应用微生物第一章 第三节 微生物胞外多糖及其应用
微生物学 第三节 微生物独特合成代谢举例PPT课件
细菌萜醇(bactoprenol):又称类脂载体;运载“Park”核 苷 酸 进 入 细 胞 膜 , 连 接 N- 乙 酰 葡 糖 胺 和 甘 氨 酸 五 肽 “桥”,最后将肽聚糖单体送入细胞膜外的细胞壁生长 点处。
结构式:
CH3
CH3
CH3
CH3C=CHCH2(CH2C=CHCH2)9CH2C=CHCH2―OH
功能:除肽聚糖合成外还参与微生物多种细胞外多糖和脂 多糖的生物合成,
如:细菌的磷壁酸、脂多糖,
细菌和真菌的纤维素,
真菌的几丁质和甘露聚糖等。
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第三阶段:
已合成的双糖肽插在细胞膜外的细胞壁生长点中,并交联形 成肽聚糖。
这一阶段分两步:
第一步:是多糖链的伸长——双糖肽先是插入细胞壁生长点 上作为引物的肽聚糖骨架(至少含6~8个肽聚糖单体分子) 中,通过转糖基作用(transglycosylation)使多糖链延伸一 个双糖单位;
ATP ADP
葡萄糖
葡萄糖-6-磷酸
Gln Glu 果糖-6-磷酸
乙酰CoA CoA
葡糖胺-6-磷酸
N-乙酰葡糖胺-葡糖胺-1-磷酸
N-乙酰葡糖胺-UDP
磷酸烯醇式丙酮酸 Pi NADPH NADP
N-乙酰胞壁酸-UDP
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“Park”核苷酸的合成
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第二阶段:
在细胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽与N-乙酰葡萄糖胺合 成肽聚糖单体——双糖肽亚单位。
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一些抗生素能抑制细菌细胞壁的合成,但是它们的作用 位点和作用机制是不同的。
① -内酰胺类抗生素(青霉素、头孢霉素):
是D-丙氨酰-D-丙氨酸的结构类似物,两者相互竞争转肽酶 的活性中心。当转肽酶与青霉素结合后,双糖肽间的肽桥无 法交联,这样的肽聚糖就缺乏应有的强度,结果形成细胞壁 缺损的细胞,在不利的渗透压环境中极易破裂而死亡。 ②杆菌肽: 能与十一异戊烯焦磷酸络合,因此抑制焦磷酸酶的作用,这 样也就阻止了十一异戊烯磷酸糖基载体的再生,从而使细胞 壁(肽聚糖)的合成受阻。
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。
细菌胞外多糖的特性及应用研究
细菌胞外多糖的特性及应用研究李明源;王继莲;魏云林;季秀玲【摘要】不论是在自然或病理条件下,多数细菌均被胞外多糖所包被,胞外多糖对细菌的粘附及在竞争环境中的存活和生长都具有重要作用。
近年来细菌胞外多糖以其独特的生物学活性和广阔的应用前景而备受人们关注。
系统介绍了细菌胞外多糖的结构性质、特性及生理功能,重点阐述了几种多糖的应用现状,并对今后细菌胞外多糖在工业上的发展趋势进行了展望,为深入开发利用多糖功能菌资源,进一步扩展其在工业领域上的应用奠定理论基础。
%The majority of bacteria are packaged by extracellular polysaccharides,which play an important role in their survival and growth,whether in nature or pathological conditions.The unique bioactivities of bacterial expolysaccharides and their application prospects were paid great attention by