¹青岛明月海藻集团有限公司，山东 青岛

²农业农村部海藻类肥料重点实验室，山东 青岛

³嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江 嘉兴

⁴青岛明月海藻生物健康科技集团有限公司，山东 青岛

⁵青岛明月蓝海生物科技有限公司，山东 青岛

收稿日期：2023年2月28日；录用日期：2023年3月16日；发布日期：2023年3月29日

摘要

海藻酸是从海洋褐藻中提取的一种天然高分子，其分子结构中的羧酸与钾、钠、钙等金属离子形成的海藻酸盐及其大量衍生制品在食品、医疗卫生、生物技术、纺织工业、美容护肤品、废水处理、生物刺激剂等领域有广泛应用，在新时代健康产业有重要的应用价值。本文总结了各种海藻酸盐生物制品在改善胃肠道、抑制胃食管反流、吸附重金属离子、膨化大便、缓解便秘、减肥、降血糖、降血脂、止血、抑菌、促进伤口愈合、美容护肤等各种应用中的健康功效。

关键词

海藻，海藻酸盐，生物活性，海藻生物制品，健康功效

Health Benefits of Alginate

Yimin Qin^1,2,3, Changjun Zhu³, Xia Qiu^1,4, Shuying Liu^1,2, Zhigang Geng^2,5

¹Qingdao Bright Moon Seaweed Group Ltd., Qingdao Shandong

²Key Laboratory of Seaweed Fertilizers, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Qingdao Shandong

³College of Biological and Chemical Engineering, Jiaxing College, Jiaxing Zhejiang

⁴Qingdao Bright Moon Seaweed Bio-Health Technology Group Co Ltd, Qingdao Shandong

⁵Qingdao Bright Moon Blue Ocean BioTech Ltd., Qingdao Shandong

Received: Feb. 28^th, 2023; accepted: Mar. 16^th, 2023; published: Mar. 29^th, 2023

ABSTRACT

Alginate is a natural polymer extracted from marine brown seaweeds. When the carboxylic acid groups in its structure are combined with potassium, sodium, calcium and other metal ions, its salts and many other derivatives are widely used in many industries such as food, health, biotechnology, textile, cosmetics, wastewater treatment, biostimulant and many others, which are highly valuable in health industries of the new era. This paper summarized the health benefits of various alginate derived bio-products in improving gastrointestinal tract, inhibiting gastroesophageal reflux, absorbing heavy metal ions, bulking stool, relieving constipation, reducing weight, lowering blood sugar and blood lipid, hemostasis, bacteriostasis, promoting wound healing, skin care and other applications.

Keywords:Seaweed, Alginate, Bioactivity, Algal Bio-Products, Health Benefit

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1. 引言

海藻酸盐及其各种衍生物在食品、医药、保健、生物医用材料、临床护理等健康产品领域有广泛应用，具有优良的健康功效 [1] [2]。例如以海藻酸盐为主要原料制备的防逆流剂被用于治疗胃食管反流病，在与胃中的酸性介质接触后形成凝胶筏而抑制反流 [3]。海藻酸盐在载药系统中被用于药物的可控持续释放，其中海藻酸盐复合物在与胃酸接触后水化，在药物表面膨胀后形成一层粘稠的胶状物，在限制药物释放的同时限制水分进入以保持其不受分解。在伤口护理领域，海藻酸盐医用敷料是慢性创面护理中的一种常用产品，具有原位形成亲水性凝胶的独特性能，可为创面愈合提供湿润的环境。在牙科印模的制备中，利用海藻酸钠与硫酸钙等微溶性钙盐之间的反应可以制备齿科海藻酸盐印模材料，在室温下可以很快成型且有很好的性价比。作为一种组织工程材料，海藻酸盐在固定细胞后应用于人体器官移植，可治疗低血钙、帕金森病、肝功能衰竭、糖尿病等疾患 [4]。在功能食品领域，海藻酸盐不被人体消化，是一种性能优良的膳食纤维，可抑制肠道中营养成分的吸收、增加饱感，有益于糖尿病和偏食患者的治疗 [5]。

