卡拉膠的應(yīng)用及安全性研究進(jìn)展【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　生物技術(shù)</b></p><p>　　卡拉膠的應(yīng)用及安全性研究進(jìn)展</p><p>　　摘要：卡拉膠具有能形成高黏度溶液的膠體的性質(zhì)，又具有一定的穩(wěn)定性與懸浮性，是最重要的一類應(yīng)用于食品添加劑的海洋紅藻多糖。已有許多相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究證明卡拉膠能

2、夠引起人和動(dòng)物腸道疾病, 但是由于卡拉膠引起人體炎癥損傷的方式不確定，以及卡拉膠的致炎機(jī)理尚不明確，導(dǎo)致它的使用安全性在國(guó)際上存在很大爭(zhēng)議。故明確卡拉膠的致炎方式及機(jī)理，對(duì)今后卡拉膠在食品添加劑和小分子量卡拉膠在藥物開發(fā)等領(lǐng)域中提供安全參考值和理論依據(jù)，對(duì)食品安全及人類健康具有重要意義。本文將對(duì)卡拉膠的理化性質(zhì)、生物活性、應(yīng)用及安全性方面做一扼要論述，以便為下一步對(duì)卡拉膠致炎機(jī)理的研究提供一定的理論基礎(chǔ)。</p><

3、p>　　關(guān)鍵詞：卡拉膠；應(yīng)用；安全性；致炎作用</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　卡拉膠（也稱鹿角藻膠或鹿角菜膠，英文名CARRAGEEN）是存在于海洋紅藻綱的麒麟菜屬、角叉菜屬、杉藻屬和沙菜屬等細(xì)胞壁中硫酸多糖[1，2]，因硫酸基團(tuán)和內(nèi)醚鍵位置不同，現(xiàn)已分為七種類型卡拉膠：κ-、λ-、ι-、µ-、θ-、ξ-和ν-型[3]

4、，其中κ-、λ-和ι-卡拉膠的應(yīng)用最為廣泛[4]。它們具有獨(dú)特的生物學(xué)性質(zhì)，可以制成親水膠體、凝膠、增稠、乳化、成膜、穩(wěn)定分散劑等[5]，因此受到食品、日用化工和醫(yī)藥等行業(yè)的青睞 [6]。近年來，我國(guó)已將卡拉膠列入食品添加劑目錄，且它也已列入聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食用標(biāo)準(zhǔn)用量說明書，其應(yīng)用前景非常廣闊。 但是，對(duì)于卡拉膠使用的安全性，國(guó)內(nèi)外存在著較大的爭(zhēng)議。</p><p><b>　　2卡拉膠的

5、理化性質(zhì)</b></p><p>　　卡拉膠一般為白色或淡黃色，無臭、無味，呈半透明粒狀或粉末狀物[7]。另外，不同類型的卡拉膠在理化性質(zhì)方面表現(xiàn)出一定的共性：</p><p><b>　　2.1 黏性</b></p><p>　　在較寬的pH范圍內(nèi)，所有的卡拉膠都為高粘度溶液，隨著卡拉膠濃度的增大，它的粘度呈指數(shù)規(guī)律增大，分子量越

6、大卡拉膠的粘度也越大[8]。</p><p><b>　　2.2 凝膠特性</b></p><p>　　卡拉膠的濃度低至0.5％，κ-型卡拉膠形成具有微凝結(jié)能力的易碎的透明狀凝膠體[9]，而ι-型卡拉膠形成具有良好的凝結(jié)能力的柔軟有彈性的凝膠體。根據(jù)Piculell[10]的研究，κ-型卡拉膠和ι-型卡拉膠在冷卻時(shí)即形成次序螺旋結(jié)構(gòu)，其中κ-型卡拉膠凝膠的次序螺旋結(jié)構(gòu)

7、是由兩條平行和半交叉距離為2.6nm的右旋三維螺旋鏈構(gòu)成的同軸雙螺旋結(jié)構(gòu)，ι-型卡拉膠凝膠的次序螺旋結(jié)構(gòu)是距離為2.5nm的平行雙螺旋結(jié)構(gòu)，而λ-型卡拉膠在冷卻時(shí)不能形成凝膠。</p><p><b>　　2.3 可溶性 </b></p><p>　　所有的卡拉膠都能溶于熱水和熱牛奶，然而，在低溫條件下，卡拉膠粉末在溶液中易結(jié)塊，從而減慢了水合作用的速度，因此影響了溶