the concerned people.The structure,physical and chemical characteristics,biological activities of polysaccharides produced by bacterium were introduced in detail in this paper,especially the application of several bacterial expolysaccharides in industry.The future development of bacteria polysaccharides was envisaged.It provides theoretical basis for the further development of functional bacteria and expansion of application of bacterial exopolysaccharides in industrial.【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】6页(P51-56)【关键词】细菌胞外多糖;生物学活性;应用【作者】李明源;王继莲;魏云林;季秀玲【作者单位】喀什师范学院生物与地理科学系叶尔羌绿洲生态与生物资源研究重点实验室,喀什 844006;喀什师范学院生物与地理科学系叶尔羌绿洲生态与生物资源研究重点实验室,喀什 844006;昆明理工大学生命科学与技术学院,昆明650500;昆明理工大学生命科学与技术学院,昆明 650500【正文语种】中文多糖(Polysaccharide,PS)是生物体内普遍存在的一种聚合糖高分子碳水化合物,是维持生命活动正常运转必不可少的重要组成成分。
胞外多糖
由假单胞杆菌发酵产生的胞外多糖,又称结冷胶,在食品工业上可作为增稠剂、稳定剂。
由野油菜黄单胞杆菌发酵产生的胞外多糖,又称黄原胶,是性能优越的生物胶,同样也在食品工业中作为增 稠、稳定剂。谢谢观看特性和用途乳酸菌
其他
1982年日本学者Shio mi等人报道乳酸菌胞外多糖具有抗肿瘤作用。乳酸菌胞外多糖抗肿瘤的机理有以下几 个方面:
1、影响血液供应,鉴于细胞素引起肿瘤细胞组织缺血性坏死; 2、刺激某种器官或组织,分泌一种物质攻击肿瘤细胞; 3、细胞膜接触抑制作用,肿瘤细胞表面具有很强的负电荷,而有些多糖可以结合这些电荷,使细胞表面被 “中和”,从而有利于细胞接受信号终止分裂。 乳酸菌胞外多糖可能由于其作为生命物质前体,具有激活动物免疫功能的作用。其增强免疫力机理有以下几 个方面: 1、促进免疫器官的增重,达到促进非特异性免疫功能的作用; 2、引起迟发型变态反应,促进细胞免疫; 3、提高巨噬细胞清除异物的能力,提高机体的非特异性免疫力; 4、体液免疫功能的促进作用;
基本介绍
胞外多糖(exopolysaccharides, EPS):是一些特殊微生物在生长代谢过程中分泌到细胞壁外、易与菌体分 离、分泌到环境中的水溶性多糖,属于微生物的次级代谢产物。对微生物的生长有重要意义。
胞外多糖主要分为两个类别:由一种单糖构成的同多糖和由两种以上的单糖构成的杂多糖。因为其安全无毒, 理化性质独特,特异性优良而备受人们的。早在19世纪后半期就已确定微生物合成胞外多糖的事实,人们已经测 定胞外多糖组分的菌种达79属168种以上。与其对应的还有胞壁多糖和胞内多糖。
胞外多糖
生物学科术语
目录
01 基本介绍
02 特性和用途
