一、何為海藻「海藻」是一群能行光合作用,且構造非常簡單的生命體。
廣泛的說:凡是生活在海洋的藻類都可叫做海藻,其中包括了固著性及浮游性者。
但是在一般的沿用習慣上,海藻通常指固著性的種類,而浮游性者(例如:矽藻、渦鞭毛藻、小球藻)則稱之為浮游性藻類。海藻如同高等植物一般,都具有葉綠素a ,所以可以行光合作用而獲得養分。
除此之外,不同種的藻類還含有不同形式及含量的輔助色素,如葉綠素b 、葉綠素c 、葉綠素d 、αβ- 胡蘿蔔素、藻藍素、藻紅素、藻褐素、葉黃素等,這些輔助色素之間的組合及含量比例多寡,賦予了藻類多采多姿的色彩,同時也因為環境的不同所表現出來的顏色也相對不同。藻類因內部構造無微管束組織之分化,因此沒有真正的根、莖、葉等器官,雖然有許多具有特化性的細胞,但是其分化並不完全,那些看似根的固著器主要是附著的作用,而整個藻體大多可由環境中直接吸收養分或交流物質,並不受限於特殊部位。
例如:馬尾藻具有類似「根」、「莖」、「葉」及「氣囊」之分化構造,這些分化構造是為了協助藻體在水深數公尺下能向上直立生長,以接受較多陽光。所有的藻類是不經由開花結果來完成生殖繁衍,其生殖構造基本上是由單細胞個體自身變成配子或孢子,或者是由多細胞藻體的某一細胞形成配子囊或孢子囊。
藻類主要可分作四個植物門:綠藻植物門(Chlorophyta)、褐藻植物門(Phaeophyta)、紅藻植物門(Rhodophyta)及藍藻植物門(Cyanophyta)。
綠藻多分佈在日光可及之潮間帶,其形態千變萬化,通常呈鮮綠色,由於所含葉綠素a和b之比例與高等植物十分相近,光,光合作用產物為澱粉,細胞壁也是由纖維素所組成,因此一般認為綠藻與陸生植物之演化有密切關係,而目前臺灣地區所產之綠藻,約有17 科 34屬 113種,其分佈廣泛,水陸皆有。
褐藻除了葉綠素a、c、胡蘿蔔素及葉黃素外,大多含有黃橙色的藻褐素(fucoxanthin),其細胞壁含藻膠物質,具有膠狀或濃稠之特性,體型較為粗大,可長至60多公尺,大量繁殖時形成海洋森林或藻海,但是臺灣四周海域較溫暖,故無巨大海帶生長,僅有馬尾藻在每逢三、四月時,常形成小型「馬尾藻海」,目前臺灣產的褐藻,約有10 科 25 屬 86 種,有99%以上的褐藻均為海產。
紅藻的色素體除含葉綠素a 、葉綠素d、葉黃素及胡蘿蔔素外,還含有藻膽素(藻紅素phycoerythrin 及藻藍素phycocyanobilin),故藻體多呈現紫紅、玫瑰紅、暗紅等顏色。由於藻紅素可以吸收葉綠素無法吸收的青綠光,因此紅藻比其他藻類生長在較深的海域,有時甚至深至二百公尺處,目前臺灣產的紅藻約有38科 114 屬 261 種,而紅藻也約有98%以上是屬於海產。
所有藻類中,藍藻是最原始的一群,它沒有細胞核或其他胞器,它的染色體與色素均分散在細胞質中,因此與細菌都稱為「原核動物」,臺灣產的藍藻,目前已知共有4 科 4 屬 6 種。
二、海藻的食用與藥用歷史
亞洲、北歐和西歐地區的人食用海藻已有幾千年歷史了,長久以來日本一直是最大的海藻生產國與消費國,此外北極圈的愛斯基摩人亦喜愛生的海菜,因為當地氣錄。
各種藥用海藻及其用途如表二所列(參考本草綱目):
三、海藻在保健食品之應用目的及功能
近年來世界各國大量投入中草藥的研究,其中海藻便是相當熱門的素材,世界衛生組織(WHO)更發佈傳統暨替代醫學的全球策略,中草藥產業瞬間成為世界各國主流發展之ㄧ。此外傳統醫學向來都有「食藥同源」的想法,更促進了健康食品的風行。在古醫典「本草綱目」、「海藥本草」及「本草拾遺」等都有用海藻治療各種疾病的記載,而現今即是要利用科學來佐證,以提供足夠的安全報告與科學論證,以利於在保健食品上的推動。
