（发酵工程专业论文）一株多糖高产菌株的研究与应用.pdf

， 7 - 贵州大学硕+ 学俯论文 一株多糖高产菌株的研究与虑用 摘要 随着糖化学、糖生物学、糖工程学发展，人们已认识到多糖物质具有重要的 生物学功能，在工农业生产中有着广泛的应用前景；2 0 世纪9 0 年代以来，多种 新方法、新技术被应用于多糖物质的研究中，一些不同生理活性的多糖物质被分 离、纯化和鉴定，部分研究成果所形成的产品已投放市场，并显示出良好的经济 效益。但大多数多糖产品主要来自高等植物和海藻及较大型的真菌，这在一定程 度上限制了多糖的生产、应用及产业化进程。 近年来，由于细菌多糖具有结构功能稳定、价格便宜、生产周期短及生产可 控等优点而倍受关注。本文对一株高产胞外多糖的细菌菌株进行了研究，主要内 容为：菌株分离、筛选，发酵工艺优化、多糖提取工艺优化、多糖制品化学组成 分析及其应用。 出发菌株为课题组自行分离所得的一株多糖产量较高的菌株，经生理生化特 性分析及1 6 sr d n a 序列鉴定，鉴定该菌株为土壤杆菌属( a g r o b a c t e r i u ms p ) 的放射形土壤杆菌( a r a d i o b a c t e r ) ，菌株编号为g y 0 4 。 本课题组历经二年左右时间，做了大量的工作，并取得了如下阶段性进展： 1 采用无氮培养基、复筛培养基及基本发酵培养基从贵阳市郊土壤中筛选得到 一株野生菌株，编号为g y 0 4 。经形态学观察、生理生化特性分析及1 6 sr d n a 序列分析，确定该菌株为土壤杆菌属的放射形土壤杆菌( 爿r a d i o b a c t e r ) 。 g y 0 4 为革兰氏阴性菌。细胞呈杆状，大小为1 2 v m 1 8 肛m x 0 5 岫- 4 ) 8 岬， 单个或成对：荚膜染色显示，该菌株可产生荚膜；在基本发酵培养基上，2 8 培 养3 4 d ，菌落呈乳白色、有光泽、不透明、中凸、圆整、粘稠，菌落直径l0 1 1 左右。 g y 0 4 菌株好氧，生长温度范围为4 c - - 4 2 ，最适温度2 8 ，生长p h 范围 4 田，最适p h 为7 0 左右，不产色素，无芽孢，无动力，不能利用柠檬酸盐，可 以产生3 酮基乳糖，并且可以利用乙醇氧化产酸，在石蕊牛奶培养基中产酸。 g y 0 4 菌株生长的延滞期为o - - 6 h ，6 h 后进入对数生长期，至9 6 h 生长量达 到最大，9 6 h 至1 2 0 h 是g y 0 4 菌株生长的稳定期，1 2 0 h 后进入衰亡期。 2 g y 0 4 菌株的生长与产胶为非偶联型，对数生长期结束后开始分泌大量的胞 一 心 贵州大学硕士学位论文 一株多糖高产菌株的研究与府用 外多糖。在摇瓶发酵条件下，g y 0 4 菌株产生多糖的最佳氮源为牛肉青，最佳碳 源为乙二醇，发酵周期为5 d 。 将常规的优化法与统计学方法相结合，以胞外多糖的产量为指标，应用均匀 设计法对发酵工艺进行优化，利用统计学软件s p s s i o 0 对结果进行分析，得到 回归方程y = o 2 2 3 + 1 8 3 5 x 1 0 1 0 6 x 2 0 0 8 3 1 x 4 0 0 6 4 2 x 5 + 0 0 2 8 5 3 x 6 ，并根据方程 得到最优的发酵工艺：牛肉膏0 2 0 9 1 0 0 m l ，乙二醇0 2 5 m l 1 0 0 m l ，碳酸钙 0 2 0 9 1 0 0 m l ，初始p h 值7 0 ，接种量7 。与原有发酵条件相比，在最优条件 下多糖产量提高了7 5 1 3 。 ， 3 采用离心除菌、真空浓缩、9 5 z , 醇沉淀、无水乙醇和乙醚洗涤、s e v a g e 试剂脱蛋白等步骤处理发酵液可得到精制多糖。其工艺流程为： 离心一一8 0 真空浓缩至原体积l 4 一一3 倍浓缩液体积的9 5 7 , 酵溶液沉 淀一一过滤沉淀一一无水乙醇、乙醚洗涤沉淀一一粗多糖一s c v a g e 法除蛋白 一精制多糖 确定了多糖提取及初步纯化的方法，在降低提取纯化过程的成本的目标下， 得到了较纯的精制多糖制品。 4 精制多塘样品为自色粉末。该样品不溶于水、n a o h 溶液及醇、酮、醚等有 机溶剂，微溶于二甲基亚砜溶液，溶于i m 的盐酸溶液，该多糖样品的酸溶液为 微黄色澄清溶液，可能是由于部分多糖被酸化造成水解而使溶液变得微黄。多糖 样品在水溶液中形成悬浊液，1 的多糖悬浊液在加热时可形成微凝胶。 g y 0 4 菌株所产胞外多糖是一种新型的以葡萄糖、鼠李糖两种单糖组成的杂 多糖，其红外谱显示此多糖是一种吡哺多糖，含有乙酰基。运用电子探针二次电 子成像分析技术得到了该多糖样品的几种“晶形”，并且通过元素分析证明该菌 株可以分解钾长石，并释放出部分营养元素。 5 在对多糖结构与性质初步了解的基础上，对其应用作了如下探讨，具体表现 在对生活污水的处理及在土壤水土保持方面：由g y 0 4 菌株所制成的含有大量多 糖产物的菌剂在对生活污水的处理中，取得了较好效果：在增强土壤持水能力方 面也有显著效果。