乳酸菌胞外多糖(Exopoly Saccharides,EPS)是乳酸菌在生长代谢过程中分泌到细胞壁外常渗于培养基的 一类糖类化合物,有的依附于微生物细胞壁形成荚膜,称为荚膜多糖;有的进入培养基形成粘液,称为粘液多糖, 它们都是微生物适应环境的产物。近几十年来,由于微生物胞外多糖在产品结构、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,新的微生物胞外多糖的开发已成为工业微生物研究的热点之一。由于乳酸菌是食品 级工业生产菌,与其他菌相比安全性高,所以近年来对乳酸菌胞外多糖的研究逐渐增多。但产量低,菌株稳定性 差,仍是制约其大规模生产的主导因素。各国科学家试图用基因工程的手段构建高产菌株,但仍没成功。乳酸菌 胞外多糖可赋予发酵乳制品特殊的质构和风味,起到安全的食品添加剂的作用,它还有可能成为食品级多糖的一 个良好来源而广泛用于各种食品的增稠、稳定、乳化、胶凝及持水。胞外多糖还具有生物活性如免疫活性、抗肿 瘤和抗溃疡,可应用于医药领域。
微生物胞外多糖研究进展
上常用转筒烘烤 、鼓风干燥 、喷雾干燥和瞬时快干等
方法 ,得到的都是低档的粗制品 ,其中含有大量菌
体 、无机盐 、有机残余物等杂质. 因此产品的水溶性 图 2 小核菌葡聚糖 (Scleroglucan) 的回收工艺流程
差 、色泽深 、流变性也不好 ,应用范围受到限制. 综上所述 ,醇沉淀法现在还是工业中比较常用的提
短梗霉多糖是出芽短梗霉产生的一种胞外多糖 ,又称普鲁蓝. 出芽梗霉是一种多形态真菌 ,其 酵母状细胞可分泌短梗霉多糖. 短梗霉多糖分子以β21 ,62糖苷键连接而成 ,由于其具有极佳的成膜 性 、可塑性 、阻氧性和粘结性 ,并且具有无毒无害和无任何副作用等独特的物理化学和生物学特性 , 在食品 、医药 、化妆品 、印刷及农业等众多领域具有广泛的应用前景. 目前国内主要在水果保鲜上做 了试验[7] . 短梗霉多糖具有极佳的成膜性 ,其水溶液可以在水果表面形成一层透明有光泽的薄膜. 该薄膜对氧气 、氮气 、CO2 、水分和有关香气有很好的阻隔作用 ,而且有较强硬度及对温度变化的稳 定性. 因此 ,在水果表面挂上短梗霉多糖薄膜后 ,能有效地阻止水分 、氧 、氮和 CO2 等气体在果品内 外的交换 ,从而抑制了水果的呼吸作用 ,减少了营养的储藏性损耗 ,进而达到了良好的保鲜目的.
硬葡聚糖是真菌 —小核菌生产的一种中性葡聚糖. 多糖呈线性结构 ,由 D - 吡喃葡萄糖通过 β2D2(1 ,3) 键相连形成主链 ,再与单个 D - 吡喃葡萄糖单位以β- D - (1 ,6) 键相连. 硬葡聚糖在冷热 水中均可溶解 ,溶液具有很高的假塑性 ,不受温度 、pH 和电解质变化的影响 ,稳定性也强. 在发酵时 多糖的分子量受条件的影响较小. 硬葡聚糖与黄原胶有许多相似点 ,在食品工业中应用广泛. 此聚 合物与水的结合性 、稳定性 、黏稠性和悬浮性很好. 但是 ,由于其生产费用高于黄原胶 ,故不经常采 用. 发酵条件的优化可以提高硬葡聚糖的产量 ,但同时也会使单位生产消耗增加. 2. 6 来自乳酸菌的胞外多糖
胞外多糖生物合成机制及应用研究
胞外多糖生物合成机制及应用研究胞外多糖(Exopolysaccharides, EPS)是一类由微生物细胞分泌到细胞外的高分子糖类化合物,它们在自然界中广泛存在,具有多种生物学功能和工业应用价值。
胞外多糖的生物合成机制是微生物学、生物工程和材料科学领域的重要研究课题。
本文将探讨胞外多糖的生物合成机制及其在不同领域的应用研究。
一、胞外多糖的生物合成机制胞外多糖的生物合成是一个复杂的代谢过程,涉及多种酶类和代谢途径。
在微生物细胞中,胞外多糖的合成通常由特定的糖基转移酶(Glycosyltransferases, GTs)催化完成。
这些酶将活化的糖基单元从糖核苷酸供体转移到接受体上,逐步构建多糖链。
1.1 胞外多糖的合成途径胞外多糖的合成途径可以分为几个关键步骤:糖基的活化、多糖链的延长、多糖的修饰和分泌。
糖基的活化通常由糖基转移酶完成,这些酶将糖基单元从尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-Glc)或其他糖核苷酸供体转移到多糖链上。
多糖链的延长是通过糖基转移酶的连续作用实现的,形成线性或分支的多糖结构。
多糖的修饰包括硫酸化、乙酰化等,这些修饰可以改变多糖的物理化学性质,如溶解性、黏度和稳定性。