8、液的粘度形成或凝膠強(qiáng)度[11]。加速卡拉膠水合速度的最好方法是利用水合作用即將卡拉膠和其他物質(zhì)混合（如葡萄糖、蔗糖和鹽類）并快速的攪拌[12]。</p><p><b>　　3卡拉膠的生物活性</b></p><p>　　卡拉膠屬于天然硫酸多糖，是一類低毒的廣譜抗病毒化合物。研究表明[13]，在體外，卡拉膠是人免疫缺陷病毒(HIV)、單純皰疹病毒(HSV)、人巨噬細(xì)胞

9、病毒、皰疹性口腔炎病毒、新培斯病毒等的有效抑制劑；在體內(nèi)，卡拉膠能誘導(dǎo)多形核嗜中性白細(xì)胞滲入腹膜腔，抑制從腹膜腔到血漿的病毒傳播。</p><p>　　近年來，卡拉膠的抗病毒研究集中于抗HIV和HSV的活性。研究結(jié)果顯示，卡拉膠具有抗病毒作用，在一定條件下能抗艾滋病HIV-1活性[14]，有望成為抗HIV和HSV的藥物。科學(xué)家在對(duì)卡拉膠的研究中指出，飲食中適量的κ-卡拉膠可加強(qiáng)先天免疫力，并可抵抗來自溶藻弧菌的感

10、染[15]。 </p><p><b>　　4卡拉膠的應(yīng)用情況</b></p><p>　　4.1卡拉膠在食品工業(yè)中的應(yīng)用</p><p>　　卡拉膠廣泛應(yīng)用于乳制品、肉制品、酒類和軟糖類等食品工業(yè)中，在這些食品工業(yè)中卡拉膠主要表現(xiàn)在具凝膠、增稠和蛋白反應(yīng)性三個(gè)方面。</p><p>　　4.1.1 卡拉膠的蛋白反應(yīng)作用

11、</p><p>　　溶液中的蛋白質(zhì)聚集形成蛋白質(zhì)膠束，卡拉膠游離在溶液中，和蛋白質(zhì)膠束的裸露氨基酸片斷產(chǎn)生離子反應(yīng)，根據(jù)濃度和pH的不同，分別發(fā)生凝聚沉淀、懸浮和膠凝[16]；而在肉制品固態(tài)中的蛋白質(zhì)經(jīng)過鹽提取、熱處理，蛋白質(zhì)互相之間產(chǎn)生反應(yīng)，形成蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，卡拉膠能通過和蛋白質(zhì)的互相作用加強(qiáng)這種結(jié)構(gòu)。因此在蛋白質(zhì)溶液中卡拉膠可以吸附蛋白質(zhì)分子后，使蛋白溶液懸浮穩(wěn)定[17]。</p><

12、p>　　4.1.2 卡拉膠的凝膠作用</p><p>　　pH<5.0時(shí)，卡拉膠的凝膠強(qiáng)度隨pH的增大而增強(qiáng)；pH5.0-8.5時(shí)，趨于平衡；pH8.0-9.5時(shí)，強(qiáng)度下降；而當(dāng)pH>9.5時(shí)，強(qiáng)度又回升。這是由于卡拉膠分子殘基中存在交鏈扭結(jié)，使凝膠強(qiáng)度明顯下降。適當(dāng)濃度的OH-在大分子中引入3,6-脫水氧橋結(jié)構(gòu)，有助于消除扭結(jié)，使分子鏈伸直，形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，從而使凝膠強(qiáng)度增強(qiáng)[18]。<

13、/p><p>　　4.1.3 卡拉膠的增稠作用</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，弱凝膠卡拉膠的增稠作用一般用于冰淇淋和乳飲料中，結(jié)合卡拉膠——蛋白質(zhì)體系產(chǎn)生的弱凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加上鈣鹽等作用，可以賦予物料一定的稠度[19]。在冰淇淋中，卡拉膠加上甘露聚糖，賦予冰淇淋保型性，抗熱變性，抑制冰晶長(zhǎng)大，提高冰淇淋的膨脹率和融化率[20]。在乳飲料中卡拉膠一方面可起到增稠的作用，另一方面卡拉膠形成的弱