究其原因，作者认为，与其胞外多糖的性质是分不开的，一方 面胞外多糖本身为大分子物质，它可以有效吸附悬浮物：另一方面，多糖分子中 含有极性基团和未饱和残基，这使微生物絮凝剂分子借助离子键、氢键、范德华 贵州大学硕七学位论文 一株多糖高产卤株的研究与戍用 力的作用吸附多种带电颗粒，而降低粒子阃的斥力势能使溶胶聚沉并可以吸附水 分而使得土壤持水能力提高。 通过本论文对g y 0 4 菌株及其胞外多糖的研究，明确了g y 0 4 所产胞外多糖 是一种新型多糖。作者认为g y 0 4 菌株及其胞外多糖有较高的研究价值和工业化 潜力 关键词：放射形土壤杆菌；胞外多糖；发酵；污水处理； 微生物保水剂 l 贵州大学硕十学傍论文一株多糖高产曲株的研究与戍用 a b s t r a c t s a c c h a r i d e sh a sb e e nf o u n dw i d e s p r e a dc o m m e r c i a li nt h ef i e l do fi n d u s t r ya n d a g r i c u l t u r e ，b u tm o s to f t h e m a r ee x t r a c t e df r o mh i g h e rp l a n t s 、a l g a ea n ds o m ek i n d s o fm u s h r o o m s r e c e n t l y , g r e a ta t t e n t i o n sw e r ep a i dt ob a c t e r i a lp o l y s a c c h a r i d e s b e c a u s eo ft h e i rs t a b l es t r u c t u r ea n df u n c t i o n 、i n e x p e n s i v ep r i c ea n dl a wd o s a g e i n t h i sp a p e r , as t r a i nw h i c hc o u l dp r o d u c eh i g h - y i e l de x o p o l y s a c c h a r i d ew a si n t r o d u c e d ， i n c l u d i n gi t ss c r e e n i n g 、f e r m e n tt e c h n i c sa n de x t r a c t i o nt e c h n i c so p t i m i z e d 、i t sc h e m i c c o n s t i t u e n ta sw e l la si t sa p p l i c a t i o n t h i ss t r a i n 、懈s c r e e n e db yo u rl a b o r a t o r y , w h i c hw a si d e n t i f i e da 3a g r o b a c t e r i u m r a d i o b a c t e rt h r o u g hp h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i cd e t e r m i n i n ga n d 1 6 sr d n ag e n es t r i n ga p p r a i s a l i tw a sn a m e dg y 0 4 g o i n gt h r o u g ha b o u tt w oy e a r st i m e ，al o to f e x p e r i m e n t a t i o n sw e r ed o n e s o m e r e s u l t sw e r eg e ta l o n ga sf o l l o w i n g ： 1 t h es t r a i ng y 0 4w a ss c r e e n e db yn o n - n i t r o g e n o u sm e d i u m 、r e s c r e e n i n gm e d i u m a n db a s a lm e d i u mf r o ms o i ls a m p l eo b t a i n e di ng u i y a n g t h eo r g a n i s mw a si d e n t i f i e d a sa g r o b a c t e r i u mr a d i o b a c t e ra c c o r d i n gt o1 6 sr d n ag e n es t r i n ga p p r a i s a la n dt h e c r i t i c a lm a n u a lo f h a c k n e y e db a c t e r i o l o g y r o u n de n t i r e ，c o n v e x ，o p a q u e ，m u c o i da n dm i l kw h i t ec o l o n i e so fg y 0 4s t r a i n a p p e a ri n3 - 4d a y sa