最后,合成完成的多糖通过细胞膜上的分泌系统被释放到细胞外。
1.2 胞外多糖合成的关键酶类胞外多糖合成的关键酶类包括糖基转移酶、糖基修饰酶和分泌相关蛋白。
糖基转移酶是合成多糖链的核心酶类,它们具有高度的底物专一性,决定了多糖的组成和结构。
糖基修饰酶负责对合成的多糖链进行化学修饰,如硫酸化和乙酰化,这些修饰对多糖的功能至关重要。
分泌相关蛋白则参与多糖的跨膜运输和分泌过程。
1.3 胞外多糖合成的调控机制胞外多糖的合成受到多种因素的调控,包括环境条件、营养物质的可用性、细胞内信号分子等。
环境条件如温度、pH值、氧气浓度等都会影响胞外多糖的合成。
营养物质的可用性,特别是碳源和氮源的供应,对胞外多糖的合成具有显著影响。
此外,细胞内的信号分子如环磷酸腺苷(cAMP)和钙离子等,也可以通过调控相关基因的表达来影响胞外多糖的合成。
微生物多糖课件
微生物多糖课件一、引言微生物多糖是一种由微生物合成的高分子化合物,具有多种生物活性,广泛应用于医药、食品、农业等领域。
本课件旨在介绍微生物多糖的基本概念、分类、结构和性质,以及微生物多糖的制备和应用。
二、微生物多糖的基本概念微生物多糖是由微生物合成的高分子化合物,主要成分是糖类,包括葡萄糖、甘露糖、半乳糖等。
微生物多糖的合成过程通常涉及多个酶的协同作用,包括糖基转移酶、糖苷酶、磷酸酯酶等。
微生物多糖的合成通常受到环境因素的影响,如温度、pH、氧气浓度等。
三、微生物多糖的分类1. 胞外多糖:胞外多糖是由微生物在细胞外合成并分泌的多糖,如细菌的胞外多糖、真菌的胞外多糖等。
胞外多糖通常具有黏稠性,可以用于微生物的附着和生物膜的形成。
2. 胞内多糖:胞内多糖是由微生物在细胞内合成并储存的多糖,如细菌的胞内多糖、真菌的胞内多糖等。
胞内多糖通常具有能量储存和保护细胞的功能。
3. 细胞壁多糖:细胞壁多糖是构成微生物细胞壁的重要成分,如细菌的肽聚糖、真菌的β-葡聚糖等。
细胞壁多糖通常具有维持细胞形态和稳定细胞结构的功能。
四、微生物多糖的结构和性质1. 分支结构:微生物多糖通常具有分支结构,分支点的位置和数量不同,导致微生物多糖的物理和化学性质也不同。
2. 空间结构:微生物多糖的空间结构通常呈无规则的三维网络状,这种结构使得微生物多糖具有良好的黏稠性和稳定性。
微生物多糖的性质主要包括溶解性、黏度、稳定性、生物降解性等。
这些性质取决于微生物多糖的化学组成、分子结构、分子量等因素。
五、微生物多糖的制备和应用微生物多糖的制备通常涉及微生物的培养、多糖的提取和纯化等步骤。
微生物的培养需要选择适宜的培养基和培养条件,以保证微生物的生长和多糖的合成。
多糖的提取通常采用物理或化学方法,如离心、超声波破碎、酸碱提取等。
多糖的纯化通常采用透析、凝胶过滤、离子交换等方法。
微生物多糖在医药、食品、农业等领域具有广泛的应用。
在医药领域,微生物多糖可以用于制备药物载体、缓释剂、生物黏附剂等。
微生物与医药
甾体类化合物生物转化
脱氢反应:微生物对甾体脱氢反应经常发生在A 环的C-1、 C-4 和C-5 位之间, 少数脱氢也可发生在羟基上。甾体类药物 的脱氢有助于提高和改进药理活性, 降低毒副作用。 Baeyer-Villiger 氧化反应和溴化反应:甾体类化合物经过 Baeyer-Villiger 氧化, 可在羰基旁边插入氧原子, 产生相应的甾 体类内酯。甾体类内酯具有抗癌等多种生物活性, 并且能够 抑制5α-还原酶, 阻断睾酮变成5α-二氢睾酮的路径, 从而能够 治疗雄激素依赖性疾病。甾体类睾内酯可抑制甾体芳香化 酶, 可用于治疗乳腺癌。溴化反应在甾体类物质的生物转化 中较少出现, 主要应用于降解有害物质。
微生物与医药
主要内容
第一节 抗生素 第二节 萜类化合物 第三节 甾体类化合物 第四节 微生物多糖 第五节 黄酮类化合物 第六节 生物活性肽
微生物与医药
第一节 抗生素 第二节 萜类化合物 第三节 甾体类化合物 第四节 微生物多糖 第五节 黄酮类化合物 第六节 生物活性肽