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海藻的抗病毒、抗菌能力近年來許多研究顯示從海藻中萃取的多醣類物質能有效的抑制泡疹病毒(herpes simplex virus types 1 、herpes simplex virus types 2)、流行性感冒病毒(influenza virus)、人類巨細胞病毒(humancytomegalovirus)、人類免疫缺乏病毒(human immunodeficiency virus type 1) (Caceres, 2000;Carlucci,1999;Witvrouw, 1994)。而目前在本所與國立海洋大學 吳彰哲教授的合作研究中,亦證實了石蓴萃取液具有抑制病毒與宿主細胞結合的能力,進而使病毒無法進入細胞複製,而達到良好的預防效果;在動物體內試驗中,也發現了對日本腦炎病毒感染的小鼠,具有明顯減緩腦炎症狀的趨勢。
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海藻的降低膽固醇效果 Yu等人(2003)以老鼠為實驗動物,餵食含膽固醇飼料,使用不同分子量的石蓴多醣餵食,評估石蓴多醣對高膽固醇血症老鼠之膽固醇調節能力。實驗前將老鼠隨機分為六組,一組餵食正常飼料,其餘五組除了高膽固醇飼料(添加1%膽固醇)外,另分別添加0.5 克石蓴(分子量151.6 kDa)、石蓴萃取液U1(分子量64.5 kDa)、石蓴萃取液U2(分子量28.2 kDa)及肌醇煙酸酯 (Inositolniacinate ,具有降低膽固醇及擴張末梢血管作用,用於高膽固醇血症及動脈粥樣硬化症),持續餵食21天後測定血清中三酸甘油脂、總膽固醇、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白的含量。在實驗期間餵食不同分子量的石蓴多醣,對老鼠體重沒有顯著增加,而結果也顯示飲食中供給石蓴多醣不會影響血清中三酸甘油脂、高密度脂蛋白濃度,然而卻能降低總膽固醇、低密度脂蛋白濃度。而飲食中供給U1、U2,血清中三酸甘油脂顯著降低(U1-82% 、U2-77%),高密度脂蛋白明顯增加(分別增加22% 、61%),而總膽固醇、低密度脂蛋白濃度則與控制組無顯著差異。人體內膽固醇30%來自於食物,70%主要在肝和腸黏膜合成,當體內膽固醇太多時,高密度脂蛋白可以將體內多餘的膽固醇合成膽汁,再分泌到腸道然後隨糞便排出。排到膽道的膽汁中,有40~50% 的膽固醇,可以在腸道再吸收利用,至於膽酸則高達95% 時,可以被再吸收利用。由於高分子量的石蓴多醣與身體內鈣離子結合形成凝膠,阻礙膽酸再吸收,使膽酸隨糞便排出體外,體內為了維持一定的膽酸濃度,會促進膽固醇在肝臟進行氧化作用產生膽酸,使得身體必須利用體內更內更內更多的膽固醇合成膽酸,血液中的膽固醇含量自然就會降低。而分子量小的石蓴多醣黏度降低阻礙膽酸的能力可能減少、甚至消失,所以餵食分子量小的石蓴多糖並不會降低總膽固醇、低密度脂蛋白濃度 聯刊於台灣黃頁由於高膽固醇飲食導致三酸甘油脂、總膽固醇增加造成肝、腎結構組織損傷,研究顯示分子量小的石蓴多醣在抑制高血脂導致的肝損傷比分子量高的石蓴多醣有效果。添加不同分子量的石蓴多醣在老鼠的飲食中,其排泄物中膽酸的含量會增加與控制組比較膽酸的排泄量分別增加1.9 、1.4 及1.8 倍。根據上述研究結果可以得知,不同分子量之石蓴多醣對生物體具有不同之機能性,未來可針對不同訴求開發不同機能性產品。