t2 8 co nb a s a lm e d i u m ，t h ed i a m e t e ro ft h ec o l o n i e si sa b o u t l c m t h es t r a i ng y 0 4i sag r a m n e g a t i v e t h es i z eo fc e l li sa b o u t1 2 一i 8 1 j m 0 5 0 8 r t m ，s i n g l eo rd o u b l e d a f t e rc u l t u r e d3d a y s ，o b s e r v e db yt h em c t h o dc a p s u l e c o l o r a t i o n , t r a n s p a r e n tr i n gi sf o u n d ，w h i c hi sc a p s u l e t h es t r a i ng y 0 4i sa e r o b i c ，n o s p o r e f o r m i n g ，i m m o t i l e t h eo r g a n i s mg r o w sa t t e m p e r a t u r eb e t w e e n4 - 4 2 ca n da tp hv a l u e4 - 9 b u tt h eo p t i m u mt e m p e r a t n r ea n d p hv a l u et i t l e2 8 。ca n da r o u n d7 r e s p e c t i v e l y p i g m e n tp r o d u c t i o ni sn o to b s e r v e d 一 丘 贵州大学硕士学位论文 一株多糖高产菌株的研究与应用 c i t r a t ei s n tu t i l i z e d i ne t h a n o la n dl i t m u sm i l k ，a c i di sp r o d u c e d i ta l s oc a np r o d u c e k e t o 1 a c t o s e n l es t r a i ng y 0 4 sa r r e a r a g eg r o w t hp h a s ei s0 - 6h o u r s ，a n da f t e rs i xh o u r s ，i t g o e st h r o u g hl o g a r i t h m i cg r o w t hp h a s e ，a t9 6 h o u rb i o m a s sr e a c h e sm a x i m u m ，9 6t o 1 2 0h o u rm a yb ec o n s i d e r e dt h eg y 0 4 ss t e a d yg r o w t hp h a s e ，a f t e r1 2 0h o u r , g y 0 4 s g r o w t he n t e r se o n t a b e s c e n e ep h a s e 2 t h eo r g a n i s mg y 0 4w a sf o u n dt oe x c r e t ee x o p o l y s a c c h a r i d ea r e rt h el o g a r i t h m i cg r o w t h p h a s ew a s f i n i s h e dw h i c hi n d i c a t e dt h ef e r m e n t a t i o no f e p si sn o ng r o w t h - c o u p l e d ，b yu s i n gt h e m e d i u mc o n t a i n i n gb e e fe x t r a c ta sn i t r o g e ns o u r c e 。g l y c o la sc a r b o n u r c e ，a n df e r m e n t a t i o n c y c l ei sf i v ed a y s t h e n ，c o m b i n e dw i t ht h em e t h o do f n o r m a lo p t i m i z e da n ds t a t i s t i c s ，f e r m e n t a t i o n t e c h n i c a lw a so p t i m i z e db yu n i f o r md e s i g nm e t h o d a n dm a k i n gu s eo fs t a t i s t i c a l s o f t w a r es p s s10 0t oa n a l y s i st h er e s u l t ，g e tb a c kt or e t u r nt h er e g r e s s i o ne q u a t i o n ： y = 0 2 2 3 + 1 8 3 5 x , 0 1 0 6 x 2 0 0 8 3 1 x 4 - 0 0 6 4 2 x s + 0 0 2 8 5 3 x 6 b a s e dt h a tr e g r e s s i o n e q u a t i o n ，w eg o tab e t t e rf e r m e n t a t i o nt e c h n i c a l ：w h e nu s i n gb e e f e x t r a c t 0 2 0 9 1 0 0 m l ，g l y c o l o 2 5 m l l o o m l ，c a l c i u m c a r b o n a t e o 2 9 1 0 0 m l ，i n i t i a l i z a t i o n p h v a l u e7 0 ，i n o c u l u ms i z e7 t h ey i e l do f e x o p o l y s a e e h a r i d ec o r n e dt oah c a d c o m p a r e dw i t h t h eb a s i cm e d i u ma n dp r i m a r yf e r m e n t a t i o nc o n d i t i o n ，t h ey i e l d i n c r e a s e d7 5 1 3 ，a n dt h a tr e s u l ta c h i e v e dt h ea n t i c i p a t i v ee x p e r i m e n t a le f f e c t 3 t h ep u r i f i e dp o l y s a c c h a r i d ew a so b t a i n e dt h r o u g ht h ep r o c e d u r eo fc e n t r i f u g i n g t or e m o v ec e l l s 、v a c u u mc o n c e n t r a t e 、p r e c i p i t a t e db y9 5 e t h a n o l 、a b s t e r g e db y a b s o l u t ea l c o h o la n da e t h e r 、d e p r o t e i nw i t hs e w a g er e g a e n t a tf i r s t ，t h er u d es a c c h a r i d ew a se x t r a c t e da sf o l l o w i n gs t e p ，c e n t r i f u g i n gt o r e m o v ec e l l 卜c o n d e n s e di no r d e rt oc o n c e n t r a t et h ef e r m e n t a t i o na saq u a r t e ro f t h eo r i g i n a lf e r m e n t a t i o n + p r e c i p i t a t e db y9 5 e t h a n o la c c o r d i n gt ot h r i c e v o l u m eo fc o n d e n s a t e _ a b s t e r g e db ya b s o l u t ea l c o h o la n da e t h e r a n dt h e n ，a f t e r d e - p r o t e i nw i t hs e w a g er e a g e n tc 觚g e tp u r es a c c h a f i d e t h ee x t r a c t e da n dp u r i f i e d m e t h o da r ed e t e r m i n e d , a n dt h ep u r es a c c h a r i d ew a sr e c e i v e do nt h ep r e m i s eo f r e d u c i n gt h ee x t r a c t e da n dp u r i f i e dc o s t 4 t h ee x o p o l y s a e c h a r i d es a m p l ei sw h i t ep o w d e r , i n d i s c e r p t i b l ei nw a t e ra n d v 贵州犬学硕十学何论文一株多糖高产曲株的研究与虑用 s o d i u mh y d r o x i d e ，d e l i q u e s c e n ti n1 mh y d r o c h l o r i ca c i d ，f r a c t i o n a r yd e l i q u e s c e n ti n d i m e t h y l s u l f o x i d ea n di