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酵母细胞壁多糖的研究进展 摘 要:随着科学技术的发展,多糖的活性功能已经被人们所认识。而酵母细胞壁多糖作为多糖中的一种,其研究也在不断深入。酵母细胞壁多糖具有许多活性功能,如能吸附病原菌,增强细胞免疫力,提高巨噬细胞活性,抗辐射,抗病毒,提高抗癌功能等。目前,酵母细胞壁多糖的提取方法主要是碱法、高压均质破壁法,酶法。在食品工业中,酵母细胞壁多糖能充当乳化剂、增稠剂、低热食品原料等角色。但由于提取技术的限制,其主要还是作为添加剂常见于饲料中。为了更好的利用酵母细胞壁多糖的功能价值,更充分的为人类健康服务,本文对酵母菌细胞壁多糖物质的活性功能,提取方法及其在食品中的应用进行了综述。关键词:酵母细胞壁多糖;活性功能;提取;应用;病原菌Research progress on yeast cellwallpolysaccharidesAbstract:W ith the development of science technology, the active functions of polysaccharides were gradually recog-nized. Yeast cellwall polysaccharidewas gainedmuch attention recently. It could adsorb pathogenic bacteria, enhancecellular immunity and cytoactive ofmacrophage. It also has the ability of ant-i radiation, ant-i virus, and ant-i cancer.Threeways of extraction of yeast cellwallpolysaccharidewere alkaline process, homogenizedwith high pressure, enzy-maticmethod. In the food industry, yeast cellwallpolysaccharidewas used as the emulsifier, thickener and low caloriefood ingredient. For extraction technique limitation, itonlywidely used as an additive in animal feed industry. The ac-tive functions and the extractionmethods of yeast cellwall polysaccharideswere summarized. Meanwhile, the applica-tion of yeast cellwall polysaccharide in the food industrywas also been introduced.Key words:yeast cel-lwal-l polysaccharide; active function; abstraction application生物多糖分布广泛,且具有许多功能活性。目前已应用到饲料、食品、化妆品等行业。其中,酵母细胞壁多糖因其多样的保健作用而越来越受到人们的关注,应用前景十分看好。酵母多糖具有广泛的应用价值。1 酵母细胞壁的结构酵母细胞壁厚约25nm,约占细胞干重的25%,是一种坚韧的结构。其化学组分较特殊,类似于三明治)外层为甘露聚糖,内层为葡聚糖。它们都是复杂的分枝状聚合物,其间夹有一层蛋白质分子。这些蛋白质有些是以与细胞壁结合的酶的形式存在,如葡聚糖酶、甘聚糖酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和脂酶。细胞壁上还有少量类脂和几丁质1。酵母多糖占到酵母细胞壁干重的40%2。收稿日期: 2008-09-23作者简介:赵季(1984-),女,硕士研究生,研究方向:食品发酵与酶工程。