本文总结了海藻酸盐及其各种衍生制品对人体的健康功效。

2. 海藻酸盐的健康功效

2.1. 改善胃肠道

在人体的消化系统中，肠道微生物通过在肠黏膜局部以及人体全身与宿主的互动产生免疫和代谢作用，对维护人体健康和预防疾病起到重要的作用 [6]。食物中的营养成分在直接影响人体的同时，也可以通过对肠道微生物的作用影响人体健康 [7]。海藻酸盐是一种从海洋褐藻中提取的膳食纤维，其不被人体消化吸收，可以对肠道健康产生积极影响 [8]，尤其是低分子量的海藻酸盐寡糖有促进益生菌的活性 [9]。以海藻酸盐为原料制备的微胶囊可以通过提供物理保护作用增加益生菌在消化系统中的成活率 [10] [11]。

2.2. 抑制胃食管反流

海藻酸钠等海藻酸与一价金属离子结合后形成的水溶性海藻酸盐在与胃酸接触后转换成不溶于水的海藻酸，在胃的上部沉淀析出后形成凝胶筏，这层凝胶筏可以在胃中滞留约3小时，在此期间形成的物理障碍可以阻止胃液反流到食管。当凝胶通过消化系统进入肠道后，海藻酸在肠道内被转换成海藻酸钠，其在溶解后成为亲水性很强的膳食纤维。

2.3. 吸附重金属离子

海藻酸对金属离子的结合力按以下顺序递减 [12] ：Pb²⁺ > Cu²⁺ > Cd²⁺ > Ba²⁺ > Sr²⁺ > Ca²⁺ > Co²⁺ = Ni²⁺ = Zn²⁺ > Mn²⁺，其对各种重金属离子有很强的结合力，可以防治放射性锶的吸收和沉积，还可以排除Pb²⁺、Cd²⁺、Ba²⁺等重金属离子，利用海藻酸与铅离子很强的结合力可以开发具有排铅功能的特医食品。管华诗等 [13] 的研究结果显示，触铅作业工人每天服用一定量的海藻酸钠制剂后，其粪便中铅的含量明显上升，说明海藻酸钠可以延缓或阻止铅从消化系统进入人体，具有良好的排铅功效。

钍(Th)是一种自然存在的放射性元素，在民用尤其是核工业有应用。在含钍的矿山加工过程中，其可以通过吸入、摄入和皮肤渗透等渠道进入人体，对健康造成危害。Rezk [14] 把成年雄性白化鼠分成5组，其中的4个测试组在用钍处理后再用海藻酸钠治疗。按照每公斤体重13.6 mg腹腔注射硝酸钍后钍在小脑、大脑皮层、脑干等部位积聚并引起Na⁺、Ca²⁺、Fe³⁺离子以及丙二醛浓度的显著上升。每天口服5%的海藻酸盐可以显著降低钍在大脑不同部位的积聚、减轻其危害，其中Na⁺、Ca²⁺、Fe³⁺离子以及丙二醛浓度随着海藻酸盐的应用而下降，由此改善硝酸钍带来的危害。

2.4. 膨化大便、缓解便秘

与木聚糖、卡拉胶、纤维素等膳食纤维相比，海藻酸盐具有一系列独特的性能，其很强的亲水性和良好的凝胶性能使其在胃肠道中能通过膨化作用使有害物质得到稀释，同时通过亲水作用缓解便秘 [15] [16]。研究显示，每天服用175 mg/kg的海藻酸钠后粪便的湿重和干重都有明显增加。图1显示海藻酸钠进入消化系统后的作用机理。