14、凝膠并不會(huì)破壞其他物質(zhì)產(chǎn)生的口感。</p><p>　　4.2 卡拉膠在非食品工業(yè)中的應(yīng)用</p><p>　　4.2.1 應(yīng)用于日用化工行業(yè)中</p><p>　　包括彩條牙膏、潤(rùn)膚制品、洗滌劑等。以彩條牙膏為例，首先利用了卡拉膠優(yōu)良的耐鹽性和抗酶性，可有效提高膏體的穩(wěn)定性；其次又利用卡拉膠非牛頓流體的特征，可明顯提高膏體的觸變性并改善膏體的成型性，從而很好地減少

15、了彩條牙膏發(fā)生串色的幾率[21]。</p><p>　　4.2.2 應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域中</p><p>　　卡拉膠獨(dú)特的類肝素特點(diǎn)（硫酸多糖高分子），賦予了它和蛋白質(zhì)絕無僅有的非專一性結(jié)合的反應(yīng)性，產(chǎn)生了許多特殊的醫(yī)藥療效，也使它們成為具有一定應(yīng)用前景的候選藥物。 </p><p>　　5卡拉膠的安全性研究進(jìn)展</p><p>　　通過以上所列

16、舉的一些卡拉膠的應(yīng)用情況，可知卡拉膠工業(yè)的迅速發(fā)展，其食用安全性問題也在不斷的受到國(guó)際機(jī)構(gòu)的審視?？ɡz是一種重要的食品添加劑[22]，其安全性使用范圍備受關(guān)注。Tobacman等，對(duì)卡拉膠的安全性研究進(jìn)行綜述，表明卡拉膠能夠誘導(dǎo)并促進(jìn)腸道潰瘍甚至癌變[23]。隨后歐洲食品科學(xué)委員會(huì)（SCF）對(duì)Tobacman的報(bào)告進(jìn)行了評(píng)價(jià)，認(rèn)為：沒有證據(jù)顯示食品級(jí)或其所含的降解卡拉膠對(duì)人有任何副作用。但是SCF認(rèn)可分子量（Mw）范圍應(yīng)限制在5%&l

17、t;50KDa，可行的話，應(yīng)盡量減小降解卡拉膠的存在[24]。</p><p>　　κ-、λ-和ι-型這三種卡拉膠都有過致炎反應(yīng)的報(bào)道。沒有降解的ι-型卡拉膠(Mw<100,000)喂養(yǎng)小鼠數(shù)天，小鼠體內(nèi)的上皮細(xì)胞被破壞，巨噬細(xì)胞中的一些因子發(fā)生改變[25] 。沒有降解的λ-型卡拉膠（Mw為300,000）喂養(yǎng)小鼠數(shù)天，出現(xiàn)紅斑遠(yuǎn)端結(jié)腸[26]。沒有降解的κ-型卡拉膠喂養(yǎng)小鼠數(shù)天，沒有發(fā)現(xiàn)有致炎和潰瘍反應(yīng)[

18、27]。對(duì)于這三種卡拉膠的致炎效果的高低的研究現(xiàn)在還是空白。</p><p>　　降解卡拉膠可以引起致炎致癌反應(yīng)已有相關(guān)研究。降解卡拉膠(Mw在20,000-30,000)，喂養(yǎng)豚鼠數(shù)天，觀察到巨噬細(xì)胞和上皮細(xì)胞都有浸潤(rùn)[28]。用降解ι-型卡拉膠(Mw<30,000）喂養(yǎng)豚鼠數(shù)天，明顯產(chǎn)生潰瘍[29]。降解的ι-型卡拉膠喂養(yǎng)小鼠和豚鼠數(shù)天，可以發(fā)現(xiàn)增加小鼠腸上皮細(xì)胞的通透性，出現(xiàn)潰瘍反應(yīng)。</p&g

19、t;<p>　　目前，低Mw的低聚卡拉膠（聚合度DP<20）主要涉及藥用開發(fā)[30]。這些研究的方向多偏重于免疫增強(qiáng)劑、抗腫瘤等，活性研究的焦點(diǎn)集中在一些免疫因子或免疫細(xì)胞的上調(diào)，其結(jié)果的評(píng)價(jià)傾向于藥用化方向 [31]，但是研究中很少考慮劑量使用的安全性問題。</p><p>　　而近有研究表明，低Mw的低聚卡拉膠可促進(jìn)結(jié)腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生炎癥因子，以不同聚合度的卡拉膠降解物對(duì)人結(jié)腸上皮細(xì)胞的影響

