●研究背景
胞外多糖（EPS）是由細(xì)菌、酵母、藻類、真菌等產(chǎn)生的多糖，目前已證實(shí)多種益生菌可產(chǎn)生EPS。源自益生菌的EPS在食品、制藥、廢水處理和紡織行業(yè)具有多種應(yīng)用潛力，但對(duì)其具體的結(jié)構(gòu)、功能的研究卻較少。近日，伊朗研究人員Hadi Pourjafara在Critical Reviews in Food Science and Nutrition期刊發(fā)表相關(guān)綜述論文，旨在全面討論源自益生菌EPS的提取，純化，結(jié)構(gòu)，分類，功能益處，以及在食品工業(yè)中的安全性，毒理學(xué)和潛在應(yīng)用。
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成果介紹
1. 益生菌EPS的結(jié)構(gòu)和分類
EPS由連續(xù)的寡糖單元組成，寡糖單元主要是半乳糖、葡萄糖、果糖、鼠李糖、阿拉伯糖、木糖和甘露糖等。益生菌微生物可以產(chǎn)生多種不同結(jié)構(gòu)的EPS。益生菌來(lái)源的EPS的性質(zhì)主要與菌株、培養(yǎng)基成分和環(huán)境條件有關(guān)。源自益生菌的EPS分為兩種：同多糖(HoPS)和雜多糖(HePS)。由于單體成分和鍵合位置的不同，HoPS可分α-d-葡聚糖、β-d-葡聚糖、聚半乳糖和果聚糖。d-半乳糖、d-葡萄糖、l-鼠李糖、N-乙酰葡糖胺或葡萄糖醛酸是HePS的重復(fù)單元。同時(shí)，HoPS 和 HePS 在合成酶和合成位置方面也不同。通過(guò)益生菌微生物合成EPS可發(fā)生在胞內(nèi)和胞外。HoPS在整個(gè)聚合過(guò)程中通過(guò)細(xì)胞外果糖基轉(zhuǎn)移酶和糖基轉(zhuǎn)移酶進(jìn)行插入，糖殘留物被切割成單體并通過(guò)糖基轉(zhuǎn)移酶在細(xì)胞外積累成聚合物；而HePS的合成依賴于Wzx/Wzy途徑，其中除了聚合之外，其他過(guò)程都發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)。來(lái)自益生菌的EPS的數(shù)量和類型取決于多種因素，包括益生菌種類、培養(yǎng)基的類型、影響益生菌在環(huán)境中生長(zhǎng)和活性的內(nèi)部因素等。
圖1. 益生菌EPS的分類
2. 益生菌EPS的提取純化
在傳統(tǒng)發(fā)酵食品中有諸多益生菌可產(chǎn)生EPS，從這些食物中分離出的益生菌產(chǎn)生的EPS也具有顯著優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有良好的功能特性。目前研究人員也在著力尋找具有優(yōu)良抗性的新型菌株去分離提取EPS。
對(duì)EPS的生產(chǎn)而言，主要包括分離益生菌，初始培養(yǎng)，對(duì)其改良和接種，去除不需要的化合物，最后提取和純化多糖。目前已經(jīng)研究出多種用于益生菌EPS 的生產(chǎn)、分離和純化的方法。對(duì)于EPS的分離和回收，通常使用液體培養(yǎng)基，之后初步離心從培養(yǎng)基中分離益生菌并使用三氯乙酸或蛋白酶等試劑沉淀去除蛋白質(zhì)。隨后，將EPS溶解在蒸餾水中，對(duì)進(jìn)行透析以去除低分子量碳水化合物。最后，將純化的EPS冷凍干燥保存。此外，也可以進(jìn)行更多的純化階段，例如使用離子交換色譜柱進(jìn)一步純化分離。
圖2. 從益生菌中提取和純化EPS的步驟
3. 益生菌EPS的分析、表征、活性測(cè)定
目前，研究人員使用氣相色譜、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用、薄層色譜和高效液相色譜確定EPS的單糖組成及連接方式；用FT-IR光譜法和核磁共振法測(cè)定EPS的分子結(jié)構(gòu)；通過(guò)TEM和X射線衍射圖顯示EPS的微觀形態(tài)；通過(guò)測(cè)試其Zeta 電位、粒度及流變特性來(lái)提高其在食品中的應(yīng)用。研究表明，從植物乳桿菌C88中分離出來(lái)的EPS具有抗氧化活性，通常測(cè)定其清除羥基和DPPH自由基的能力。其次，部分EPS具有抗病原微生物活性，通過(guò)圓盤擴(kuò)散試或測(cè)量最低抑菌濃度來(lái)反映。