图1. 海藻酸钠进入消化系统后的作用机理

2.5. 减肥活性

Dettmar等 [17] 的研究显示海藻酸盐可以调节食欲和能量的吸收。这个作用主要是由于在胃酸的作用下海藻酸盐形成凝胶，从而延缓胃的清空，通过刺激胃牵张感受器降低肠道对营养成分的吸收，从而降低血糖水平。Wolf等 [18] 测试了分别喝海藻酸钠和阿拉伯胶饮料后的正餐后血糖指数。结果显示含海藻酸钠的饮料弱化了正餐后血糖指数。Hoad等 [19] 研究了海藻酸钠对进食习惯的影响，他们测试了喝含1% w/v海藻酸钠的牛奶后的饥饿及饱感。总的来说，喝了含海藻酸钠的牛奶后饱感有所增加，饥饿感有所下降，而这种影响在G含量高的海藻酸中更大。采用磁共振成象术后显示海藻酸在胃中形成凝胶，而凝胶的容量与海藻酸的G含量有关。研究显示，海藻酸的成胶性能对其控制食欲的功能起重要作用 [20]。

Chater等 [21] 研究了三种褐藻提取物对脂肪酶的活性，用浊度计脂肪酶活性测定法分别测试了褐藻的酒精提取物、碳酸钠提取物以及褐藻匀浆的活性。结果显示三种提取物对脂肪酶均有很强的抑制作用，说明海藻中的岩藻多糖、海藻酸盐、褐藻多酚等生物活性物质可以通过抑制脂肪酶的活性降低食物中能量的消化吸收，产生减肥功效。

海藻酸盐的减肥功效在应对肥胖症的过程中具有重要的应用价值 [22]，在全球各地，肥胖使高血压、血脂异常、2型糖尿病等疾患的风险增加，也与冠心病和骨关节炎的发病相关。通过提高饱感等机理，海藻酸盐等膳食纤维可以降低进食量，起到减肥功效 [23] [24] [25]。在一项涉及肥胖患者的试验中，Georg Jensen等 [26] 在受试者的饮料中加入海藻酸盐后通过提供饱感达到降低能量摄入的目的，在试验12周后能观察到体重明显下降。

2.6. 降血糖

在食物中加入海藻酸盐可以产生降血糖功效 [27]。研究显示，在糖尿病患者的食物中添加5克海藻酸盐后，其血浆胰岛素的上升和血液中葡萄糖峰值分别降低42%和31%。与此相似，在饮料中加入海藻酸钠对胰岛素升高和餐后血浆葡萄糖上升也产生同样的效果。食物中含有海藻酸盐时，葡萄糖的吸收速度呈现下降趋势 [15]。

2.7. 降血脂

人体的脂代谢异常造成高脂血症，表现在血液中总甘油三酯、总胆固醇水平和低密度脂蛋白胆固醇的升高，而高密度脂蛋白胆固醇含量下降。研究显示海藻酸盐在小肠腔中的存在可以降低血浆胆固醇、减少脂肪的吸收，其作用机理可能与胆固醇和粪便胆汁排泄量的增加相关。在一项研究中发现 [28]，每克燕麦产品、果胶、车前子和瓜尔胶可以分别使血浆总胆固醇含量降低37、70、28和26 mM∙L⁻¹。在另一项试验中，6个回肠造口术患者的饮食中每天加入7.5克海藻酸盐后，脂肪酸排泄增加了一倍。在脂肪含量和总胆固醇较高的食物中加入海藻酸钠可以起到与紫菜胶、硫酸酯多糖等海藻多糖相似的降低总胆固醇的功效 [29]。

管华诗等 [13] 在饲料中不掺杂胆固醇和植物油，以同法饲养大白鼠后测试粪便中脂肪和胆固醇的含量，研究结果显示随着饲料中海藻酸钠含量的提高，排出的脂肪、胆固醇明显升高。用100%麦麸和93%麦麸 + 7%海藻酸钠喂养大白鼠2个月后，血浆中胆固醇含量分别为180和115 mg/100g，海藻酸钠对血浆中胆固醇含量有明显影响。表1显示海藻酸钠阻吸脂肪、胆固醇的功效。

