胞外多糖

胞外多糖(EPS extracellular polysaccharide)早在50年代人们就认为胞外多糖可能是青枯菌的致病因子，随后围绕青枯菌胞外多糖的病理学意义进行了大量研究。

H u sain和Kelman比较了青枯菌自发无毒突变株和野生型菌株的特点，发现自发无毒突变株不产生胞外多糖，致病力丧失，因此认为胞外多糖在致病过程中可能具有重要作用l 5l。

青枯菌的胞外多糖是由多种化学物质组成的复合物，其中主要的组成成分是氮乙酞半乳糖醛酰胺。

研究发现，不同青枯菌小种的胞外多糖的组分有所不同，同一小种也存在不同类型的胞外多糖。

一些研究显示，一个称为EPS I的胞外多糖，可能与Ralstonia solanacearum的致病性最为相关I6J EPS I合成的特异突变研究显示，即使直接注入大量的突变菌细胞进入植物茎组织，与非突变菌比较，其植株的萎蔫和死亡程度也很低。

通过土壤接种试验也显示，尽管突变菌在维管组织中繁殖，但植株的发病很轻。

近年来的研究发现，胞外多糖的合成受l6 kI1的eps操纵子调控，涉及l0个调控基因产物和3个不同的调控信号，这种严谨的调控也从另一个角度说明EPS I对病原菌本身的重要性以及在病原菌对植物的致病性中的重要作用『青枯假单胞菌(pseudomonassolanacearu‘)或称青枯菌引起许多重要经济作物如烟草、花生、番茄等植物的萎焉病。

主要通过土壤传染病害，它的寄主范围很广泛，有33科100多个种，危害茄科植物为最多“。

青枯菌毒力株能产生胞外多糖，用特殊固体培养基培养时形成两种菌落形态即易变的和固定的，前者产生胞外多糖有毒力，后者很少产生这种多糖。

为此，日本科学工作者研究了这种胞外多糖的组成以及它与致病性的关系。

发现这种多糖是一种混合物一主要由N一乙酸半乳糖胺(2一氨基2半乳糖)和少量鼠李糖、葡萄糖以及某些简单肤所组成。

事实上，这是同型一N一乙酞半乳糖胺葡聚糖的一个例证。

其化学性质还不清楚，但认为这种胞外多糖与毒力有关系‘，这是因为它阻滞寄主植物维管束组织，导致水分输导的困难。

另一些科学工作者研究了青枯菌致病性的分子遗传学，发现这类菌中一些菌株存在着大质体“)、“，并认为青枯菌的致病性可能与质体有关4)，也就是说，致病基因在质体上，但在培养过程中致病性(如番茄青枯菌)容易丧失;另外，分离这种质体也是不容易的，一则它本身在细胞内的数量太少，二则由于质体太大，难以与染色体分开4)。

最近，中国农业科学院分子生物研究室除了从寄主青枯菌获得大质体(Mw为60一120x10“d。

)外，还获得小质体(Mw为5x10“d。

)5’，他们检测了中国的14种寄主植物的51个野生型青枯菌内生质体，并对其中20个野生型(毒力株)和20个突变型(非毒力株)进行了比较研究，发现①其中14株野生型和10株突变型菌株均含分子量大小相同的有1一2个质粒;②其中有些菌株(野生型或突变型)不存在质粒;③其中一些野生型毒力株不含质粒，而其衍生突变型无毒力株则出现质粒。

第①和第②种情况表明，致病性与质粒没有必然联系，但第③种情况，致病性的丧失伴随着大质粒的出现，看来，质粒的形成与致病性无关系，这种现象不排除致病基因是从染色体上跃跳的结果。

用作食品添加剂。

2.1 结冷胶的结构与特性结冷胶是在有氧条件下由伊乐假单胞菌产生的,后确认为少动鞘脂单胞菌。

结冷胶是组成与结构类似的8种微生物多糖中的一种。

这8种微生物多糖为:结冷胶、沃仑胶、鼠李胶、S657、S88、S198、NW11、PSP4,它们具有相同的主链结构,所不同的是它们的侧链基团的数目和位置以及含有或不含有乙酰基。

