旋藻中包含亚麻酸，这一元素具有抑制肝脏和动脉内部胆固醇与甘油三酯累积的能力，能够降低血液中的胆固醇浓度，进而发挥预防高血脂的效果。余颉等[25]通过让患有高血脂的小鼠食用螺旋藻，发现螺旋藻展现出明显的降低血脂的功效，其能够有效降低实验动物体内的胆固醇含量。螺旋藻脂溶性成分在降低HepG2细胞内3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶（3-Hydroxy-3-Methyl Glutaryl Coenzyme A Reductase，HMGR）活性方面表现出显著效果，该酶是胆固醇合成过程中的关键酶。通过减少HMGR的表达，螺旋藻脂溶性部分抑制了胆固醇的合成。此外，它能抑制低密度脂蛋白受体（Low-Density Lipoprotein，LDLR）以及与脂肪蓄积相关的基因（包括脂肪酸合成酶和硬脂酰辅酶A去饱和酶1）的机能，从而起到显著降低血脂的作用[26]。

2.5 抗癌、抗肿瘤

螺旋藻多糖不仅有抑制肿瘤细胞增殖周期与促发细胞凋亡的作用，还能增强机体免疫功能，提高个体对肿瘤的防御能力。藻蓝蛋白则表现为调节凋亡相关基因与抑制凋亡基因的表达，从而加速肿瘤细胞的凋亡过程。此外，它还能明显提升免疫系统的效能[27]。杜玲等[28]通过腹水瘤小鼠探索非洲乍得湖钝顶螺旋藻多糖在肿瘤治疗领域的应用效能及开发前景。研究显示，钝顶螺旋藻多糖表现出卓越的抗肿瘤功能，能提升携带腹水瘤小鼠的存活率，有效遏制肿瘤细胞的扩展。同时，与对照组相比，实验组小鼠的各项生理指标均表现出明显的优越性。此外，该研究还指出，钝顶螺旋藻多糖的抗肿瘤效果呈现出一定的剂量响应特性，即随着多糖浓度的增加，其成效更明显。王群等[29]通过研究，揭示了螺旋藻多糖能够有效遏制结肠腺癌的生长和扩散，且浓度为5.0 mg·mL-1时能显著抑制肿瘤细胞。此外，他们推测螺旋藻多糖的抗肿瘤作用可能通过直接抑制肿瘤细胞的生长以及增强机体免疫功能来实现。