抗生素的概念与分类
抗生素(Antibiotic) 是由微生物(包括细菌、真菌、放线 菌等) 或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体 或其他生物活性的一类次级代谢产物, 能干扰其他生活细 胞的发育。自1943 年青霉素临床应用以来, 已知天然抗生 素不下万种, 临床上常用的亦有数百种。抗生素在控制感 染、治疗癌症等方面发挥了重大作用, 为保障人类健康、 延长寿命做出了巨大贡献。
甾体类化合物生物转化
通过化学合成或生物转化的方法能够修饰甾体结构, 对 其生物活性产生巨大的影响。相比而言, 采用生物转化的方 法引入特征官能团, 以及修饰化合物的结构, 更为有效且环保, 成为相关药物开发的热点。 羟基化反应:甾体类化合物通过羟基化修饰在分子上引入羟 基后, 一般会影响其药理活性。羟基化常是由根霉、曲霉、 链霉菌等微生物实现。甾体的羟基化衍生物是医药产品的一 个重要组成部分, 被广泛应用于癌症、炎症和HIV 等多种疾 病的治疗中。
微生物多糖.
5.1微生物多糖生物合成模式
依赖于糖基载体脂的合成模式:单糖不进入细 胞,它们在胞外酶的作用下直接聚合底物中的 糖基为胞外多糖。合成过程中不需要糖基-核 苷酸、糖基载体脂等物质。 肠膜状明串珠菌合成的右旋糖苷就属于此种模 式.
六:几种常见的微生物多糖
黄原胶(xanthan gurn)又名黄单胞菌多糖、汉生 胶、苦顿胶等,是由黄单胞菌以淀粉或蔗糖为 主要原料,经现代生物发酵技术生产的一种细 菌胞外多糖。 黄原胶由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛 酸、乙酸和丙酮酸聚合而成,属于水溶性胶,具 有良好的水溶性、增黏性、假朔性和耐酸碱、 耐盐、耐酶解的能力,最适发酵pH为6.8~7.0,最 适发酵温度为28℃。
工艺流程图如下: 试管菌种→茄瓶菌种→三角振荡(28℃、 18h)→300L种子罐(28~30 ℃ 、18~20h) →3000L发酵罐(28 ~30 ℃ 、72h)→50t发酵罐 (28~30 ℃ 、72h)→脱已酰→过滤→混合→乙 醇絮凝沉淀→分离洗涤→ 稀乙醇→乙醇回收塔→回收乙醇贮藏 半成品→真空干燥→粉碎→成品
六:几种常见的微生物多糖
结冷胶的性质 1.假塑性和流变性。 2.极低用量、极高的凝胶强度和凝固点、融点 的可调性。 3.优越的呈味性能和良好的配伍性。 4.极好的热稳定性和耐酸、碱、酶性。 5.独特的澄清透明性。 6.硬度和弹性、脆性的可调节性。
六:几种常见的微生物多糖
五:微生物多糖的生物合成
异型多糖的合成体系包括五个基本要素:糖基 -核苷酸、酶系统、糖基载体脂(十一聚类异戊 二烯醇磷酸脂)、糖基受体(引物)和酰基供体。 其中的糖基-核苷酸为微生物提供活性的单糖 并通过差相异构、脱氢、脱羧等反应提供多种 单糖。
微生物多糖在食品中的应用
微生物多糖在食品中的应用摘要:多糖在食品工业、医药及石油工业上有着广泛的用途。
微生物多糖具有生产周期短,不受季节、地域和病虫害条件限制的特性,有较强的市场竞争力和广阔的发展前景。
本文主要介绍了微生物多糖的来源及其在食品工业中的应用。
关键词:微生物多糖;生物合成;应用引言:近二十年来,随着分子生物学和细胞生物学的发展,以及对膜的化学功能、免疫物质的化学研究及新药物资源的研究开发,发现多糖与免疫功能的调节、细胞与细胞的识别、细胞间物质的运输、癌症的诊断与治疗等有着密切的关系。
近年来又发现多糖的糖链在分子生物学中具有决定性作用。
此外它还能控制细胞的分裂和分化,调节细胞的生长和衰老。
多糖在食品工业、医药、发酵工业及石油工业上也有着广泛的应用。
微生物多糖的应用1、微生物多糖在食品工业的应用微生物多糖在食品工业中的应用比较广泛,可以用作食品添加剂、抗凝剂,保鲜剂等。
已经获得工业应用的有结冷胶、黄原胶、海藻糖、琼脂糖、凝结多糖等。
凝结多糖可用于多种食品中如果冻、面条、香肠、汉堡包、冰淇淋、微波食品等。
