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综述与专论

生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2010年第 1期
藻胆蛋白质的提取纯化与生物活性研究进展
张唐伟 1, 2  李天才 1
( 1中国科学院西北高原生物研究所,西宁 810008; 2中国科学院研究生院,北京 100049)
  摘  要:  藻胆蛋白的提取原料主要来自于红藻和蓝藻; 细胞破碎的方法主要有反复冻融法、化学试剂处理法等 5种方
法; 提取的方法主要有盐析法等 3种;分离纯化的方法主要有层析法等 3种; 藻胆蛋白其生物活性主要表现在: 抗肿瘤活性、抗
病毒活性、抗氧化和消炎活性, 提高免疫活性。
关键词:  藻胆蛋白 提取纯化 生物活性
Review on Extraction Purification and Biological
Activity of Phycobiliprotein
Zhang Tangw ei
1. 2
L iT iancai
1
(
1
Northw est Institu te of P lateau B io logy, ChineseA cademy of Science, X ining 810008;
2
G raduate University, Chinese A cademy of Science, Beijing 100049)
  Abstrac:t  Through refer to recent litera ture abou t phycob iliprote in, we found the usua l ex trac ting m ater ia ls of phycob ilipro tein
w ere conc luded as rhodophyta and a lgae. Therew ere five m ethods to crash ce l,l m ainly including repea ted freezing and thaw ing, chem i

ca l reagent. There had threeme thods o f ex traction such as the salting
out, and threeme thods o f separation and purification such as chro

m atography. The b io logy activ ity of phycob ilipro tein m a in ly displays on anti
tumo r, antiv ira,l ox idation and anti
in flamm atory, improve
immunity activ ity.
Key words:  Phycob iliprotein Ex traction and purification B io log ica l ac tiv ity
收稿日期: 2009
10
10
作者简介:张唐伟,男,硕士研究生,研究方向:药用植物化学; E
m ai:l zhangtangw ei04@ 163. com
通讯作者:李天才, E
m ai:l tcl@i nw ipb. ac. cn
藻胆蛋白 ( phycobiliprotein, PBP)是藻类特有的
捕光色素蛋白, 主要包括藻蓝蛋白 ( phycocyanin)、
