微生物多糖研究微生物多糖是细菌、真菌、蓝藻等微生物在代谢过程中产生的对微生物冇保 护作用的生物高聚糖微生物多糖在工业生产与生活的许多领域貝有广泛的应用 价值，如作为微生物絮凝剂、微生物采油中的生物化学调剖剂、食品添加剂、保 鲜剂、抗癌医•药品、包装材料等微生物多糖生产周期短，不受气候和地理环境 条件的限制，可以在人工控制条件下利用各种废渣、废液进行生产另外，由于 潜在用途不断被开发，应用询景比动植物多糖更为广阔当前只冇很少种类的多 糖及产生菌用于工农业生产，因此有必要筛选、分离新的微生物多糖产生菌，并 对多糖的化学结构、生物合成调控基因及代谢途径进行深入研究1微生物多糖的生物合成多糖有的合成于微生物的整个生长过程，有的合成于对数生长后期，而有的则合 成于静止期.它们种类繁多，可分为同型多糖和异型多糖，都是曲相同或不同的 单糖或者和其它基团在特定的酶催化卜•聚合而成，但异型多糖如黄原胶、结冷胶 的合成比同型多糖如右旋糖营、果聚糖的合成复杂得多.异型多糖的合成体系包 括五个基本要素：糖基■核甘酸、酶系统、糖基载体脂(十一聚类杲戊二烯醇磷酸 脂)、糖基受体(引物)和酰基供体，其中的糖基・核苜酸为微生物提供活性的单糖 并通过差相异构、脱氢、脱竣等反应提供多种单糖.1.1微生物多糖生物合成模式细菌胞外多糖的合成有两种模式：依赖于糖基载体脂的合成模式和不依赖于糖 基载体脂的合成模式.依赖于糖基载体脂的合成模式：单糖进入细胞后形成糖基 2核甘酸，糖基2核昔酸将糖基顺序转移到糖基载体脂或在其上形成寡糖重复卑 位.然后糖基载体脂将糖基运往膜外释放，再在酶的作用下和受体聚合成胞外多 糖.革兰氏阴性菌合成的多糖(如黄原胶、结冷胶等)都属于这种模式.不依赖于 糖基载体脂的合成模式：单糖不进入细胞，它们在胞外酶的作用下直接聚合底物 中的糖基为胞外多糖.合成过程中不需要糖基•核甘酸、糖基载体脂等物质.肠 膜状明串珠菌合成的右旋糖甘就属于此种模式.1. 2微生物多糖生物合成途径L igio等提出了由少动梢脂类单胞菌(S p h in2g om onas p aucim obilis)合成结 冷胶的可能途经，捉供糖基核首酸的活性前体为UDP2葡萄糖、TDP2鼠李糖和 UDP 2葡萄糖醛酸，它们也是重复四在野油菜黄单胞菌(X an thorn onas campestris)生物合成黄原胶的过程中，需要8种膜结合酶:5种特界转移晦，1种 乙酰化酶，1种缩酮转移酶，1种聚合酶.在酶的作用下两分子UDP2D2葡萄糖前 体顺序添加到糖基载体脂上形成黄原胶主链上的一分了 12磷酸2D葡萄糖和一 分子D2葡萄糖，再由GDP2D2tf露糖和UDP2D2葡萄糖醛酸前体分别添加D2廿 露糖和D2葡萄糖醛酸，然后乙酰辅酶A上的乙酰基转移到连接在叨个葡萄糖基 间的甘露糖基上，磷酸烯酮式内酮酸的内酮酸则添加到另外一个甘露糖上，这样 就形成了黄原胶的五糖重复单位,Ielp i, Cou so等人证明了这个过程.最后，五糖 重复单位在聚合酶的作用下聚合成黄原胶.微生物多糖的发酵技术出芽短梗霉(A ureobasi di um p ul I ul ans )产牛短梗霉多糖，短梗霉多糖属于 次级代谢产物，多糖的合成与细胞生长呈现部分相关，短梗霉多糖分批发酵过程 中菌体生长、产物形成和底物消耗随时间的变化。