作为一种食品添加剂,它可以改善产品的持水性、粘弹性、稳定性,并有增稠作用。
它既可以粉末加入也可以悬浮液添加,浓度在0. 4 %~6. 0 %之间任意选择。
凝结多糖凝胶介于琼脂的脆性与明胶的弹性之间,并且在p H3~9. 5稳定,而琼脂在p H4. 5以下就不能形成凝胶。
凝结多糖形成的凝胶能迅速吸收蔗糖,适于做果冻。
利用其热胶凝特性将凝结多糖悬浮液挤压至沸水中即可使豆制面条成型,而且在以后的热处理过程中面条形状不会改变也不会溶解。
豆腐是日本和中国的传统食品,它具有柔软的质构,加入凝结多糖将豆腐做成面条状,赋予它不同的质构,还可将豆腐进行高温消毒,也可冷藏。
凝结多糖在50~60℃的水分吸收率最大,这一性质使它适于应用在肉制品中。
在肉类加工中,凝结多糖能改善香肠和火腿的持水性,在汉堡包中加入0. 2 %~1 %的凝结多糖,烹调后形成松软、多汁和高产量的汉堡包。
微生物胞外多糖研究进展
微生物胞外多糖研究进展崔艳红1 黄现青2(1河南科技学院动物科学系,新乡 453003;2南京农业大学食品科技学院,南京 210095)摘 要: 微生物胞外多糖主要是指微生物产生的一些水溶性胶,近几年来由于糖化学的迅速发展,微生物胞外多糖理论和应用的研究逐渐受到了人们的关注。
对黄原胶、结冷胶多糖的结构与性能、研究现状和应用状况进行了综述。
关键词: 胞外多糖 黄原胶 结冷胶 应用The Advance in Investigation of Microbial Extracelluer PolysacchardesCui Yanho ng 1 Huang Xianqing 2(1College of A ni mal Science and V eterinary Medicine ,Henan I nstit ute of S cience and Technolog y ,X i nx iang 453003;2College of Food S cience and Technolog y ,N anj ing A gricult ural Universit y ,N anj ing 210095)Abstract : The microbial extracelluer polysaccharde in is mainly referred to as water 2soluble gums produced by microorganisms.In recent years ,with the quick development of sugar chemistry the theory and application of micro 2bial extracelluer polysaccharide were concerned .In the paper ,the structure and performance ,present state and prospect of the application of xanthan gum and gellan gum were reviemed.K ey words : Microbial extra polysaccharides Xanthan gum G ellan gum Application 微生物多糖主要指大部分细菌、少量的真菌和藻类产生的多糖。
微生物胞外多糖
热凝多糖( curdlan)
• 热凝多糖:又叫凝结多糖,是由α-1,4-糖
苷键构成的水不溶性葡聚糖,是一类将其 悬浊液加热后既能形成硬而有弹性的热不 可逆性凝胶,又能形成热可逆性凝胶的多 糖类的总称。
凝结多糖的研究进展
• 凝结多糖是继黄原胶、结冷胶之后又一种
新的细菌发酵生产的多糖。该多糖由美国 Takeda 股份有限公司生产,从1989 年起 在日本、韩国和台湾广泛使用。美国FDA于 1996 年准许将其作为食品的稳定剂、增稠 剂用于食品配料中。
2.黄原胶在石油工业中的应用