藻红蛋白 ( phycoerythrim )和别藻蓝蛋白 ( a llphyco

cyan in) 3类 [ 1]。藻类适应性强,养殖成本低,适宜规
模化生产,被联合国粮农组织推荐为人类明天最理
想的食品 [ 2]。藻胆蛋白用途极为广泛, 可作为天然
色素应用于食品、化妆品、染料等工业, 又可制成荧
光试剂,用于临床医学诊断和免疫化学等研究领域
中,同时藻胆蛋白具有抗氧化、提高机体免疫力和抗
肿瘤等重要生理功能, 是保健品及药品等的重要
资源。
1 藻胆蛋白的提取
1. 1 提取原料
不同藻类中蛋白质的种类和含量不同, 藻蓝蛋
白和别藻蓝蛋白在所有的蓝藻和红藻中都有分布,
藻红蛋白则只出现于红藻和部分蓝藻中,所以藻胆
蛋白的提取原料来自于红藻和蓝藻。新鲜海藻中藻
胆蛋白含量要比晒干或加工后的含量高 [ 3]。余九
九等 [ 4]认为以新鲜藻泥为原料比用喷雾干燥后的
藻粉提取效果好。藻胆蛋白一般最高含量约为海藻
干重的 2%左右, 但一些经过培养的螺旋藻,其藻胆
蛋白含量可达干重的 18% [ 2] , O carra等 [ 5]甚至培
养出藻胆蛋白含量高达 24%的蓝藻。林红卫、彭卫
民等 [ 6, 7]从钝顶螺旋藻中提取藻红蛋白和藻蓝蛋白
等藻胆蛋白,王广策、张建平等 [ 8 - 13]分别从多管藻、
条斑紫菜、坛紫菜、红毛藻、地木耳为原料分离得到
藻胆蛋白。提取藻胆蛋白的原料不同,藻胆蛋白的
含量也有所不同, 要根据自己的试验需要选择合适
生物技术通报 B iotechnology  Bulletin 2010年第 1期
的原料进行提取,才能得到较高的得率。
1. 2 细胞破碎方法
藻胆蛋白属于胞内蛋白质, 要提取分离藻胆蛋
白,首先必须要破坏藻类细胞的细胞壁、细胞膜,使
藻胆蛋白以溶解的状态释放出来, 并保持其活性。
目前用于藻胆蛋白提取分离过程中的细胞破碎方法
主要有以下几种。
1. 2. 1 反复冻融法  使用该法时结冰时间和结冰、
溶解次数对藻胆蛋白的提取量有重要影响。李邵
蓉、余丽君等用该法破碎 Rhodosorusmarinus和螺旋
藻细胞提取相应的藻胆蛋白 [ 14, 15]。张薇君等 [ 16]用
该法试验结果表明,未经冷冻时,因大量色素不能析
出,致使吸光度值严重偏低,一次冷冻 8 h以上或 4
h重复冻融 2次后,其色素蛋白含量趋于稳定, 重复
次数增多,既耗时且易造成损失。该法操作简单、方
便,适用于实验室中少量藻体材料的处理。
1. 2. 2 超声波破碎法  杨立红等 [ 17]用 JY92
2D型
超声波细胞粉碎仪破碎鱼腥藻细胞的最佳处理条件
是超声仪的功率为 600W, 超声时间为 9 m in, 固液
比为 1!8, 破壁容量为 20 mL。该法常作为辅助方
法,还须与其它方法合用以最大限度破碎细胞,且超
声波破碎细胞产热较大,易引起藻胆蛋白的变性,多
用在实验室操作。
1. 2. 3 组织捣碎法  汤朝晖等 [ 18]曾先用冻融法,
再用该法来破碎钝顶螺旋藻细胞以提取藻胆蛋白。
陈芳等 [ 19]将藻体与少量石英砂混合加入适当的
PBS提取液制成糊状物用高速组织捣碎机破碎藻体
的方法从条斑紫菜中提取藻胆蛋白。
1. 2. 4 化学试剂处理法  张以芳等用 KC l和溶菌
酶联合作用于螺旋藻细胞壁提取藻蓝蛋白, 破壁率
达 95%以上, 提取率可达 13% [ 20]。林红卫等 [ 6 ]利
用十二烷基苯磺酸钠破坏钝顶螺旋藻细胞膜提取藻
蓝蛋白,提取率高达 98% , 并明显优于用冻融法提
取的对照组。张建平等 [ 9]则用 0. 2% NaNO 3溶液浸