天然结冷胶含有46%葡萄糖、30%鼠李糖、21%葡萄糖醛酸、3%乙酸酯和L-甘油酸酯基团,第一个葡萄糖残基的C2处被L-甘油酸酯化,C6处被乙酸酯化。

结冷胶类多糖在水溶液中的物理性质差别很大。

它们的水溶液都具有高粘性和高热稳定性,在水溶液中结冷胶形成高粘性或弱的凝胶,但经碱脱乙酰基处理后在不同阳离子的情况下,可形成硬而脆的凝胶。

结冷胶可形成热可逆凝胶,类似于琼脂和明胶,也能形成盐诱导的凝胶,类似海藻胶和卡拉胶,这些性质是结冷胶的应用具有多样性。

结冷胶多糖链平行排列成半交错的互相缠绕的双螺旋结构,每个多糖链形成一个左手三叠螺旋(lefthanded threefold helix ),两条螺旋通过氢键相互作用来稳定,与结冷胶类似,大多数结冷胶类多糖均为半交错的双螺旋构型。

其他结冷胶类多糖不能形成凝胶,即使含有乙酰基的胞外多糖脱去乙酰基后也不能形成凝胶,但它们的水溶液与黄原胶比较,表现出明显的低剪切率和良好的热稳定性。

结冷胶类多糖中的每一种多糖,其固有的粘性(随着离子强度不同而变化)依赖于它们的结构和是否存在乙酰基。

结冷胶形成凝胶以及其强度和稳定性依赖于溶液中阳离子类型和浓度、乙酰化程度不同而异。

2.2 结冷胶的应用近几十年来,由于微生物胞外多糖(EPS)在产品结构、性能及生产方面所具有的特别优势而得到大力研究和开发,有逐步替代食品、医药等工业传统上使用的高等植物和海藻胶的趋势。

微生物胞外多糖结冷胶是具有重要商业价值的多糖。

它以两种商品形式出售,即低乙酰基(LA)结冷胶及高乙酰基(HA)结冷胶。

低乙酰基结冷胶能形成坚固而脆的凝胶。

相反,高乙酰基结冷胶形成软的有弹性的凝胶。

通过将上述两种形式结冷胶混合有可能生产各种新型的具有多种应用价值的结冷胶产品。

2.2.1 结冷胶在食品和医药中的应用结冷胶有藻酸盐胶和Gelrite两种类型,藻酸盐胶是惟一的食品级结冷胶,通过增加离子浓度和提高温度结冷胶能得到热可逆性胶,一般的胞外多糖胶不均匀且不透明,不适合应用于食品工业中。

而结冷胶的优点是在金属离子存在时也可形成透明胶体,所以它可以应用于食品工业,结冷胶的主要作用是作为凝胶剂、增稠基、悬浮剂和成膜剂,在食品工业中,结冷胶不仅仅是作为一种胶凝剂,更重要的是它可提供优良的质地和口感。

结冷胶具有良好的风味释放性和在较宽pH范围内稳定的特性。

它可用于改进食品组织结构、液体营养品的物理稳定性、食品烹调和贮藏中的持水能力。

结冷胶与其他食品胶有良好的配伍性,以增进其稳定性或改变药物的缓慢释放。

2.2.2 结冷胶替代琼脂结冷胶形成的凝胶表现出明显的热稳定性和高度的透明性。

由于这些特性,使它可以作为琼脂的替代制备生物培养基,特别是可以用于澄清度要求高的培养基,如嗜温微生物的培养基。

以Gelrite(结冷胶商品名)为基础的植物培养基可解决因琼脂的不纯而产生的问题。

2.2.3 结冷胶的其他应用结冷胶在园艺和农业中的使用前景也很广泛,它被认为是植物组织培养的良好培养基,还有其他的应用如用于胶囊、胶片、胶卷、纤维以及个人护理用品;房间除臭剂凝胶可用结冷胶,并且比目前使用的角叉胶、刺槐豆胶等混合胶用量少;结冷胶同淀粉混合可用于造纸工业。

2.3 展望由于结冷胶类胞外多糖具有冷、热条件下形成热可逆凝胶及结构和性质的多样性这些新的特性,因而使其在过去十多年的食品、医药和生物制药工业、电泳、固定化细胞和固定化酶等方面具有重要作用。

