楊靖鵬，王靜，張曉輝，樊明濤，丁歡，魏新元

(西北農(nóng)林科技大學 食品科學與工程學院，陜西 楊凌，712100)

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乳酸菌胞外多糖研究進展以及在食品工業(yè)中的應用

楊靖鵬，王靜，張曉輝，樊明濤，丁歡，魏新元*

(西北農(nóng)林科技大學 食品科學與工程學院，陜西 楊凌，712100)

胞外多糖(exopolysaccharides，EPS)是乳酸菌的一種代謝產(chǎn)物，分為同聚多糖和雜聚多糖。在食品工業(yè)中常被用作增稠劑、穩(wěn)定劑以及乳化劑。近年來，EPS因其抗氧化、抗腫瘤、抑菌等活性引起了人們越來越多的關注。文中從EPS的類型與結(jié)構(gòu)、影響EPS產(chǎn)量的條件、EPS的鑒定及提取方法、EPS的生物活性以及在食品工業(yè)中EPS的應用對其進行綜述。

乳酸菌；胞外多糖；食品工業(yè)

乳酸菌(lactic acid bacteria, LAB)是一類革蘭氏陽性細菌的總稱，包括常見的乳球菌屬(Lactococcus)、腸球菌屬(Enterococcus)、酒球菌屬(Oenococcus)、片球菌屬(Pediococcus)、鏈球菌屬(Streptococcus)和乳桿菌屬(Lactobacillus)等[1-3]，其生存范圍從土壤、植物覆蓋到哺乳動物的口腔、胃腸道等。乳酸菌能夠利用糖類進行代謝，產(chǎn)生乳酸及其他物質(zhì)。作為世界一般公認安全的食用細菌(general regard as safety，GRAS)[4]，在食品工業(yè)中，它可以提高相關食品的感官特性、營養(yǎng)價值以及貨架期，在乳品工業(yè)中其作用尤為突出[5]。近些年來的研究表明，乳酸菌的主要代謝產(chǎn)物，如各種酸、胞外多糖、乳酸菌素、γ-氨基丁酸的特性及其在調(diào)節(jié)機體免疫力、抗腫瘤、抗菌防腐等方面的作用尤為突出，引起了極大關注[6]。

胞外多糖(exopolysaccharides, EPS)是其中的一種代謝產(chǎn)物。與細菌和微藻類相似，某些乳酸菌在其生長過程中也能分泌EPS[7]，其中，與細胞壁結(jié)合的稱為莢膜多糖(CPS)；而釋放到外部環(huán)境中的則為黏液多糖(SPS)[8]。由于乳酸菌EPS具有獨特的物理化學特性，在食品工業(yè)中，常常被用作穩(wěn)定劑、乳化劑、微生物絮凝劑、生物吸附劑以及離子交換樹脂等[9-10]。本文主要從乳酸菌EPS的類型與結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量影響因素、鑒定及提取方法、生物活性以及食品工業(yè)中的應用這五個方面進行綜述，并對存在的問題進行探討與總結(jié)。

1　乳酸菌胞外多糖(EPS)的類別與結(jié)構(gòu)

1.1單糖類型

對于乳酸菌EPS的分類，其標準各有不同。Sutherland定義胞外多糖是細菌及微藻類在其生長代謝的過程中分泌到細胞壁外的莢膜多糖(CPS)或黏液多糖(SPS)[11]。而目前已知產(chǎn)EPS乳酸菌中,大多數(shù)能產(chǎn)生SPS,部分乳酸菌可同時產(chǎn)生CPS和SPS。如果按其單糖組分，又可以分為兩類，即：由同一種單糖組成的同聚多糖(homopolysaccharide，HoPS)和由含有兩種及兩種以上不同單糖的重復單元組成的雜聚多糖(heteropolysaccharide，HePS)[12]。絕大部分同聚多糖，相對于雜聚多糖而言，都有較高的分子質(zhì)量，其分子質(zhì)量在4.0×104～6.0×106u之間。同聚多糖分為4類：ɑ-D-葡聚糖，β-D-葡聚糖，果聚糖以及其他物質(zhì)，如多聚半乳糖(表1)[5]。