黄原胶发酵菌种一般采用LT蓝黑腐黄单胞菌（Aanthomonas Campestris）, 培养基碳源可以是淀粉、蔗糖、葡萄糖等碳水化合物，氮源最好是由有机氮源与 无机氮源所构成的复合氮源，另外培养基中还有一些微量元索及促进剂，在发酵 罐内适当条件下经过一定时间的发酵，得黄原胶发酵液，再经适当的后处理，即 可得产品黄原胶黄原胶后处理可以采用三种不同工艺，即酒精（或异丙醇）提 取工艺、碱式沉淀工艺、超滤微滤工艺2微生物多糖的提取与纯化根据多糖种类、性质的不同，可以采用不同的捉取纯化方法.胞内和胞壁多糖的提取是先破碎细胞，然后在802100°C下以水（或氢 氧化钠、氢氧化钾水溶液）为溶剂反复提取223次.将得到的多糖溶液进行离心 除去不溶物质，减压浓缩后合并上清溶液，然后用乙醇或异丙醇沉淀多糖；再次 离心后用丙酮、乙醇等有机溶剂洗涤，再冷冻干燥得到多糖粗制品.胞外多糖的 捉取稍微简单些，只要离心发酵液除去菌体得到上清，然后用有机溶剂沉淀多糖, 静置、离心、干燥就可以得到多糖粗制品了.粗多糖中常含有蛋口质等杂质，常用 Sevage法、三氟三氯乙烷法和三氯乙酸法、猶法去除，这四种方法各有优缺点. Sevage法是根据蛋白质在氯仿等冇机溶剂中变性的特点，将糖溶液和Sevage液 （V氯仿:V正丁醇=3:125: 1）混合后剧烈震荡10 m in〜3（） m in,静止或离心后 除去水层和溶剂交界处的变性蛋白.此法除蛋白效率不高，但多糖不易降解.三 氟三氯乙烷法是将多糖溶液与三氟三氯乙烷等比混合后搅拌、离心，如是重复儿 次即得到无蛋白糖溶液，但三氟三氯乙烷易挥发不宜大量使用.三氯乙酸法是向 多糖溶液中滴加三氯乙酸至不再继续出现混浊为止，离心除去沉淀即得到无蛋 白的多糖溶液，但此法会引起多糖的降解.酶法去除蛋口条件最温和，不易引起 多糖的降解，但不同的酶作用于不同的蛋白，所以要先进行不同酶除蛋白能力的 探索，最后才能确定最佳的除蛋口酶法•此时，得到的多糖可能是多种多糖的混 合样詁，还要采用分部沉淀法、季胺盐沉淀法、柱层析法、超滤法、制备性区域 屯泳等方法进一步分离纯化.5微生物多糖的应用研究5. 1食品工业现已获得工业主产与应用的微主物胞外多糖主要有黄原胶、结冷胶、小核菌 葡聚糖、短梗多糖、热凝多糖等，由于它们具有粘着性、稳定性、凝胶性、乳化 性等特点而广泛应用于品工业，可以作为食品添加剂、凝结剂、保鲜剂等.结冷胶 是美国Kelco公司开发一种水溶性微生物胞外多糖，并于1992年被批准在食品 中广泛使用，成为第三种在品中用的微生物胞外多糖.在食品中，结冷胶不仅是 一种凝结剂，它还具有提供优良的地和口感，变食品组织结构、液体营养品的物理 稳定性、食品烹调和贮藏吋的持水能力等功能，因而广应用于糖衣、色拉调料、 人造肠衣、果冻、果酱、馅料等食品中•黄原胶的特性主要集中在流变学性质方 面:它具有较强的增稠性，良好的假塑性、稳定性；耐酸碱、抗热、耐高盐环境； 具冇良好的乳化性质和悬浮能力.因此，黄原胶作为增稠剂、稳定剂、乳化剂等 在食品工业中也得到了广泛的使用.5.2医药领域在医药领域得到广泛应用研究的微生物多糖主要是真菌多糖，大多数真菌多糖 具有抗肿瘤免疫调节、抗衰老、抗感染等生物学功能.复合多糖各组（主要由猴头菇、香菇、茯苓3种真菌的多糖、葡萄籽多酚以 及甘草酸成）对荷瘤小鼠的肿瘤都冇明显的抑制作用，并11复合多糖各组对S180 肉瘤小鼠腹腔巨噬细性明显壊强.海洋真菌多糖YCP具冇显著提高S180荷瘤 小鼠RES吞噬功能；明显提高肺癌荷瘤小鼠的NK细胞活性，促进NK细胞杀 伤靶细胞K562;明显捉高CTL细胞活性，促进CTL细胞杀伤靶细胞Lew is肺癌 细胞；由此，推测YCP可能通过增强机体的细胞免疫功能，达到抑制肿瘤生氏的 作用.