20、入手，從而研究其引發(fā)潰瘍的程度及原因[32]。Takeshi等人[33]，已經(jīng)利用Caco-2細(xì)胞與RAW264.7細(xì)胞建立體外共培養(yǎng)模型來進(jìn)行腸道炎癥的研究，該共培養(yǎng)模型能較好地模仿體內(nèi)類似的腸道炎癥(IBD)。Sumit等人[34]，也研究表明卡拉膠可以誘導(dǎo)體外人腸上皮細(xì)胞周期發(fā)生阻滯。所以有必要對(duì)卡拉膠，特別是低Mw卡拉膠的使用安全范圍的研究確定，可以為其作為藥物候選物的開發(fā)提供其安全性值。</p><p>

21、;<b>　　6結(jié)語</b></p><p>　　本項(xiàng)試驗(yàn)旨在通過Caco-2和THP-1細(xì)胞共培養(yǎng)模式模擬體內(nèi)環(huán)境，以一些重要相關(guān)的免疫因子的變化作為實(shí)驗(yàn)的指標(biāo)分析卡拉膠的致炎方式,來研究卡拉膠的致炎程度及機(jī)理，闡明卡拉膠的使用限度及非安全性來源。這一研究結(jié)果將有助于卡拉膠在食品添加劑行業(yè)的重新定位，也給海藻寡糖或多糖在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可開拓的空間和安全性的指導(dǎo)。此研究領(lǐng)域?qū)⒊蔀槟壳皣?guó)

22、際上關(guān)于卡拉膠的致炎模型使用、食品安全評(píng)價(jià)和海洋藻類多糖應(yīng)用前景的焦點(diǎn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周革非, 邢榮蓮, 孫利芹等. 不同分子量的角叉菜( Chondrus ocellatus ) λ-卡拉膠的抗氧化活性術(shù)[J]. 海洋與湖沼, 2009, 5(40): 545-549.</p><p

23、>　　[2] 何新益, 殷七榮, 張興全. 卡拉膠的特性與應(yīng)用[J]. 食品工業(yè), 2002, 3:30-31.</p><p>　　[3] 周衛(wèi)國(guó), 王文智. 卡拉膠的生產(chǎn)及應(yīng)用[C]. 學(xué)術(shù)交流論文, 2006, 3: 162-164.</p><p>　　[4] 胡亞芹, 竺 美. 卡拉膠及其結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展[J]. 海洋湖沼通報(bào), 2005, 1: 95-103.<

24、/p><p>　　[5] 袁華茂. 卡拉膠寡糖與衍生物的制備及生物活性研究[C]. 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所,博士論文, 2005.</p><p>　　[6] 徐 強(qiáng), 管華詩(shī). 卡拉膠研究的發(fā)展及現(xiàn)狀[J]. 青島海洋大學(xué)學(xué)報(bào),1995,S1:117-124.</p><p>　　[7] 尚一平. 卡拉膠的性能及其在肉類工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 肉類工業(yè),2006,

25、12:31-32.</p><p>　　[8] 梁國(guó)珍, 陳文譜. 卡拉膠特性及其在乳制品加工中的應(yīng)用[J]. 懷化學(xué)院學(xué)報(bào),2008,2:53-55.</p><p>　　[9] Aritoft D, Ipsen R, Madsen K, et al. Interaction between carrageenans and milk proteins: A microstructu

26、ral and Rheological Study[J]. Biomacromo lecules, 2007, 8:729-736. </p><p>　　[10] Izydorczyk M, Cui SW, Wang Q. PolysaccharidesGums: Structures, FunctionalProperties, and Application In FOOD CARBOHYDRATES[M]

27、. First editioned, Cui, S.W, Ed;Taylor & Francis:New Tork,2006, 263-299.</p><p>　　[11] 楊玉玲, 周光宏, 姜 攀等. 卡拉膠凝膠質(zhì)構(gòu)特勝的研究[J]. 食品工業(yè)科技,2008, 10:220-223.</p><p>　　[12] BeMiller JN, Whistler RN. carbo

28、hydrate, In food chemistry[M]. 3rd ed.;Fennema,O.R.,Ed, Marcel Dekker,Inc: New York,1996;211-255.</p><p>　　[13] 陶慧娜, 孫濤等. 卡拉膠及其衍生物的生物活性研究進(jìn)展[A]. 安徽農(nóng)業(yè)學(xué),2008,19:7967-7968. </p><p>　　[14] 王長(zhǎng)云, 管華詩(shī).