• 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。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。
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。因 此,黄原胶广泛地应用于地毯、丝绸等印 染行业中。
细菌胞外多糖的未来展望
随着人们对细菌胞外多糖生物学活性 与免疫功能的认知,开发和利用细菌胞外 多糖的研究已成热点。未来对细菌胞外多 糖的理论研究主要集中在产生菌的资源开 发、活性多糖的代谢与调控机理、分子结 构与功能的关系、多糖在生物互作与信息 传递方面的作用等方面,对于揭示生命活 动的奥秘有着重要而深远的意义。
细菌胞外多糖的性质和特征
• 微生物多糖和植物多糖相比较具有以下优势:
1、生产周期短,不受季节、地域、病虫害等条件的 限制;
2、具有较强的市场竞争力和广阔的发展前景; 3、应用广泛,例如已作为胶凝剂、 成膜剂、 保鲜
剂、 乳化剂等广泛应用于食品、 制药、 石油、 化工等多个领域。 据估计,目前全世界微生物多糖年工业产值可达 80 亿左右。
食品工业中微生物多糖的应用
关键词:微生物多糖;食品工业;应用微生物多糖是微生物产生的生物高聚物。
最初这种在细菌荚膜中被提取出来的化学物质受到了医学届的重视,并被制成疫苗。
生物学进入分子时代后,有关微生物多糖对人体健康的影响机制的研究也非常多,科学家发现其与免疫、代谢、细胞分裂与分化、细胞凋亡等都有密切的关系。
本世纪初,随着基础研究对工业的带动作用,微生物多糖在食品工业中的用途研究也日益增多。
微生物多糖可分为三大类:细胞壁多糖、胞内及胞外多糖。
其中胞外多糖在微生物代谢中产生量最大,和菌体分离容易,可利用深层发酵技术实现大规模工业化生产。
微生物多糖在食品工业中的应用比较广泛,可以用作抗凝剂、保鲜剂、增稠剂、稳定剂、被膜剂、膨松剂等。
微生物多糖的生产可控性强,不受地理、季节和收成的限制,有较强价格优势和发展前景。
本文选取食品工业中常用的几种微生物多糖进行介绍。
1黄原胶黄原胶(Xanthangum),又名汉生胶,属胞外多糖,在食品工业中应用较多。
黄原胶是由野油菜黄单胞杆菌(Xanthomnascampestris)经发酵工程生产出来的。
黄原胶由μ-葡萄糖、μ-甘露糖、μ-葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸聚合而成。
1988年8月我国卫生部批准了食品级黄原胶的卫生标准,并将其列入食品添加剂的名单中[1]。
黄原胶易溶于水,在冷水、热水中分散性稳定,在低浓度下能产生很高的粘度,增稠性良好,具有较高的假塑性、良好的稳定性,也具有良好的分散和乳化作用。
黄原胶在食品工业中可用作稳定剂、乳化剂、悬浮剂、增稠剂等。
它能改善半流质食品及调味品的流变特征,保持食品质地的均一性并改善口感;在乳饮料中,可充当乳化剂,提高悬浮体系均一化程度,防止油水分层,增进蛋白质的稳定性,满足消费者对粘稠乳制品的感官需求;利用其抗氧化特性,用含有黄原胶的保鲜剂涂抹处理水果,可延长水果的贮藏时间;利用其稳定性和保型性,在面点、糖果和糖果加工业,黄原胶可使产品获得更长的保质期和更浓郁的口感;利用其持水性和假塑性,在肉食品加工业,黄原胶可明显提高火腿和香肠的持水性,并使产品具有诱人的色泽、口感和风味。
产胞外多糖南极微生物的筛选及其胞外多糖的应用研究
产胞外多糖南极微生物的筛选及其胞外多糖的应用研究胞外多糖(exopolysaccharide,EPS)是微生物在生长过程中分泌到周围环境中的由多种单糖组成的大分子物质,具有来源广、易与菌体分离等优点。
极地微生物的胞外多糖具有许多不同的生物活性和新颖的化学结构,在医药、食品加工、化工等领域具有广阔的应用前景。