n d i s c e r p t i b l ei na l c o h o l 、k e t o n ea n da e t h e r , 5 0t h e s ef a m i l i a r o r g a n i cr e a g e n tc a nb eu s e dt oe x t r a c tt h ee x o p o l y s a c e h a r i d e t h ea c i dl i q u o ro f t h i s s a m p l ei sf a w n , t h er e a s o nm a yb et h a ts o m es a c c h a r i d ei sh y d r o l y z e db yh y d r o c h l o r i c a c i d a n dt h i ss a m p l ec a l lf o r ms u s p e n d e dl i q u o r , 船w e l la st i n y - g e l a t i nc a nb e f o r m e dw h e n1 s u s p e n d e dl i q u o ri sh e a tu p t h ee x o p o l y s a c e h a r i d ei san e w - s t y l ee x o p o l y s a c c h a r i d ec o n t a i n i n gg l u c o s e ， r h a m n o s ea n da c e t y lg r o u p f r o mi t sc h a r to fi r ，i ti sc o n f i r m e dap y r a n o s e s o m e k i n do fi t sc r y s t a l l o i d sa r eo b s e r v e db ys c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y , e f f e c to f p o t a s s i u mf e l d s p a ri nt h em e d i u mi sc o n f i r m e db ye l e m e n t a r ya n a l y s i s ，t h er e s u l ti s t h a tg y 0 4o r g a n i s mc a nd e c o m p o s ep o t a s s i u mf e l d s p a r , a n du t i l i z et h o s ee l e m e n t s t h a tc o m ef r o md e c o m p o s e dp o t a s s i u mf e l d s p a r 5 a tt h eb a s i co f k n o wa b o u tt h es t r u c t u r ea n dc h a r a c t e r i s t i co f i t , t h ea p p l i c a t i o ni s d i s c u s s e da b o u tt w oa s p e c t , t h e ya r es e w e r a g ed i s p o s a la n dw a t e ra n ds o i lh o l d i n g i n t h o s et w oa r e a s ，g y 0 4o r g a n i s ma n dt h es a c c h a r i d ep r o d u c e db yt h i ss t r a i na r i s ea r e m a r k a b l ee f f e c t t h ea u t h o rt h i n ka b o u tt h a tt h er e m a r k a b l ee f f e c tc o m b i n ew i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c o fi t se x o p o l y s a c c h a r i d e o n es i d e ，b e c a u s et h es a c c h a r i d em o l e c u l ei sl a r g em o l e c u l e ， i tc a na d s o r bs u s p e n d e dp a r t i c l e s ；o nt h eo t h e rh a n d ，b e c a u s eo ft h ep o l a ra n d n o n - s a t u r a t e dg r o u po nt h es a c c h a r i d em o l e c u l e ，t h em i c r o b i a lf l o e c u l a n tc a nm a k e u s eo