另外，灵芝、云芝、猴头等真菌多糖具有降血糖作用；虫草、灵芝、香菇、 银耳、云芝、茯苓等真菌多糖可作为功能性食品的活性成分，起保健作用.还有 多种食用菌多糖具有清除自由基、捉高抗氧化酶活性和抑制脂质过氧化的活性， 起到保护生物膜和延缓衰老的作用.5.3环境保护（污水处理）随着经济的发展和生活节奏的加快，自然界出现了越來越多的生活废水和工业 废水，废水中常含有严重影响人类健康的可溶性重金屈（钻、镉、铅、锌、铜等）. 虽然现已采用多种技术和絮凝剂（无机絮凝剂、人工合成的有机絮凝剂、生物絮 凝剂）来处理这类废水，但这些处理方法仍不尽如人意：重金属去除不彻底；产 生有毒的污泥；离子交换树脂和活性炭处理效果好但费用较高也不能大规模运 用.生物絮凝法（活性污泥法）是当时广泛采用的处理废水的方法之一，它主要 利用微生物及其代谢产物來去除重金屈，它的最大优点是：选择性高，效率高， 准备和操作消耗低.但利用活微生物体处理废水并不现实，需要给这些微生物的 生t繁殖提供一定的营养物质和生长条件；利用死的微生物虽然可以解决上面 的问题，但处理废水后的微生物难以去除并且难以重建使用•口前，用微生物代 谢产物处理废水是一个极具应用前景的废水处理方式，多糖是该代谢产物的主 要成分，因它所带的负电荷基团可以和二价阳离了结合而在生物絮凝和重金屈 处理中起着非常重要的作ffl. G. Gu ibaud等人发现：活性污泥中的多糖、蛋白质 等物质与废水中的重金属离子的络合能力紧密相关.Seong2HoonMoon等人研 究的拟盘多毛砲菌（Pestalo t iop sis sp. KCTC 8637P）产生的胞外多糖Pestan每 克可以吸Pftl20 mg Pb（II）或60 mg Zn （II）.罗平等人从污水处理厂活性污泥中 筛选得到一株可以产生酸性胞外多糖的短芽抱杆菌RL 22,该多糖与无机及有机 高分子絮凝剂对高岭土悬液的絮凝活性相比：性能优、用量少；进一步研究表明: 该多糖和高岭土在其活性部位——多糖中的疑基或竣基以氢键相结合，经架桥 作用絮凝沉淀.另外,M ako to U rai等人发现：红球菌/? hod ococcus rhod och rous S22产生的胞外多糖与一些矿物质加入到被油污染的海水中口J以乳化油污, 加快油污中多芳香姪的降解；经分析得出该多糖由D2半乳糖,D2甘露糖,D2葡 萄糖，和D2葡萄糖醛酸以1: 1: 1: 1的摩尔比构成，并含冇少量的八癸酸和棕柵 酸.6前景与展望从20世纪50年代以來，研究者们选育了大量的产各种各样多糖的微生物菌种， 并对这些菌种生产多糖的条件进行了探索，研究了这些多糖的物理化学性质，开 发出了许多具冇实际应用价值的微生物多糖.尽管冇些微生物多糖如黄原胶、结 冷胶等已经获得工业化生产并得到广泛应用，在主产时除了黄原胶不产生糖原、 聚B2轻丁酸等杂聚物而使碳源转化率可高达70%夕卜，其它微牛物多糖如结冷胶 在生产时因产生相当多的聚B2疑丁酸而使碳源转化率降低，因此，碳源的低转 化率问题亟待解决.微牛物多糖的开发利用不仅依赖于解决碳源的低转化率问 题，仍有赖于微生物多糖产生菌菌种选育、对多糖结构性能和多糖代谢途径的认 识以及发酵工艺的优化，同时需要优化多糖产生菌的代谢性能并结合基因工程 手段，提高多糖的产量和质量，进一步拓展它们的应用范围.。