泡多管藻 4- 5 d,破坏细胞膜, 从而提取藻胆蛋白。
该法适用于大量样品的制备,但是因加入化学试剂,
后期的纯化难度增加, 且操作不好容易引起蛋白
变性。
1. 2. 5 溶胀法 程凌江等 [ 10]直接用水浸泡条斑紫
菜可得到含藻红蛋白的提取液;韦萍等 [ 21]研究了极
大螺旋藻的藻蓝蛋白的提取结果表明, 用 15 g /L的
NaNO3或 10 mmo l/L CaC l2的浸泡效果较好;余九九
等 [ 4]比较了液氮冻融法和超声波法, 认为采用蒸
馏水或低浓度 CaC l2溶液 40∀ 条件下浸泡螺旋藻
的提取方法效果较好。溶胀法提取周期较长, 用
蒸馏水要浸泡 10 d,用低浓度 CaC l2溶液也需要浸
泡 3- 4 d。
上述的各种细胞破碎的方法都有一定的局限
性, 实际生产中,上述几种方法经常混合使用, 以最
大的限度破碎藻体细胞,使藻胆蛋白溶出。
1. 3 提取方法
1. 3. 1 盐析法 将大量盐加到蛋白质溶液中,蛋白
质胶粒凝结并沉淀析出, 因此向细胞破碎液中加入
盐溶液使蛋白质沉淀析出。 Siege lma等 [ 22]研究表
明用 25%硫酸铵可将藻红蛋白沉淀出,用 30%硫酸
铵可将藻蓝蛋白沉淀出,再用 50%硫酸铵可将别藻
蓝蛋白沉淀出;而也有研究者 [ 7]认为 30%和 50%硫
酸铵盐析出的沉淀物中, 藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白的
比例几乎一样,即无法用硫酸铵盐析将藻蓝蛋白和
别藻蓝蛋白分开。陈芳等 [ 19]用 50%的硫酸铵盐析
条斑紫菜中的藻胆蛋白。该法使用简单方便, 但不
利于以后的分离纯化。
1. 3. 2 等电点沉淀法 汤朝晖等 [ 18]用该法沉淀得
到了混有 3种藻胆蛋白的混合物, 并研究了藻胆蛋
白在不同 pH值下的稳定性,认为藻胆蛋白对 pH值
较敏感。藻胆蛋白对 pH敏感,使用该法时需注意
pH引起藻胆蛋白的变性。
1. 3. 3 超滤法 运用超滤膜过滤藻胆蛋白提取液,
获得藻胆蛋白粗制品。用 NaNO 3高渗
超滤法分离
提纯藻胆蛋白,超滤时选用聚砜膜,在超滤过程中,
无机盐和小分子蛋白质, 包括小分子的藻毒素透过
滤膜而去掉,特别适用于易产生水华的微囊藻脱毒,
提高产品的安全性。NaNO3高渗
超滤法是提取藻
胆蛋白的简单易行的方法 [ 22, 23]。用此法提取的藻
胆蛋白是安全无毒的, 且易于纯化, 脱水方便, 产品
易于干燥。
上述方法中, 盐析法在藻胆蛋白的提取中较为
常用,而结晶法是藻胆蛋白提取中效果较好的方法,
但是提取周期较长。从对藻胆蛋白的提取纯化的大
量研究来看,采用反复冻融法和超声波破碎法相结
10
2010年第 1期 张唐伟等:藻胆蛋白质的提取纯化与生物活性研究进展
合破碎细胞,再用硫酸铵盐析沉淀出粗蛋白的方法
较为普遍,但是这种工艺较复杂,制得的产品纯度不
高,安全性不高。
2 藻胆蛋白的分离纯化
传统的藻胆蛋白分离纯化多是提取后的藻胆蛋
白经过一系列的层析柱组合分离纯化藻胆蛋白。近
年来, 还出现了一步层析法、利凡诺法和双水相萃取
法等新的分离纯化手段。
2. 1 层析法
2. 1. 1 吸附层析法 以往需多次羟基磷灰石法分
离纯化藻胆蛋白, 但 Benedetti等 [ 24 ]用一步羟基磷
灰石纯化藻蓝蛋白, 纯度高达 4. 78; Soni等 [ 25]采
用一步疏水层析柱法纯化藻蓝蛋白, 使其纯度达
到 4. 52; Ge等 [ 26]应用单步 pheny l疏水层析纯化
少量别藻蓝蛋白, 不仅纯度高, 回收率也较高, 而
大量纯化时疏水层析需结合亲和层析提高别藻蓝