而乳酸菌分泌的雜聚多糖，其構(gòu)成及結(jié)構(gòu)較為復雜，類型也有多種。有相當大一部分嗜熱、嗜溫乳酸菌會產(chǎn)生雜聚多糖。雜聚多糖是由一定數(shù)量的由不同糖基以不同或相同的連接鍵聯(lián)結(jié)，按照一定的比例所構(gòu)成的重復單元組成，如D-葡萄糖、L-鼠李糖、D-半乳糖、N-乙酰氨基葡萄糖、N-乙酰半乳糖胺、葡萄糖醛酸等。產(chǎn)雜聚多糖的種屬較多，在此，主要給出乳桿菌屬所產(chǎn)的雜聚多糖的單糖類型(表2)[16]。

表1乳酸菌同聚多糖分類

Table 1The classification of the homopolysaccharides from lactic acid bacteria

注：a)Glc-葡萄糖；Gal-半乳糖；Fru-果糖；b)：各自連接方式至少有50%；c)：同聚多糖中含有半乳糖的一個五聚重復單元。

表2　乳桿菌屬雜聚多糖分類

從EPS的組分與結(jié)構(gòu)上可以看出,無論是糖單體組成成分，還是聯(lián)結(jié)方式，雜聚多糖的復雜程度遠遠高于同聚多糖。在實際研究中，由于雜聚多糖的復雜性以及功能性質(zhì)突出，因此對其有較為廣泛和深入的研究。

1.2乳酸菌胞外多糖產(chǎn)量及影響條件

微藻類、植物類以及微生物等都能夠產(chǎn)生多糖。來自微生物的多糖，常見的有右旋糖酐、膠凝糖、支鏈淀粉、酵母葡聚糖以及黃原膠等[13]，各有差異。有研究表明，與微藻及植物類相比，微生物更適合多糖的生產(chǎn)。一些土壤微生物，如假黃單胞菌屬所產(chǎn)的黃原膠，每年有超過2萬t被用作增稠劑[14]。然而乳酸菌并非多糖的高產(chǎn)菌屬，因此導致其商業(yè)開發(fā)及利用難度較大。

目前，已知產(chǎn)EPS的乳酸菌約有幾十種，這其中比較常見的有干酪乳桿菌(Lactobacilluscasei)、嗜酸乳桿菌(L.acidophilus)、短桿乳桿菌(L.brevis)、彎曲乳桿菌(L.curvatus)、德式保加利亞乳桿菌亞種(L.delbrueckiissp.bulgaricus)、鼠李糖乳桿菌(L.rhamnosus)、植物乳桿菌(L.plantarum)、約氏乳桿菌(L.johnsonii)等[15]。

大量研究表明，影響乳酸菌EPS產(chǎn)量的因素有很多，其中主要因素有碳源、氮源、溫度、時間、pH、含氧量。特別是碳源，對多糖類型有直接的影響。VAN GEEL等[16]發(fā)現(xiàn)，蔗糖對于大多數(shù)乳酸菌來說，都是最優(yōu)碳源。而乳糖也是一種常用的碳源，以乳糖為基礎的牛奶和以葡萄糖為基礎的MRS培養(yǎng)基適合大多數(shù)產(chǎn)EPS的乳酸菌生長(表3)。

表3　乳酸菌EPS產(chǎn)量及培養(yǎng)條件

pH也是影響EPS產(chǎn)生的因素之一(表3)。在菌株生長代謝的過程中，由于其代謝產(chǎn)生的乳酸而引起酸化，當pH接近5時，糖水解酶就會被激活，此時，多糖的產(chǎn)量會隨著乳酸的增加而減少，這樣的pH不利于EPS的形成和積累。

溫度對EPS的產(chǎn)量也有一定的影響，Kaw等[17]在不同溫度下，對保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌進行混合培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)其EPS的產(chǎn)量波動較大，產(chǎn)量在35 ℃時達到最大值330 mg/L，之后隨著溫度繼續(xù)上升，產(chǎn)量下降。KATJA等[18]也發(fā)現(xiàn)，25～37 ℃的溫度范圍內(nèi)，乳酸菌EPS產(chǎn)量隨著溫度的增加而增加，在37 ℃達到最大，之后開始下降。多數(shù)研究表明，一般情況下，乳酸菌EPS的產(chǎn)量隨著溫度的上升，總會表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢。