专论综述 83 某些酵母多糖主要成分为大分子的甘露聚糖3, 4,具有免疫和抗肿瘤的作用5。周义发等6研究表明啤酒酵母多糖主要由A-D-甘露糖组成,分子量为220kD。酵母细胞壁中存在B- (1y6)分枝的碱不溶性B- (1y3)葡聚糖、B- (1y6)分枝的碱溶性B- (1y3) -D-葡聚糖、中间插有B-(1y3)键的无定性的酸溶性B- (1y6) -D-葡聚糖等。其中B- (1y3) -D-葡聚糖占绝大多数7。2 酵母细胞壁多糖的功能活性211 吸附病原菌作用酵母细胞壁多糖能吸附病原菌的主要机理是:甘露聚糖能干扰肠道病原菌的定殖,从而降低动物肠道病原微生物数量如沙门氏菌和大肠杆菌的数量。肠道中的病原菌(大肠杆菌、沙门氏菌、梭状芽孢杆菌等)细胞表面或绒毛上具有一种蛋白质物质(类丁质结构),通过识别动物肠壁细胞上的特异性,而与之糖类结合,在肠壁上定殖生长,引起肠道疾病的发生。酵母细胞壁所含的甘露聚糖与病原菌在肠壁上的受体非常相似,并与类丁质(Lectin)有很强的结合能力。因此,甘露聚糖可竞争性地与病原菌结合。酵母细胞壁物质具有耐酸解的特征,可以完好地通过消化道而不受胃酸、消化酶等的破坏降解,所以能携带病原菌通过肠道排出到体外,由此而有效地减少了肠道疾病的发生。酵母细胞壁对霉菌毒素也有很强吸附作用,能有效抵抗其毒性8。研究还发现,若对甘露聚糖进行一定的修饰,其结合黄曲霉毒素、玉米赤霉菌毒素等霉菌毒素的能力将会进一步提高。因此,酵母细胞壁中的甘露聚糖被人们称作新型吸附剂,具有广泛的应用价值。212 抗肿瘤作用有观点认为,酵母细胞壁中的多糖物质有抗肿瘤的作用是因为它能刺激体内网状内皮系统产生大量的巨噬细胞。邵伟9等人通过实验认为啤酒酵母多糖呈现的抗肿瘤作用,可能与酵母多糖活化机体巨噬细胞有直接关系。因为,酵母多糖在同瘤细胞混合接种给小鼠时,表现出强烈的抗肿瘤效果,可是当加入巨噬细胞封阻剂)硅粉后抑瘤作用显著下降,乃至于消失。这一情况说明,啤酒酵母多糖是巨噬细胞的激活剂,它的抗肿瘤活性是通过机体巨噬细胞来实现的。巨噬细胞杀伤瘤细胞需经激活过程,受激活巨噬细胞通过吞噬作用或细胞毒作用攻击瘤细胞。瘤细胞被吞噬后,被巨噬细胞释放的溶酶体酶破坏或者是巨噬细胞释放毒性因子杀伤与之接种的瘤细胞。另外,实验还发现啤酒酵母多糖抗肿瘤谱有一定范围。啤酒酵母多糖的抗肿瘤活性与应用剂量有直接关系,可能存在有最适剂量的问题。213 减轻辐射损伤Ross10曾报道酵母聚糖能减轻受照动物的辐射损伤。黄汝多,李振华11等人对酵母甘露聚糖对812Gy60CoC-射线辐照小鼠的辐射防护作用进行研究,发现鼠的存活率、成活天数、40天体重的动态变化,外同血WBC、RBC及PLT及脾指数等的数值差异上,均显示出酵母甘露聚糖对60CoC-射线辐射损伤有保护作用。通过这些研究,甘露聚糖溶液研制成为辐射损伤保护辅助药物有了实验依据。甘露聚糖制剂的生产也有了重要参数。214 抗病毒作用李凡12等人研究发现酵母多糖具有明显的抗脊髓灰质炎病毒型、埃可病毒6型、柯萨奇病毒A16, B3,新型肠道病毒71型、水泡性口炎病毒、腺病毒型、单纯疱疹病毒,型的活性。其作用机制是:酵母多糖不仅有能接灭活作用,而且对细胞内外的病毒都有抑制作用。215 激发、增进免疫功能许多学者已经证实,酵母多糖无毒无诱变性,能明显增强免疫作用。酵母细胞壁含有大量的B- (1y3)D葡聚糖和甘露聚糖,对细菌、真菌和病毒引起的疾病以及运输、转群、接种、气候等引起的应激反应产生非特异性免疫力13。卢建军14研究发现,甘露聚糖具有激活免疫系统应答的作用。通过体内试验表明,甘露寡糖能够激活特异性和非特异性免疫应答。EMa Paulovicova15对酵母甘露聚糖免疫活性进行研究发现甘露聚糖对小鼠抗原为阴性,注射后能显著增加小鼠IgG和IgM血清抗体。张洁16等人发现酵母多糖能显著增强增红细胞免 专论综述84 疫黏附能力。梁忠岩17等人对经修饰的酵母甘露聚糖进行研究发现,硫酸酯化处理后的酵母甘露聚糖的抗炎功能显著提高。高仕瑛18等人研究表明酵母多糖被脂质体包封后,其免疫增强作用表现突出,免疫功能强烈被激活。