29、多糖抗病毒作用研究進(jìn)展Ⅲ卡拉膠及其抗病毒作用[J]. 生物工程進(jìn)展,2000,3:39-42.</p><p>　　[15] Cheng AC, Chen YY, Chen JC. Dietary adminisration of sodium alginate and K-eamageenan enhances the innate immune response of brown-marbled group

30、er Epinephelus fuscoguttatus and resistance against Vibrio alginolyticus[J]. Veterinary Immunology andImmunopathology, 2008, 121:206-215.</p><p>　　[16] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn). 食品添加劑一卡拉膠[M]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1994.</p>

31、<p>　　[17] 吳劍鋒, 吳暉, 吳濤. 幾種親水性膠體凝膠特性研究[J]. 廣州食品工業(yè)科技,2004,4:4-6.</p><p>　　[18] 黃來發(fā). 食品增稠劑[M]. 北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2000,70:83-84.</p><p>　　[19] 胡坤, 趙謀明. 物理作用力對(duì)κ-卡拉膠凝膠體質(zhì)構(gòu)特性影響的研究[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè),2003,2:56-5

32、8. </p><p>　　[20] 浮吟梅, 王林山. 卡拉膠在食品工業(yè)中的應(yīng)用[A]. 開發(fā)應(yīng)用中國(guó)食品添加劑,2009,4:160-162.</p><p>　　[21] 胡 茵, 黃宏光, 韋曲穎. 卡拉膠在彩條牙膏中的試驗(yàn)與研究[J]. 牙膏工業(yè), 2006,1:32-34.</p><p>　　[22] 寧發(fā)子, 何新益, 殷七榮等. 卡拉膠的特性與食品

33、應(yīng)用[J]. 食品科技, 2002,3:36-38.</p><p>　　[23] 孟凡玲, 羅 亮, 寧 輝. κ-卡拉膠研究進(jìn)展[J]. 高分子通報(bào), 2003,10:49-56.</p><p>　　[24] 周 皓. 5種酶制劑對(duì)κ-卡拉膠降解作用的研究[J]. 飲料工業(yè), 2001,5:24-27.</p><p>　　[25] Wilcox D

34、K, Higgins J, Bertram TA. Colonic epithelial cell proliferation in a rat model of nongenotoxin-induced colonic neoplasia[C]. Lab Invest, 1992, 67: 405–411.</p><p>　　[26] Calvert RJ, Reicks M. Alterations

35、in colonic thymidine kinase enzyme activity induced by consumption of various dietary fibers[M]. Proc Soc Exp Biol Med, 1988, 189: 45–51.</p><p>　　[27] Arakawa S, Okumua M, Yamada S, et al. Enhancing effec

36、t of carrageenan on the induction of rat colonic tumors by 1,2-dimethylhydrazine and its relation to β-glucuronidase activities in feces and other tissues[J]. Nutr Sci Vitaminol (Tokyo), 1986, 32: 481–485.</p>&l

37、t;p>　　[28] 陳 方. 小分子量硫酸多糖κ-卡拉膠衍生物的制備及抗流感病毒活性研究[C]. 福州大學(xué),碩士論文,2006.</p><p>　　[29] Marcus SN, Marcus AJ, Marcus R, et al. The pre-ulcerative phase of carrageenan-induced colonic ulceration in the guinea-pi

38、g[M]. Int J Exp Pathol, 1992, 73: 515–526.</p><p>　　[30] Kitsukawa Y, Saito H, Suzuki Y, et al. Effect of ingestion of eicosapentaenoic acid ethyl ester on carrageenan-induced colitis in guinea pigs[M]. Gas

39、troenterology, 1992, 102: 1859–1866.</p><p>　　[31] Zhou GF, Xin H, Sheng WX, et al. In vivo growth-inhibition of S180 tumor by mixture of 5-Fu and low molecular λ-carrageenan from Chondrus ocellatus[J]. Ph

40、armacological Research, 2005, 51: 153-157. </p><p>　　[32] 陳海敏, 嚴(yán)小軍, 王 峰等. 不同聚合度的卡拉膠降解物對(duì)人結(jié)腸上皮細(xì)胞的影響[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào),2009,1:89-93.</p><p>　　[33] Takeshi T, Yosuke N, Kazuki K, et al. In vitro model t

41、o estimate gut in?ammation using co-cultured Caco-2 and RAW264.7 cells[A]. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2008, 374: 565-569.</p><p>　　[34] Sumit B, Alip B, Pradeep KD, et al. Carragee