不同條件的組合與優(yōu)化，可以影響到乳酸菌EPS的產(chǎn)量。JOSHI等[19]從印度西北部的一種部落飲料中分離出乳酸明串珠菌，在含有蔗糖MRS培養(yǎng)基與釕紅牛奶瓊脂平板上培養(yǎng)，測得其EPS產(chǎn)量為340.82 mg/L，之后從碳源、溫度、pH這三個方面對培養(yǎng)基進行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)在28 ℃、pH為6.5、以蔗糖為碳源的條件下，其EPS產(chǎn)量顯著提高。

因此，在不同的條件下，受到綜合因素的影響，乳酸菌EPS產(chǎn)量會有所不同。這其中，鼠李糖乳桿菌(L.rhamnosus)，在富含酵母膏、鹽分、維生素的培養(yǎng)基中，所產(chǎn)的胞外多糖含量最高，可以達到2.7 g/L[20]。而酸奶中的嗜熱鏈球菌(S.thermophilus)以及德氏保加利亞乳桿菌(L.delbrueckiibulgaricus)多糖產(chǎn)量相對較低，約為100～800 mg/L[15]。DILEK[21]優(yōu)化培養(yǎng)條件后，發(fā)現(xiàn)在12株乳酸菌中，檸檬明串珠菌E55、乳酸乳球菌A47多糖產(chǎn)量最高，分別達到(2.39±0.49) g/L,(1.98±0.23) g/L。部分乳酸菌EPS產(chǎn)量見(表3)。

2　乳酸菌胞外多糖鑒定及提取方法

乳酸菌EPS的鑒定篩選方法有多種。首先，便是對產(chǎn)EPS乳酸菌的篩選，最常見的方法是瓊脂平板上細菌菌落直接觀察，這種方法較為簡單，但缺點是對于EPS產(chǎn)量低的乳酸菌，其靈敏度較低，因此，只具有一定的參考性。而平板菌落觀察法，經(jīng)過一定的改進，可用于產(chǎn)EPS乳酸菌的快速初篩。田豐偉[22]等，采用改進后的平板菌落拉絲法，快速篩出了產(chǎn)EPS的短乳桿菌BT0898、植物乳桿菌NYC30以及鼠李糖乳桿菌YHOC137，通過研究菌落拉絲長度與胞外多糖產(chǎn)量關系，發(fā)現(xiàn)了明顯的正相關性，這表明菌落拉絲法是一種簡便而有效的篩選方法，可以用于產(chǎn)EPS乳酸菌的廣泛初篩。

對發(fā)酵中期及發(fā)酵后期的培養(yǎng)基進行黏度測定分析也是一種可行的篩選方法，其有效性只與黏性有關。利用乙醇或丙酮沉淀EPS后，采用分光或重量分析定量也是一種篩選方法，但在實驗過程中，污染性多糖可能會干擾其定量與定性。半組合培養(yǎng)基可以排除這種干擾，但其價格較貴。超濾法和凝膠滲透色譜法也是目前常用的EPS快速篩選方法。此外，根據(jù)基因結(jié)構(gòu)，基于分子水平上發(fā)展起來的某些方法也被用于產(chǎn)EPS的乳酸菌篩選鑒定[23]。

早在10年前，RUAS-MADIEDO等[24]就總結(jié)了乳酸菌EPS提取的若干方法。而目前，對于乳酸菌EPS常采用有機溶劑沉淀法，其常用溶劑有甲醇、乙醇、丙酮以及異丙醇等小分子醇類，其優(yōu)勢在于可減少胞外多糖的溶解量，有助于脫色及脫去無用的低分子物質(zhì)。其中，異丙醇是FDA認可的適用于食品級多糖提取的最佳沉淀劑[25]。除了化學方法，水解酶法也是一種多糖提取方法，其反應過程較為溫和，但提取效率較低且成本價格較高[26]。此外，某些物理方法諸如超聲波處理、離心、微波處理及加熱等也可以促使多糖從細胞中分離出來并在溶液中溶解，從而達到分離目的，但相比于化學法，其效率一般較低；物理法中的離心，對于可溶性的多糖，特別是EPS效果較好[27]。