3 酵母细胞壁多糖提取分离方法311 碱法破酵母细胞壁提取酵母多糖取3份洗涤干净的湿酵母泥,按1B4的比例各自加入011、012、015 mol/L的NaOH,然后分别于恒温水浴中(100e),不断搅拌, 1h后离心并保留上清液。将沉淀按1B115的比例各自加入上述3种浓度的NaOH后,于同样条件处理后离心,保留上清液,弃沉淀。将2次上清液合并,得3种提取液。用适量浓度的盐酸分别调节提取液pH至7,使其呈中性。然后重复采用Sevage法去除多糖提取液中的蛋白,采用Bradford法测定提取液中的蛋白含量,直至蛋白含量恒定为止。将提取液按正丁醇B氯仿B提取液为1B5B25的比例分别加入后,剧烈振摇20min,离心,弃沉淀19。周义发20等人取酵母按其干重配成5%的稀碱(011% NaOH)悬浊液。室温搅拌提取1h,6mol/LHCl调至中性,迅速升温到90e,搅拌10min,再迅速降温到10e以下,静止过夜。离心,用6mol/L HCl将上清液调至中性,乙醇醇析得粗多糖。将粗多糖配成2%的水溶液,经费林试剂和乙醇分级(醇的最终浓度为50% ),Sevag法脱蛋白得甘露聚糖。312 高压均质法破酵母细胞壁提取酵母多糖将啤酒酵母培养至对数生长期, 4000r/min离心20min,所得沉淀用pH为712的0102mol/L的柠檬酸缓冲液洗涤并形成悬浮液。将悬浮液放入手提式高压灭菌器中高压(1kg蒸汽压,125e)抽提90min后取出,放冷后再次于4000r/min离心20min。冷至4e,加入3倍体积的4e甲醇,出现乳白色沉淀。4e放置过夜后3000r/min离心20min,得白色沉淀,于干燥器中干燥。重复采用溴代十六烷三甲铵(Sevag法)去除提取物中的游离蛋白,直到蛋白含量恒定为止。再用pH为818的1%硼酸溶液提取多糖,沉淀于2%的乙酸溶液中,加入适量乙酸晶体,待充分溶解后,加入3倍体积的乙醇, 3000r/min离心20min,收集白色多糖沉淀,干燥后于4e备用21。313 酶法提取酵母细胞壁中的甘露聚糖孙玉香22等人采用酶法提纯甘露聚糖,其工艺流程为:啤酒酵母y预处理y均质破壁y酵母悬浮液y自溶y离心分离y沉淀(细胞壁)y酶解y离心分离y上清液y真空浓缩y粗甘露糖蛋白。4 酵母多糖在食品中的应用食品工业中常见的酵母菌在一定条件下可发酵产生具有生物活性的胞壁多糖,这些多糖物质在食品中具有相当的应用价值。411 酵母多糖增稠剂用热水溶解得到的溶液,其黏度冷却后要比用冷水为高,胶浓度5%以上,黏度随浓度增加而大幅度上升,但黏度值受温度及酸度的影响。酵母多糖与洋槐豆胶有协同作用,与CMC混用也能增加黏度,此外酵母多糖有较好的冷冻/融化稳定性, 8%的酵母多糖溶液经加热至95e冷却后能形成凝胶23。412 乳化剂DaviarCameron24研究指出:由于共价结合到蛋白质骨架上的甘露糖的存在使酵母细胞壁的甘露糖蛋白具有与表面活性剂和许多乳化剂相同的亲水亲油性结构。另外,葡聚糖也有较好的油水乳化稳定性25。所以酵母细胞壁可以充当乳化剂的角色。据报道26在油-水系统中加入酵母胞壁多糖,经搅拌后,能形成非常细腻如同奶酪质地的、稳定性好的乳状物。413 低热、防龋齿食品原料葡聚糖属于低热量的食品原料,不易被人体消化吸收,因此可代替高热量糖类物质加入到食品中,能有效降低血糖量的增加,预防糖尿病,及控制肥胖症。葡聚糖在口腔内,不能被产生龋齿的细菌分解、产酸,而腐蚀牙齿,因此还可达到防治龋齿的作用。酵母胞壁多糖目前还多局限在饲料中的应用,其原因是酵母多糖的提取技术限制了其在食品、药品方面的应用。人们现在普遍采用的提取专论综述 85 方法是是酸碱法,这种方法会破坏酵母多糖的活性功能,而且大规模生产容易造成环境污染,使其应用价值大打折扣。如何解决好这一关键性问题成为我们今后需努力的方向之一。参考文献:1周德庆.微生物学教程M.高等教育出版社, 1991, 512 Ballou L, Cohen R E, Ballou C E.Saccharomyces cerevisiaemu-tants thatmakemannoproteinswith a truncated carbohydrate outerchain. 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