4. 益生菌EPS的功能益處
益生菌EPS具有多種功能特性：（1）抗氧化活性，部分EPS能夠在高溫下保持其抗氧化活性，對(duì)于其在食品工業(yè)的應(yīng)用至關(guān)重要；（2）抗菌活性，其抗菌機(jī)制為阻斷負(fù)責(zé)細(xì)胞壁肽聚糖生物合成的酶或通過(guò)阻斷糖攝取系統(tǒng)來(lái)阻止?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的攝取，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡；（3）抗炎活性，研究表明攝入EPS可增加具有抗炎特性的短鏈脂肪酸濃度；（4）免疫調(diào)節(jié)活性，EPS 通過(guò)不同的機(jī)制調(diào)節(jié)先天性和適應(yīng)性宿主免疫，包括促進(jìn)T和B淋巴細(xì)胞的增殖并激活免疫細(xì)胞；（5）抗癌活性，據(jù)報(bào)道，海洋來(lái)源益生菌戊糖片球菌M41的EPS-M4可抑制Caco-2和 MCF-7腫瘤細(xì)胞的增殖；（6）降膽固醇和抗糖尿病活性，研究表明，源自副干酪乳桿菌M7的EPS在體外將膽固醇水平降低至70.78%；（7）抗菌膜活性；據(jù)報(bào)道，從嗜酸乳桿菌A4菌株中提取的EPS對(duì)大腸桿菌、沙門氏菌、銅綠假單胞菌蠟狀芽孢桿菌等具有抗性；（8）抗?jié)冏饔?；?）抗毒素活性。
5. 益生菌EPS安全性及在食品工業(yè)中的應(yīng)用
益生菌EPS作為食品級(jí)生物改良劑和添加劑的替代品，在農(nóng)業(yè)食品中有著廣闊的應(yīng)用前景。在乳制品行業(yè)，EPS因其穩(wěn)定、乳化或凝膠特性而被用作生物增稠劑；添加EPS可增強(qiáng)烘焙產(chǎn)品的質(zhì)地、可加工性、粘彈性、冷凍儲(chǔ)存期間的穩(wěn)定性和保質(zhì)期；EPS具有成膜屬性，可用于制造功能性可食用包裝和涂層。盡管現(xiàn)有證據(jù)表明EPS具有多種功效，但需確保其安全性和毒理性。據(jù)報(bào)道，益生菌培養(yǎng)中可能產(chǎn)生有害代謝物，例如生物胺、偶氮還原酶、硝基還原酶等物質(zhì)。因此，未來(lái)需要對(duì)EPS的體外、體內(nèi)安全性進(jìn)行全方位評(píng)估。
圖3. 益生菌EPS在農(nóng)業(yè)食品領(lǐng)域的應(yīng)用
● 結(jié)論和展望
現(xiàn)研究表明，源自益生菌的EPS在促進(jìn)健康以及工業(yè)應(yīng)用方面具有多種優(yōu)勢(shì)。大量研究還證實(shí)了益生菌EPS的免疫調(diào)節(jié)、抗病原體、抗氧化、抗炎、抗生物膜等活性。然而，大多數(shù)研究都基于體外進(jìn)行，有必要進(jìn)行體內(nèi)研究以證明這些化合物對(duì)人體的健康影響。同時(shí)，EPS的商業(yè)化產(chǎn)量比較低，未來(lái)需要進(jìn)一步研究提高EPS的產(chǎn)量，以促進(jìn)其在食品、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
Functional and health-promoting properties of probiotics’ exopolysaccharides; isolation, characterization, and applications in the food industry
文章鏈接：https://doi.org/10.1080/10408398.2022.2047883
來(lái)源：食品加 智食科技
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