分離提取的多糖一般都是粗多糖，其中含有色素、游離蛋白以及小分子物質(zhì)，需要進一步進行分離純化。

3　乳酸菌EPS生物活性研究

產(chǎn)EPS的乳酸菌菌株在某些環(huán)境下，存活率更大。LI等在實驗中發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌70810因為產(chǎn)EPS，在發(fā)酵過程中，其活細胞數(shù)量可達108CFU/mL，相比于其他兩種發(fā)酵劑活菌數(shù)更為顯著[28]。Patel等[29]從傳統(tǒng)印度發(fā)酵食品中分離出產(chǎn)EPS的乳酸菌，通過體外實驗，研究其對于低pH、膽鹽、膽鹽水解酶活力、藥敏模式以及抗菌活性的耐受性，發(fā)現(xiàn)這種乳酸菌能夠在0.3%的牛黃膽酸鈉中生長，對于其他環(huán)境條件，耐受性也較強。

由于產(chǎn)EPS的乳酸菌對于外界環(huán)境有較好的耐受性，因此這類乳酸菌在腸道的存活率較高。有研究表明，EPS對于提高菌株腸道表面非特異性黏附能力具有重要作用。XU等[30]在實驗中發(fā)現(xiàn)，與短雙歧桿菌BB8相比，其衍生出的BB8dpH抗酸性能顯著提高，其作用機制是通過提高細胞表膜能力來阻止H+進入細胞，通過增加肽聚糖和EPS產(chǎn)量以及降低BCAA(支鏈氨基酸)含量來提高抗酸性，從而大大提高菌株的存活率。

3.1抗氧化活性

目前，EPS的抗氧化活性研究較多。鏈球菌StreptococcusphocaePI80所分泌的EPS在體外實驗中表現(xiàn)出強抗氧化活性，特別是對于羥基、超氧化物自由基有極強的清除作用[31]。在體外實驗中，植物乳桿菌C88所產(chǎn)的EPS能夠有效清除過量產(chǎn)生的活性氧(ROS)，該多糖也具有清除氧自由基、提高抗氧化酶活性等作用[32]。而植物乳桿菌YW32所分泌的EPS，對于DPPH、羥基以及超氧自由基清除都表現(xiàn)出較強的抗氧化活性[33]。

3.2抗生物膜活性

WANG等[33]在實驗中發(fā)現(xiàn)，來自植物乳桿菌 YW32的EPS，在質(zhì)量濃度為0.2～5.0 mg/mL的范圍內(nèi)，對大腸桿菌O157、弗氏志賀菌CMCC(B)、金黃色葡萄球菌AC1、鼠傷寒沙門氏菌S50333生物膜的形成均有抑制作用，在其質(zhì)量濃度為5.0 mg/mL時，對于金黃色葡萄球菌AC1的抑制率達到了45.13%，弗氏志賀菌CMCC(B)為44.67%，鼠傷寒沙門氏菌S50333為44.04%，但對于大腸桿菌O157不明顯，只有12.71%，這表明來自YM32的EPS有廣譜抗生物膜活性。對于致病菌的抑制，IMEN TRABELSI研究發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌Ca6對于大腸桿菌DH5、李斯特氏菌、黃色微球菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌以及腸桿菌均有抑制作用，其抑菌圈范圍在12～26 mm，檢測其代謝物質(zhì)組分，發(fā)現(xiàn)EPS含量較高[34]。

3.3免疫調(diào)節(jié)作用

研究表明，EPS在免疫調(diào)節(jié)方面能夠起到重要作用。UTOOMPORN等[35]對L.confususTISTR 1498所產(chǎn)的EPS進行了研究，發(fā)現(xiàn)其部分水溶性EPS能顯著刺激巨噬細胞，使其活性提高，誘導其產(chǎn)生大量活性細胞因子。動物雙歧桿菌A1ɑOxR所產(chǎn)的一部分不帶電荷的EPS，可以減少人體PBMC(外周單個核細胞)細胞因子的釋放[36]。LPEZ等[37]發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌的EPS有誘導T細胞分化為腫瘤壞死因子α的能力。而植物乳桿菌 YW32的EPS對人體結(jié)腸癌HT-29細胞抑制率達到39.24%[34]，而植物乳桿菌70810分泌的c-EPS對其抑制率高達88.34%[38]。此外研究發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌NRRLB-4496所產(chǎn)β-葡聚糖對癌細胞有明顯抑制作用[39]。目前，對于EPS抗腫瘤機制研究多集中在增強宿主免疫力與抑制癌細胞這兩個方面。