蛋白纯度, 但是回收率偏低; Pat il等 [ 27 ]采用炭柱纯
化纯度为 1. 18的藻蓝蛋白, 纯度达到 2. 58, 若先
用壳聚糖沉淀细胞碎片再用炭柱处理, 则纯度可
达 3. 96。彭卫民等 [ 28 ]用吸附层析法对螺旋藻中
藻胆蛋白进行提取纯化, 获得了纯度较高的藻蓝
蛋白,但是该法对别藻蓝蛋白进行提纯发现其纯
度较难提高。
2. 1. 2 凝胶层析法 Son i等 [ 25]用 SephadexG
150
结合 DEAE
cellulose柱纯化藻蓝蛋白; Chen等 [ 29]先
用 DEAE
Sepharose层析, 再用 Sephacry lS
300纯化
藻蓝蛋白, 将纯度从 4. 69提高到了 5. 12; Rossano
等 [ 30]先用一步羟基磷灰石层析纯化藻红蛋白, 使其
纯度从 0. 24提高到 1. 43,再经过 Superdex75柱,纯
度高达 6. 67。张建平等 [ 37]先用羟基磷灰石柱层
析,再过 Sephadex G
150的葡聚糖凝胶层析柱,得到
了较纯的藻蓝蛋白 (A 614nm /A280nm > 4. 0)。
2. 1. 3  离子交换层析法 Patel等 [ 31] 用 DEAE

Sepharose CL
6B一步纯化藻蓝蛋白; L iu等 [ 32]改变
传统以离子强度作梯度洗脱的方法, 根据藻红蛋白
的等电点进行 pH 梯度洗脱, 仅用 DEAE
Sepharose
Fast F low一步层析,就将藻红蛋白纯度从 1. 402提
高至 5. 6,回收率达 67. 33%。林红卫等 [ 6]先用硅藻
土 545柱分级洗脱,再用该法纯化,从螺旋藻中获得
初度为 4. 1的藻蓝蛋白和纯度为 4. 6的别藻蓝蛋
白; 李邵蓉等 [ 14 ]将 Rhodosorusmarinus提取液上 DE

AE
52纤维素柱, 提取纯度只有 1. 9, 在上葡聚糖凝
胶柱 B ios
gelp 300,则得到了纯度较高的藻红蛋白。
可见单独使用离子交换层析效果并不理想, 与其它
方法合用,效果才较好。
2. 2 双水相萃取法
Patil等 [ 27]采用 12. 28%聚乙二醇和 11. 63%磷
酸钾缓冲液形成的双水相体系对藻胆蛋白进行分
离, 研究发现, 在 pH7. 2时, 一次萃取藻蓝蛋白, 使
其纯度从 3. 96提高到 5. 22, 经双水相萃取的藻蓝
蛋白再经 DEAE
Sephadex 离子交换柱, 达到了
669, 放大体系提取所得的藻蓝蛋白纯度为 5. 22,
回收率为 66%。Patil等 [ 33]也指出了双水相萃取法
萃取藻蓝蛋白的最佳条件,聚乙二醇 4000
磷酸钾体
系, 两者体积为 0. 8,结线长为 35. 53%,体系 pH 6. 0
时为最优组合,通过超滤去掉聚乙二醇可使藻蓝蛋
的纯度达 3. 52, 再次萃取可使纯度升到 4. 05, 总回
收率达 85%。Benav ides等 [ 34]采用该法分离藻红蛋
白, 得出分离容器的高度和直径比 (H /D)会影响两
相形成的时间; 29%的聚乙二醇 1000和 9%磷酸钾
缓冲液形成的双水相, 在结线长为 45% ,体积比为
4. 5, pH7. 0, H /D为 0. 5时,处理浓度为 40%的藻红
蛋白提取液体可以使其纯度达到 3. 2, 回收率高达
90%。该法具有操作步骤少,时间短,回收率高等优
点, 同时能使藻胆蛋白在一相中浓缩,并且得到的藻
胆蛋白纯度较高。
2. 3 利凡诺 ( r ivano l)沉淀法