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海藻的降血糖及降血脂效果李(2004)以紫菜、石花菜及麒麟菜,在糖尿病實驗動物模式下,進行降血糖及降血脂之評估實驗。該實驗選擇40隻10~11週齡之雄性Wistar大鼠,腹腔注射Nicotinamide (230 mg/dL)及Streptozotocin (65 mg/kg BW),誘發成第二型糖尿病鼠,隨機分成10組(9組海藻處理組,1組控制組,每組3-4隻)。將三種海藻乾燥粉末加入老鼠。肝臟組織切片,在細胞形態上觀察也無明顯變化,顯示以這三種海藻餵食老鼠,並不會影響到老鼠的腎臟及肝臟生理功能。
四、海藻在化妝品之應用目的及功能
皮膚容易因年齡增長及日光照射等原因產生較多的自由基,若體內含有過多的自由基,會加速皮膚老化、失去彈性及產生皺紋。因此如何減少自由基之堆積,一直是學者努力研究的方向,同時也是愛美人士關心的課題之一。
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海藻的抗氧化能力皮膚科專家Perricone經實驗發現,在陽光下持續照射45 分鐘,皮膚中的天然抗氧化能力會損失 60~70%,因此需要不斷的提供抗氧化劑,以免產生過多的自由基造成細胞傷害,這是引起皮膚老化的主要因素之一。因此若能自海藻中萃取抗氧化物質添加於保養品,即可減少體內自由基的生成。 Qi 等人(2005)探討不同硫酸根含量的石蓴多醣清除自由基的能力,在清除超氧自由基之能力的部分,清除效果以硫酸根含量最少的石蓴多醣效果最差。不同硫酸根含量的石蓴多醣抑制氫氧自由基的能力,結果顯示硫酸根含量較少(硫酸根含量19.5~27.9%)清除能力比較弱,而硫酸根含量較高(30.8~32.8%)清除能力較高。這些樣品都有清除自由基的能力,是因為在分子當中都含有氫氧基(-OH)及硫酸根(-OSO3H),而石蓴多醣中若有部份的氫氧基被硫酸根取代,更能有效的清除自由基,結果顯示硫酸根含量會影響到自由基的清除效果。在螯合能力的部份也是以硫酸根含量高的石蓴多醣具有較佳的螯合能力,顯示海藻多醣的硫酸根是影響抗氧化能力的關鍵要素。由於自由基所產生的氧化,會加速皮膚的老化。 而Heo 等人(2005)以五種蛋白酶(Protamex 、Kojizyme 、Neutrase 、Flavourzyme 、 Alcalase)及醣解酶(Viscozyme 、Celluclast 、AMG 、Termamyl 、Ultraflo)水解褐藻得到水解產物,比較其抗氧化能力之差異由於自由基所產生的氧化,會加速皮膚的老化。而Heo 等人(2005)以五種蛋白酶(Protamex 、Kojizyme 、Neutrase 、Flavourzyme 、 Alcalase)及醣解酶(Viscozyme 、Celluclast 、AMG 、Termamyl 、Ultraflo)水解褐藻得到水解產物,比較其抗氧化能力之差異,結果發現昆布水解液清除DPPH自由基的能力高達62~72%,Lu和Foo (2000)及Siriwardham (2003)在報告中也指出清除DPPH能力和總酚含量有相關性,雖然部分海藻水解物中也含酚類化合物,但其清除DPPH 能力較差,可能是小分子量多醣、色素、蛋白質、胜R影響其活性。該研究也指出使用醣解酶Termamyl來水解海藻,其水解物清除超氧陰離子能力約70%,不同種類的海藻水解物皆具有清除超氧陰離子效果,昆布水解產物之清除超氧陰離子(O2-)能力高達68%,而馬尾藻水解物可清除約50%超氧陰離子。在清除氫氧自由基(OH .)的部份則以蛋白酶Alcalase 水解馬尾藻之水解物清除能力最佳,約可清除50% 的氫氧自由基。Athukorala 等人(2003 )指出以Kojizyme 水解鐵釘藻之水解物可清除96% 的過氧化氫(H2O2),同時Ultraflo 、Alcalase 水解馬尾藻之水解物清除能力也高達90% 。