4　乳酸菌EPS在食品中的應用

乳酸菌在食品工業(yè)中，尤其乳制品中的應用極為廣泛。在乳品工業(yè)，乳酸菌常被用作牛奶酸化、干酪乳凝與成熟的發(fā)酵劑以及益生菌的作用[40]。研究表明，乳酸菌EPS能夠顯著影響乳制品的性質(zhì)。

4.1EPS在乳液制品中的應用

流變性、乳化性以及黏著性是衡量乳品質(zhì)量的重要參數(shù)。近20年來，隨著對乳酸菌EPS的研究不斷深入，發(fā)現(xiàn)其對乳制品的流變特性和質(zhì)構(gòu)特性有顯著影響。LONDON發(fā)現(xiàn)黏膜乳桿菌DPC 6426在酸奶生產(chǎn)中可以顯著提高其質(zhì)構(gòu)和流變性能，而不對發(fā)酵過程產(chǎn)生不良影響，其分泌的EPS可以很好的解決乳中脫水收縮的問題[41]。對于黏度的影響，ZHANG等[42]在酸乳中添加了1%嗜熱鏈球菌ST1分泌的EPS后，發(fā)現(xiàn)其固有黏度得到了一定的改善。SUSANN等[43]將嗜熱鏈球菌ST-143所產(chǎn)的EPS進行純化(純度達到85%以上)，酸化前加入到牛奶中，發(fā)現(xiàn)酸乳凝膠的剛度隨EPS的濃度增加而增大；同時，攪拌乳中，6 ℃的儲藏溫度下，表觀黏度隨著EPS的加入而顯著增加。此外，NOTARARIGO等[44]發(fā)現(xiàn)腸膜明串珠菌RTF10所產(chǎn)的EPS(主要是雜聚多糖)對發(fā)酵牛奶的口感有較大影響。

4.2EPS在豆奶及低脂發(fā)酵乳中的應用

對于豆奶的發(fā)酵，LI以植物乳桿菌70810作為豆奶發(fā)酵劑，發(fā)現(xiàn)菌株能夠很好地生長，并顯著提高了豆奶風味。4 ℃，經(jīng)過21 d的發(fā)酵后，活菌數(shù)大于108CFU/mL，而豆奶的表觀黏度為966.43 mPa·s，EPS的產(chǎn)量達到了635.49 mg/L。這表明產(chǎn)EPS的菌株70810表現(xiàn)出令人滿意的工藝性能，在發(fā)酵高黏度豆奶上具有廣泛的應用前景[28]。低脂發(fā)酵乳也是乳品工業(yè)中的重要組成部分，由于經(jīng)常出現(xiàn)乳清分離、質(zhì)構(gòu)脆弱等問題而引起了生產(chǎn)者和消費者的廣泛關注。在低脂酸奶的生產(chǎn)中，EPS對于提高制品的堅固性以及持水網(wǎng)狀容量起到了很好的凝膠作用。PRASANNA等[45]發(fā)現(xiàn)EPS能夠改善低脂發(fā)酵乳結(jié)構(gòu)，降低低脂產(chǎn)品中的脂肪、增加口感稠度，滿足消費者的口感期望。

4.3EPS在乳酪制品與焙烤類食品中的應用

EPS也與乳酪制品的生產(chǎn)密切相關。Lynch在干酪的制作過程中，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)HoPS型多糖的魏斯氏菌MG1能夠顯著提高干酪的水分含量，而不會造成乳酪蛋白水解，對于乳酪的特色風味和香氣成分也沒有影響。此外，MG1所產(chǎn)的右旋糖酐，在乳酪的制作過程中可以大大增加其保水性，當EPS濃度達到5%時，效果極其顯著[46]。對于焙烤類食品，乳酸菌EPS能夠替代面團中谷蛋白(面筋)，起到傳統(tǒng)凝膠的作用[47]。而這種無麩質(zhì)(谷蛋白)食品為乳糜癥(麩質(zhì)過敏癥)患者帶來福音。此外，EPS還因為比傳統(tǒng)凝膠便宜，且黏彈性好而有被用于無谷蛋白面粉的潛質(zhì)[48]。