ft h e s ee l e e t r o v a l e n tb o n d 、h y d r o g e n o u sb o n d 、v a nd e rw a a l sf o r c et oa b s o r b d i v e r s i f o r me l e c t r i f e r o u sp a r t i c l e s ，a n dd e p r e s sr e p u l s i o np o t e n t i a le n e r g yt os u b s i d e s o la n da b s o r bm o i s t u r es oa st oa d v a n c et h es o i lh o l d i n ga b i l i t yo fs o i l t os t u d yo nt h eo y 0 4s t r a i na n di t se x o p o l y s a c c h a r i d e ，i tw a sc o n c l u d e dt h a t e x o p o l y s a c c h a r i d ei san o v e lp o l y s a c c h a r i d et h a th a sr e s e a r c hv a l u ea n dp o t e n t i a l i n d u s t r i o u sa p p l i c a t i o n s k e yw o r d s ：a g r o b a c t e r i u mr a d i o b a c t e r ；e x o p o l y s a c c h a r i d e ；f e r m e n t a t i o n ；s e w e r a g e d i s p o s a l ；m i c r o b i a lw a t e rr e t a i n i n ga g e n t v 1 贵州大学硕十学何论文 一株多糖高产菌株的研究与应用 第一章绪论 1 1 引言 微生物胞外多糖( e x t r a c c n u a r p o l y s a c e h a r i d e ，e p s ) 是细菌、真菌和蓝藻等微生物在次 生代谢过程中产生的对微生物有保护作用的生物高聚物( 魏培莲，2 0 0 2 ) 。近年来，越来越 多的细曲多糖在生产和生活中发挥着广泛的作h j ，这些细曲多糖可以在人 ：控制条件下利删 各种废渣，废液进行生产，减轻了环保压力，应川前景比动植物多糖更为广阔。美国生物技 术副产品协会( t h eb i o t e c h n o l o g yb y p r o d u c t sc o n s o r t i u m ，简称b b c 土要致力丁增加农产品 的附加值及防治农业活动中所产生的污染物) 近七年来的研究调奄显示细曲多糖的麻用已成 为当前生物产品在农业领域中应用的五丈土题之一( m o n t g o m e r y r ，2 0 0 4 ) 。例如由十壤杆 曲属( a g r o b a c t e r i u m ) 、根瘤曲属( r h i z o b i u m ) 等产生的半乳葡聚糖( g a l a c t o g l u c a n s ) 可作 为增稠剂，凝胶剂，乳化荆、成膜剂等，并在轻化工、食品筲相关领域进行利用( 李少毁， 钟颜麟等，2 0 0 1 ) 。日本专利( 陈乃用，1 9 9 4 ) 中也有报道用土壤杆菌属和根瘤菌属分泌的 环槐聚糖( c y e l o s o p h o r a n ) 包裹食品成分( 维生素) 和药物的。 有荚微生物胞外多糖的研究相当广泛，主要内容包括产胞外多糖微生物的筛选鉴定、菌 种的选育、发酵及后处理一c 艺，多糖的生物合成与基因调控、分子结构，理化性质，生物学 效应以及应用，涉及微生物的生物学、生理学、遗传育种学、分子生物学，生物i ：艺学、高 分子化学、胶体科学，医药学等多种学科。图1 1 表明了微生物胞外多糖研究开发的一般过 稃与涉及的领域两。 本章重点阐述细曲多塘研究的理论与学术背景，国内外微生物多糖特别是已经f 业化生 产的可h j 丁食品l 业的细曲多糖的研究进展以及本课题的研究意义与研究内容。 、 贵州人学硕十学伊论文 一株多糖高产曲株的研究与麻用 图i - i微生物胞外多糖的研究过程 f i g l 一1 r e h a s hp r o c e d u r eo f m i c r o b i a le x o p o l y s a c c h a r i d e 1 2 微生物胞外多糖的概述 1 2 1 多糖的定义 多糖是由多个单糖或其衍生物聚合而成的犬分子物质。微生物胞外多糖是指微生物在 生长代谢活动中分泌到细胞壤外的多塘或多塘混合物，它f f j 或依附于微生物细胞擘形成英 膜，称为荚膜多糖( c a p s u l a rp o i y s a c c h 撕d 鹳，c p s ) ：或进入培养基或环境形成粘液，称为 粘液多糖( s l i m ep o l y s a c c h a r i d e s ，s p s ) ，它们均是微生物自身适应于环境的产物 ( c o s t e r t o n ，jw 。