结冷胶的低产率、加工步骤的繁琐及高成本损害了微生物生产结冷胶的经济可行性。

人们期待更加经济地利用廉价可再生资源作为原料发酵生产结冷胶。

对于结冷胶类胞外多糖及其他靠发酵生产的胞外多糖,影响发酵的最重要因素是发酵液粘性。

需要进行结冷胶发酵方面的研究来克服因高粘性而引起的物质传输方面的障碍。

同样,改进现有的分离过程或使用新的(下转第42页)28 生物技术通报Biotechnology Bulletin 2006年第2期工过程的成品率,减少产品断碎干裂,改善口感。

它还广泛用于罐头、火腿肠、饼干、点心和肉制品等产品中。

1.2.2 黄原胶在石油工业中的应用黄原胶另一个大的应用市场是石油工业。

目前我国油田用化学品主要是聚丙烯酰胺、CMC、变性淀粉等。

黄原胶在增黏、增稠、抗盐及抗污染能力远比这些聚合物优越。

对加快钻井速度、防止油井坍塌、保护油气田、防止井喷和大幅度提高采油率等方面都有明显的作用。

低浓度的黄原胶水溶液就可以保持水基钻井液的黏液并控制其流变性能,因而在高速转动的钻头部位黏度极小,大大节约了动力;而在相对静止的钻孔部位却保持高能黏度,起到防止井壁坍塌、便于切削碎石、排出井外等作用。

黄原胶在三次采油中用作调剖剂,具有成胶体系强度高、封堵性好、与地层水配伍性强及热稳定性较强等特点,能保证其在应用过程中的有效性。

还可用于钻井之后的完井和修井、压裂和三次采油。

该产品作为一种理想的添加剂有非常好的发展前景。

1.2.3 黄原胶在纺织工业中的应用黄原胶应用于印染工业,可控制浆的流变性质,防止染料的迁移,使图纹清晰,与印染泥浆中的多数成分可以互溶,而黄原胶自身的洗出特性也卓有成效。

因此,黄原胶广泛地应用于地毯、丝绸等印染行业中。

1.2.4 黄原胶在日用化工方面的应用黄原胶分子中含有大量的亲水基团,是一种良好的表面活性物质,并具有抗氧化、防止皮肤衰老等功效,因此,几乎绝大多数高档化妆品中都将黄原胶作为其主要功能成分。

此外,黄原胶还可作为牙膏的成分实质增稠定型,降低牙齿表面磨损。

1.2.5 黄原胶在医学方面的应用黄原胶是目前国际上炙手可热的微胶囊药物囊材中的功能组分,在控制药物缓释方面发挥重要作用;由于其自身的强亲水性和保水性,还有许多具体医疗操作方面的应用,如可形成致密水膜,从而避免皮肤感染;减轻病人放射治疗后的口渴等。

此外,李信、许雷曾撰文指出,黄原胶本身对小鼠的体液免疫功能具有明显的增强作用[15]。

1.2.6 黄原胶在其他领域中的应用黄原胶在陶瓷、搪瓷、玻璃、印染、香料、胶黏剂和消防等行业中也有广阔的用途。

如使用黄原胶代替黏土作为釉浆悬浮剂和黏结剂,使陶瓷和搪瓷产品的釉面平整、光亮,产品合格率可提高40%,并可降低烧结温度、减少烧成遍数,降低琅粉用量,改善劳动环境。

用黄原胶作原料生产的凝胶泡沫灭火剂,已用于森林灭火。

黄原胶还可用于胶体炸药、水溶性涂料、工业擦亮剂、除锈剂和湿法冶金的增稠剂,药物和化妆品的润滑剂,印染工业的载色剂等。

1.3 黄原胶的生产现状1.3.1 我国黄原胶的生产现状我国自20世纪70年代以来,南开大学、山东食品发酵研究所、山东大学、中国科学院微生物研究所、无锡江南大学、中国农业科学院、郑州工学院等科研单位相继开展了黄原胶的研究和开发工作。

到2001年,全国产量迅猛增加,总产量已超过15万t。

据国家轻工业局规划发展司1999年8月提出的《食品生物工程标志性目标》预测,到2005年,我国食品黄原胶需求量将达到30万t。

而据石油行业专家预测,在石油钻井和三次采油方面需要黄原胶即10万t以上。

由此可见,发展国内黄原胶具有巨大的潜在市场。