4.4EPS對于某些食品的不良影響

然而，對于某些食品，EPS也會產(chǎn)生不良影響，這一點在造酒業(yè)方面尤為突出。IDOIA等[49]發(fā)現(xiàn)蘋果酒發(fā)酵過程中，黏著性是一個相對頻發(fā)的問題，這主要來自于片球菌屬、乳桿菌屬、酒球菌屬分泌的一種多黏物質(zhì)，即2-(1,3)-β-D-葡聚糖。LAWS等[50]也指出，某些乳酸菌所產(chǎn)的EPS會嚴重影響白酒的流變學性質(zhì)并導致其腐敗。

5　研究中存在的問題及解決辦法

近幾十年的研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能夠產(chǎn)EPS的乳酸菌有幾十種。隨著科學技術(shù)的進步，對于EPS的研究也越來越深入，其應用前景廣闊。但伴隨著研究的深入，也發(fā)現(xiàn)了一些難以解決的問題。主要集中在以下幾個方面：(1)缺少快速鑒定產(chǎn)EPS乳酸菌的方法；(2)難以獲得EPS穩(wěn)定高產(chǎn)的菌株；(3)對于EPS結(jié)構(gòu)與功能性質(zhì)之間的關系(尤其是二級以上的結(jié)構(gòu))研究較少，這包括了多糖分子結(jié)構(gòu)之間與其良好物理學特性的關系以及與增強免疫、抗腫瘤等良好生理學特性之間的關系[8]；(4)EPS的提取與分離純化較為復雜，對于其提取率與純度的提高難度較大；(5)此外，對產(chǎn)生EPS的某些雙歧桿菌研究較少。

5.1目前應用的鑒定方法

在EPS乳酸菌快速檢測方面，MEULEN提出以超濾法及凝膠滲透色譜法為基礎，通過PCR技術(shù)，以不同的基因為引物來檢測產(chǎn)EPS的乳酸菌的新方法，實驗中成功檢測出9株產(chǎn)同多糖的乳酸菌和1株產(chǎn)雜多糖的乳酸菌，相比于平板菌落目測法、培養(yǎng)基粘度測定分析法、乙醇沉淀法等，這是一種產(chǎn)EPS乳酸菌高效且精確地篩選方法[23]。RüHMANN等[51]發(fā)明了一種24 h檢測技術(shù)，即高通量EPS篩選平臺，以96孔版式為基礎，采用液相色譜、紫外光、電噴霧離子阱對碳源快速分析，確定產(chǎn)EPS的菌株以及不同的糖及其衍生物，這種方法的優(yōu)勢在于測出產(chǎn)EPS菌株的同時可以鑒定出糖組分。此外，生物膜成環(huán)實驗也是一種實用的方法，通過磁鐵接近生長的微生物時與磁性粒子的相互作用來進行鑒定[52]。

5.2EPS高產(chǎn)菌株的篩選

在乳品工業(yè)中，EPS高產(chǎn)菌株一直是技術(shù)關鍵，但多數(shù)已知的乳酸菌都不是EPS高產(chǎn)菌株。因此，如何獲得高產(chǎn)EPS成為難題。最常見以及成功率較高的方法是基因修飾。通過基因工程，可以獲得擁有良好流變學及生物學特性的特定多糖。大部分研究都集中在與EPS合成有關的基因簇上?；蚪M學上，當前乳桿菌屬與鏈球菌屬研究最多，研究表明，產(chǎn)EPS菌株存在一個共同的操縱子結(jié)構(gòu)和機制[53-54]，通過對eps基因簇的修飾，可以改變其產(chǎn)量。LI[55]將變異鏈球菌中H2O-型NADH氧化酶基因轉(zhuǎn)移到干酪乳桿菌LC2W中進行過表達，成功得到了EPS高產(chǎn)重組株LC-nox，EPS產(chǎn)量比LC2W增加了46%。糖基轉(zhuǎn)移酶改性，也是基因工程中用到的一種方法。BOUAZZAOUI采用反義RNA技術(shù)，對鼠李糖乳桿菌的糖基轉(zhuǎn)移酶進行了改性，降低其活性，從而提高了EPS產(chǎn)量[56]。也可以采用理化及生物學的方法，對菌株進行隨機突變，從而篩選出EPS高產(chǎn)菌株。此外，通過實驗優(yōu)化也能夠提高乳酸菌EPS的產(chǎn)量，KIMMEL等人就通過不同的碳源培養(yǎng)基、pH、溫度來培養(yǎng)德氏保加利亞乳桿菌，其EPS產(chǎn)量也獲得提高[57]。