，1 9 8 4 ) 。胞外多糖是相对于胞孽多糖和胞内多糖而言的，胞罐多糖 和胞内多糖的组成及结构比较恒定，而胞外多糖的组成雨l 结构变异人，性能各异，特别是粘 液多糖，易与曲体分离冈而很多具有j ：业麻h j 价值( 尹光琳。1 1 i 立克等，1 9 9 2 ) 。 1 2 2 多糖的分类 多糖按来源可分为植物多糖、动物多糖和微生物多糖二人类( 张惟杰，1 9 9 4 ：吴尔儒， 1 9 8 7 ) 根据多糖存在丁：微生物细胞的分泌部位，微生物多耱分为胞外多糖，胞擘多耱和胞 内多糖。 微生物胞外多糖则可根据多糖分子结构的组成不同分为同型多糖( h o m o p o l y s a c c h a r i d e ) 和异型多塘( h c = t e r o p o l y s a c c h a r i d e ) 。同型多糖是指由一种糖基单体合成的多搪，或有时与 非糖取代基共同组成聚合物，如葡聚糖、硬结葡聚糖( s c t c r o g l u c a n ) 、凝乳糖，纤维素( c e l l u l o s e j 及茁霉多糖等；异型多糖是指由不同单糖( 一般2 - 4 种) 构成的多糖。如黄原胶、结凝胶、 鼠李胶，沃仑胶及透明质酸等。异型多糖一股又分为中性杂多糖，酸性杂多糖和含氨基杂多 糖二类。酸性杂多糖为多聚阴离子多糖，通常含有糖酶酸残基以及含有甲酸、乙酸、丙酮酸、 丙_ 二酸、j 一酸筲酰化残墓，微生物胞外多糖都属丁j 这类多糖( 尹光琳。【立克等，1 9 9 2 ； s u t h e t l a n d ，iw ，1 9 9 0 ) 。 1 2 3 多糖的生理功能 蛋白质，核酸利多糖是最重要的三种生物大分子。蛋白质和核酸在生命现象中的重要 性广为人知，但不断积累的证据表明，糖及其缀合物在生命活动中有着极其重要的生物功能。 许多高层次的奥妙的生命现象如受精、发育、分化、神经传导、免疫调节、抗肿瘤、抗辐射 等只有糖及其缀合物的参与才能发生多( 寡) 糖的结构常冈单糖的种类，构型，连接方式、 羟基取代( 如被氯基、硫酸基、磷酸基、酰基取代) 情况等的不同而差异很大。这使多( 寡) 糖也成为极具魅力的信息载体，在信息传递、分子识别及生物机能调节等方面起重要作用( 吴 东儒，1 9 8 7 ) 。 p c t t i t t 论述了黄原胶在大自然中存在的意义：。一些产胞外多糖或粘稠荚膜的微生物广 泛分布于人地和海洋，这些多糖通常是复杂的，有不同成分币l 结构并且特征各异，在生物 作用上也不尽相同。黄原胶是其曲体生存的保障它的发生和发展经历了数自万年的进化 过程，才发展剑了今日黄原胶人分子的结构和它的种种独特的理化性质尤其住流变学上更 是1 f 同一般，这些性质使得曲体具有对抗热、化学物质和其它生物侵害的能力”( 里景伟 2 释 贵州大学硕十学位论文 一株多糖高产曲株的研究与麻用 1 9 9 5 ) c o s t e r t e n ( c r e s c e n z i ，v ，1 9 9 5 ) 指出了细菌胞外多糖在自然界存在的意义及其 在致病性方面所扮演的角色。综合起来微生物胞外多糖大致有以下几方面的作用，见表i - i 。 表i i微生物胞外多糖的生理功能 ：! 些! ! ! ：! ! ! z ! ! ! ! ! g ! ! ! ! 竺! ! ! ! ! ! ! ：! 竺! ! 竺! ! ! ! 主要作i j 表现形式 1 3 食品工业中几种重要的微生物多糖 多糖是许多加工食品中的关键成分，主要用作增稠剂、悬浮荆或胶凝剂。这些多塘主要 取自高等植物、海藻及大型真菌。近年来由于细菌发酵多糖具有结构与功能稳定、价格便 宜和用鼍低等优点而日益受到人们的广泛关注。表l - 2 给出了在食品工业中应用的几种重要 的微生物多耱( s u t h e t l a n d ，lw 。1 9 9 0 ：里景伟，1 9 9 5 ；钟颜麟，2 0 0 0 ) 。 表i - 2食品i ：业中重要的微生物多糖 t a b l e i - 2 i m p o r t a n tm i c r o b i a lp o l y s a c c h a r i d e si nf o o di n d u s t 叫 微生物多糖多糖产生曲 黄原胶( x a n t h a n ) 结冷胶( g e l l a ng u m ) 凝结多塘( c u r d l a n ) 半乳葡聚糖 ( g a l a e t o g l u c a n s ) 野油菜黄单胞曲( x a n t h o m o n a sc a m p e s t r i s ) 产碱杆曲属( a l c a l i g e n e s ) 和十壤秆曲属( a g r o b a c t e r i u m ) 粪产减产粘变种( a c a l i g e n e s f a e c a l i sv m m y x o g e n e s ) 、放射形七壤杆菌 属( a g r o b a c t e r i u mr a d i o b a c t e r ) 、二时。