表1. 海藻酸钠阻吸脂肪、胆固醇的功效

表2显示含有海藻酸钠的降糖乐产品在对59例患有糖尿病同时又有高血脂症的患者的治疗中，均可观察到血脂的明显变化 [13]。

表2. 海藻酸钠对人体血脂的影响

2.8. 海藻酸盐的止血性能

大量临床试验证实了海藻酸盐纤维和医用敷料优良的止血性能。Groves等 [30] 把海藻酸盐敷料应用于供皮区创面，在应用后的5 min内就观察到良好的止血效果。在一项临床试验中发现 [31]，使用海藻酸盐敷料后的血液流失为(96.6 ± 11.7) mL，而使用普通纱布手术后的血液流失为(158.4 ± 17.3) mL。Segal等 [32] 的研究显示从敷料中释放出的钙离子对血小板的激化作用及其产生的凝血效应是海藻酸盐纤维具有止血性能的主要原因。

2.9. 海藻酸盐的抑菌功效

海藻酸盐纤维独特的理化性能赋予其良好的抑菌功效。当敷贴在创面上后，通过纤维的吸湿溶胀，海藻酸盐敷料中纤维与纤维之间的毛细空间受到挤压，通过伤口渗出液进入敷料的细菌被固定在纤维与纤维之间，其繁殖能力得到抑制，因此降低临床感染的风险。Bowler等 [33] 在把含有细菌的溶液与海藻酸盐敷料接触后发现纤维的凝胶膨胀可以抑制细菌增长。

2.10. 海藻酸盐的促愈性能

海藻酸盐医用敷料可以通过敷料中的海藻酸钙纤维与创面渗出液中钠离子之间离子交换后形成的纤维状水凝胶在创面上原位形成一个湿润的愈合环境，通过促进上皮细胞迁移加快伤口愈合 [34]。这种凝胶特性有利于生长因子等细胞因子在创面修复中发挥促愈功效，有效改善创面愈合 [35] [36]。Sayag等 [37] 用棉纱布和海藻酸盐敷料分别护理92个压疮患者，结果显示在棉纱布组中，只有42%的伤口面积缩小40%，而在敷贴海藻酸盐敷料的病人中，伤口面积缩小40%的占74%，海藻酸盐医用敷料具有促进伤口愈合的药理功效 [38]。

2.11. 海藻酸盐的美容护肤功效

海藻酸盐可以通过对铜离子的吸附性能产生独特的美白功效 [34]。图2显示皮肤中黑色素的形成过程，其中酪氨酸酶起关键的催化作用。酪氨酸酶是一种含铜酶，其中的铜离子在与海藻酸盐接触后被海藻酸盐吸附，导致酪氨酸酶的催化活性得到抑制，因此降低了黑色素的形成，产生美白功效。图3显示海藻酸钠对实验体系中和黑素细胞内酪氨酸酶活性的抑制效果 [39] [40]。

图2. 酪氨酸酶催化下黑色素的形成过程

图3. 海藻酸钠对实验体系中(a)和黑素细胞内(b)酪氨酸酶活性的抑制效果

3. 结论

作为一种源自海洋的生物材料，海藻酸盐在具有良好理化性能的同时具有亲水性强、生物相容性好以及一系列独特的生物活性，通过功能性食品、药物、保健品、医用敷料、美容护肤品等产品的应用为人体提供改善胃肠道、减肥、降血糖、降血脂、止血、抑菌、促愈、美白等健康功效。

基金项目

山东省泰山学者蓝色产业计划项目(20130009)。

文章引用

秦益民,朱长俊,邱 霞,刘书英,耿志刚. 海藻酸盐的健康功效
Health Benefits of Alginate[J]. 海洋科学前沿, 2023, 10(01): 41-48. https://doi.org/10.12677/AMS.2023.101005

参考文献