5.3EPS結(jié)構(gòu)與分離純化研究

在EPS結(jié)構(gòu)解析方面，田政[8]認為，可以嘗試從基因和分子水平構(gòu)建出具有目標功能的乳酸菌EPS。目前對EPS結(jié)構(gòu)的研究主要借助于電子顯微鏡、原子力顯微鏡、核磁共振等技術(shù)手段，但研究不夠深入。

乳酸菌EPS的分離純化難度較大，主要是因為乳酸菌分泌的EPS常常與有機酸、小分子物質(zhì)、多肽以及蛋白質(zhì)等其他成分混在一起。目前常用的方法有：乙醇沉淀法，將3～5倍體積的95%乙醇加入初步離心得到的上清液,在4 ℃下冷藏過夜，EPS會沉淀析出，但是此法雜質(zhì)較多。透析法：該法在前面基礎上，用少量蒸餾水復溶乙醇沉淀物，然后裝入透析袋,蒸餾水中透析48 h,可得到較純的EPS水溶液，該方法可以有效的去除一些小分子物質(zhì)。在SARAVANAN等[58]的實驗中，粗糖溶液用Sevage試劑(V(氯仿)∶V(正丁醇)=5∶1)洗3次，除去蛋白質(zhì)，用冷乙醇來沉淀EPS，隔夜收集后離心，用超純水溶解，之后，采用透析袋透析48 h，即得到純化的EPS。此外，也可以利用丙酮替代乙醇用于EPS的分離。純化的EPS是進行特性分析、結(jié)構(gòu)鑒定等試驗研究的基礎。目前，純化的方法有超濾法、薄層層析層析法和柱層析法。WANG在實驗中，以DEAE-纖維素柱(26 mm×40 cm)為基礎，對5 mL質(zhì)量濃度為20 mg/mL的粗多糖采用陰離子交換色譜法來純化，再用瓊脂糖CL-6B柱進一步純化，最后得到的EPS純度達到了(92.35±2.38)%[59]。

5.4雙歧桿菌EPS

雙歧桿菌是一類厭氧、非運動性、無孢子的革蘭氏陽性菌。作為一類重要的益生菌，雙歧桿菌在人體腸道內(nèi)能夠起到提高乳糖消化率、抗癌活性、降低血清膽固醇水平、B族維生素的合成以及促進Ca2+吸收的作用[60]。它有很多性質(zhì)與乳酸菌相似，但由于其生存環(huán)境要求較高不易培養(yǎng)且產(chǎn)EPS的菌株極少，因此其研究難度較大，目前對雙歧桿菌EPS的物理化學、流變學、乳化性等特性研究較少。

6　展望

乳酸菌作為一類益生菌，其安全性被廣泛認可。而乳酸菌分泌的EPS也一直是研究的熱門，在不斷研究的過程中，發(fā)現(xiàn)了不少諸如產(chǎn)量、純化方面的問題，雖然目前有一定的處理方法，但不具有普遍性和較強的實用性，因此這些問題有待進一步解決。乳酸菌EPS在生物制藥、食品工業(yè)、臨床醫(yī)學中有廣闊的應用前景；對于人體健康、食品安全等方面而言，其意義同樣重大。因此，對于乳酸菌EPS進行更廣泛更深層次的研究是十分必要的。

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The research advance of exopolysaccharides from lactic acid bacteria and its application in food industry

YANG Jing-peng, WANG Jing,ZHANG Xiao-hui, FAN Ming-tao, DING Huan, WEI Xin-yuan*

(College of Food Science and Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

Exopolysaccharide (EPS), including homopolysaccharide (HoPS) and heteropolysaccharide (HePS), is a class of metabolite of lactic acid bacteria. EPS is widely used in food industry as viscofying agent, stabilizing agent and emulsifying agent. In recent years, EPS has attracted much public attention because of its potent activities such as antioxidation, antitumor and antibacterial. In this paper, types and structures of EPS, factors that influence the yield of EPS, methods for EPS identification and extraction, bioactivities and the applications of EPS in food industry were summarized.

lactic acid bacteria; exopolysaccharide; food industry

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201601047

碩士研究生(魏新元副教授為通訊作者,E-mail：wheixinyuan@126.com)。

西北農(nóng)林科技大學基本科研業(yè)務費專項(QN2011138)

2015-06-09，改回日期：2015-09-07