草根瘤菌( r h z i o b i u mg l u t i n i s ) 主要有土壤杆曲属、根瘤i 窗属和产碱杆曲属等。此外还发现假胞曲属 ( p s e u d o m o n a s ) 等也能分泌半乳葡聚糖 3 - 贵州大学硕士学位论文一株多糖高产菌株的研究与席用 醋酸杆菌属( a c 埘o b a c t e r s p ) 、土壤杆曲属，假单胞杆卤属，无色杆 细紫要蓦蒙竺h。romacte。rsp)?湍品焉=。r。o。b础actersp)，,-r- - r ( b 8 。把r i 。8 l ”l l ”i o 辩) 和动胶曲属( z o o g l o c as p ) 等属中的某些种( 马霞，于瑞明等，2 0 0 2 ； 【比】e ，j 旺达姆s d e 贝特斯a 撕泰冈比歇尔曹，2 0 0 4 ) 。 1 3 1 结冷胶 虽然目前已开发的微生物多糖种类很多，但迄今为止允许广泛川做食品添加荆的微生 物多糖只有黄原胶和结冷胶( d o n a l de 1 9 9 3 ) 。除美国外，还有其他十几个国家批准其用 作食品添加剂。我国于1 9 9 6 年批准其在各类食品中作为食品增稠荆和稳定剂使 ( g b 2 0 0 0 0 ，i n s 4 1 8 ) ( 刘志皋，1 9 9 6 ) 。 天然结冷胶为阴离子型线性多糖，具有平行的双螺旋结构。每一基本单元是由b l ， m 葡萄糖，b 一1 ，4 _ 阻葡萄糖酸和p 1 ，如l _ 鼠李糖按摩尔比2 ：l ：i 组成( 图1 2 ) 。 这些单体形成线形四糖聚体单位并含有甘油酰基和乙酰基相对分子质晕为5 1 0 5 道尔 顿( 卓训文，梁兰兰2 0 0 1 ：詹晓北，朱莉锋，1 9 9 6 ) 。 圈卜2结冷胶的结构 f i g l - 2 t h es t r u c t u r eo f g e l l a ng u m 1 3 2 黄原胶 黄原股的研究与麻，【i j 是微生物胞外多糖开发的一个里稃碑。首次记载有天黄原胶及其 生产曲是在1 8 8 3 年，w a k k e r 描述了该曲的凶体甲现黄色粑稠状，细胞为杆状。1 9 9 3 年d o w s o n 将之定为黄单胞曲属( x a n t h o m o n a s ) ，全球有2 0 0 余种农作物病害的病原曲属丁这个属。 j e a n e s 等( 里景伟，1 9 9 5 ) 在1 9 6 1 年发现了黄原胶，生产函株是野油菜黄单胞曲n r r l b 一1 4 5 9 ( 妇l 胁d m c a m p e s t r i s ) 。黄单胞卤属的另外两个种x a n t h o m o n a s p h a s e o i l 和x a n t h o t l l o t l a s j u g l a n d i s ，也能分泌黄原胶。1 9 6 1 年k e l e o 公司首批半工业化生产出黄原胶产品，商晶名 k e l z e n 。 黄原胶是一种重复单位组成的高分子多糖q 比】e j 旺达姆s d c 贝特斯a 撕泰因比歇 尔等，2 0 0 4 ) 。如图i 一3 。黄原胶中所存在的单糖为d _ 葡萄糖、d 甘露糖和d - 葡萄糖酵酸。 葡萄糖以p i ，4 一键连接，形成葡聚糖纤维素骨架。间隔的葡萄糖基有一短的支链，这条支 链是由1 个葡萄糖醛酸插入剑2 个甘露糖单位中所组成的，所以侧链组成为b d 甘露塘( 1 ， 4 ) 一争d 葡萄塘醉酸( i ，2 ) 廿d - 甘露塘。末端甘露糖部分可以在4 位和6 位迮接丙酮酰 4 贵州大学硕十学何论文 一株多糖高产函株的研究与廊用 残基。内部的甘鳝糖单位c 6 位乙酰化。侧链上连接的乙酰基和丙酮酰残基的颦的就化取决 丁黄原胶是从哪一类野油菜黄单胞曲中分离得剑的，丙酮酸的含越变化同样与发酵条什有 关。平均约半数的末端甘嚣耱携带有丙酮酰基，丙酮酰基希f 乙酰基数量和位萱使得原本1 f 常 有规律的结构呈现不规律性。通常丙酮酰基的取代程度在3 0 - 4 0 2 _ 间，而乙酰基的取代 稃度要高得多，高达6 0 - 7 0 有一些重复单位可能缺乏三糖侧链。 图l 一3黄原胶的结构 f i g l 3 t h es t r u c t u r eo f x a n t h a n 1 3 3 凝结多糖 凝结多塘是继黄原肷。鲇冷胶之后义一种新的微生物发酵生产的多糖，已破f d a 推荐 戍_ l j 丁食晶中。这种食揣添加剂由美国t a k e d a 股份有限公司生产，1 9 8 9 年起住日本、韩国、 台湾厂。泛使川( 邱慧霞，赵谍明，1 9 9 8 ) 。凝结多糖义叫热凝胶，热凝多糖，不溶于水，完 全由阻一葡萄塘残基经p 葡萄糖苷键在c i 和c ，联接形成的p l 。3 葡聚糖。相对分子质簧 为4 4 0 0 0 8 0 0 0 0 道尔顿( 图l - 4 ) ，聚合度为4 0 0 5 0 0 ( 姚敏杰，陈玉铭等，1 9 9 5 ；t o k u y a h a r a d a ， a k i r a m i s a k ie t a l ，1 9 6 8 ) 。此后又发现凝结多糖的( 1 3 ) b - d 葡聚糖能专一地被靛蓝染色 ( 邱慧霞。赵