M inkova等 [ 35] 先在细胞破碎液中加入利凡诺
( 2
乙氧基
6, 9
二氨基吖啶 ), 搅拌过夜提取藻蓝蛋
白,纯度为 1. 60,重复 4次后,纯度提高到 3. 90, 上
清液经 40% 的硫酸铵盐盐析后, 以 SephadexG
25
柱除去利凡诺, 使纯度达到 4. 10, 再次以 70% 的
硫酸铵盐析, 纯度达到 4. 30, 回收率为 45. 70%。
M inkova等 [ 36]还对该法进行改良, 使其能同时分
离纯化藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白, 首先用不含盐的
磷酸钾缓冲液破碎细胞, 以促进利凡诺与提取液
结合, 减少利凡诺的处理步骤, 彻底分离藻蓝蛋白
和别藻蓝蛋白, 提高藻蓝蛋白的纯度和产量。由
此可见, 利凡诺沉淀法能避免层析等繁杂步骤, 提
高效率。
11
生物技术通报 B iotechnology  Bulletin 2010年第 1期
3 藻胆蛋白的生物活性研究
3. 1 抗肿瘤作用
藻胆蛋白是一种重要的光动力药物的原料,其
具有捕光作用即光敏作用, 可作为光敏剂用于辅助
激光治癌,用于肿瘤和光动力治疗。它对肿瘤细胞
比对正常细胞有更强的亲和力,主要在病灶部位富
集,吸收光后高效产生自由基和活泼态氧,从而实现
对肿瘤细胞的杀伤,有光毒性而没有暗毒性,在人体
中代谢快 [ 37, 38]。藻红蛋白介导的光动力反应能够
有效的抑制肿瘤细胞 DNA合成并杀伤癌细胞 [ 39 ]。
1982年, Iijima等 [ 40]研究发现, 给接种肝癌细胞的
小鼠口服藻蓝蛋白后, 小鼠存活率比不给药组明显
提高, 并发现口服藻蓝蛋白组的淋巴细胞活性高于
不给药组,这说明藻蓝蛋白对免疫系统有某种刺激
和促进作用。
3. 2 抗病毒活性
Chueh等 [ 41]证实了从钝顶螺旋藻中提取的酰
基载体蛋白 ( APC )能压制肠道病横纹肌肉瘤细胞和
非洲绿猴肾细胞的病毒使其半数有效抑制浓度为
( 0045 # 0. 012) mmo l /L, 而且在细胞受感染前用
APC处理的抗病毒效果比感染后处理效果更好。
3. 3 抗氧化和消炎活性
1998年, Rom ay等 [ 42]率先报道从蓝藻 Arthosp i

ra max ima中提取的藻蓝蛋白具有抗氧化和消炎的
作用。他们的研究结果表明, 藻蓝蛋白能清除
OH
-和 RO
-自由基,脱氧核糖测定结果与一些
非甾体抗炎的数据相同。藻蓝蛋白还能抑制肝脏微
粒脂过氧化物生成。张素萍等 [ 43]用竞争反应动力
学方法研究 3种藻胆蛋白对羟基自由基的清除作
用,结果表明 3种藻胆蛋白对羟自由基有很强的清
除作用。
3. 4 提高免疫力
动物试验表明,藻胆蛋白能提高淋巴细胞活性,
通过淋巴系统提高机体免疫力,增强机体的防病抗
病能力 [ 28]。日本学者还曾证实藻胆蛋白能促进动
物对铁的利用, 恢复造血功能。藻蓝蛋白具有较高
的促红细胞生成素 ( EPO )活性, 它能直接刺激 CFU

E的形成,对骨髓造血具有刺激作用 [ 44]。
4 展望
由于藻胆蛋白的生物活性广泛, 所以具有良好
的应用价值;而且我国的海域宽广,藻类产量很大,
藻类资源十分丰富。但是目前开发利用的力度和深
度还很小,大部分仅限于简单的食用,而藻胆蛋白对
人类的贡献和作用是显而易见的。因此,应该充分
利用我国海产资源丰富的优势,改进藻胆蛋白提取、
纯化的的方法,将藻胆蛋白开发成具有生产规模化
的产品。
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