本文采用苯酚硫酸法和醇沉法从10种不同的南极泥沙沉积物样品中共筛选到132株产不同胞外多糖量的菌株,其中(A)产量低于20 mg/L的有7株,占产EPS 菌株的5.3%;(B)产量在20-60 mg/L的有25株,占产EPS菌株的18.94%;(C)产量在60-100 mg/L的有79株,占产EPS菌株的59.85%;(D)产量高于100 mg/L的有21株,占产EPS菌株的15.91%。
其中来自不同筛选样品、不同筛选批次产EPS量相对较高菌株W38-8、W29-21、W32-2、W13-13、W38-16、W32-3、W14-6、W18-3 和 W20-15,产量最高的三株菌分别为 W38-8、W29-21、W32-2,对应的 EPS 产量分别为 144.22 mg/L、125.61 mg/L、109.56 mg/L。
经过16SrDNA基因序列比对鉴定,这9株菌分别是 Lotanellasalsilacus,Rheiimeraa soli,Shewanella frigidimarina,Planococcus halocryophilus,Marinobacter sp.,Shewanella sp.,Pseudomonasstutzeri,Planococcus halocryophilus,Flavobacterium sp.。
在筛选的基础上,本论文针对培养条件较稳定的W32-2菌株(Shewanella frigidimarina,EPS 产量为 109.56 mg/L),从多糖理化性质及体外抗氧化活性、多糖对彩虹鲷非特异性免疫活性影响及EPS生产的发酵工艺等三个方面开展深入研究。
应用微生物第一章 第三节 微生物胞外多糖及其应用
(3) 采用流加补充底物(淀粉、Glc或蔗糖)和氨水调节pH7.0, 可进一步促进分批发酵过程中的黄原胶合成。
3、黄原胶分离纯化
分离原理与方法
(1).乙醇、丙酮沉淀法 国内外常用方法,纯度高,溶剂回收是技术与成本的关 键
13
二、微生物多糖的合成模式和生理学调控
2、不依赖于C55-Lipid-P糖基载体合成模式
肠膜状明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)厌氧条件下 合成右旋糖酐(dextrans)即属该合成模式
(1). dextrans生物合成显著特点
1). 菌体生长和dextran生物合成以蔗糖为特异性底物; 2). 蔗糖诱导菌体细胞产生葡聚糖-蔗糖酶(胞外酶); 3). 蔗糖做底物不进入菌体细胞。在胞外水解成葡萄 糖 和
4、质量标准
GB:食品添加剂黄原胶 粘度(CP)1%水溶液 剪切性能值6rpm.V/60rpm.V 干燥比重(%) 灰分(%) 总N含量(%)
≥600 ≥6 ≤13 ≤13 ≤1.5
19
三、微生物多糖发酵研究
砷(As)含量(ppm)
≤3
重金属(以Pb计,ppm)
≤10
微生物指标
细菌总数(1g粉状产品)
25
五、微生物胞外多糖的分子构型与性质
黄原胶的分子构型
一级结构:
黄原胶分子主链以β-1.4键构成纤维素骨架的线性结构, 侧链含羧酸带负电荷,反向缠绕主链,呈锯齿状
二级结构:
两条线性黄原胶分子靠氢键维系成右手双股螺旋结构
26
三级结构:
双股螺旋结构间靠微弱的非共价键结合,排列成螺旋共聚体
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升温、高剪切
螺旋共聚体
降温、低剪切
双股螺旋
不规则线团
27
黄原胶的优良性能 (1)增黏性
粘浓曲线
黄原胶溶液具有一定黏度,并在一定条件下随溶液浓度增 加而增大。
28
黄原胶的优良性能 (2)剪切稀释性、触变性
粘剪曲线
剪切稀释性——表观粘度随着剪切速率的增加而降低的特性 触变性——由于剪切作用造成黏度降低的自行恢复能力 本质是由黄原胶分子构型的变化所决定的:
有少数真菌:
Sclerotium sp.(小核菌属) Rhodotorula sp.(红酵母属)
5
野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris)
粘稠、光滑的黄色菌落 培养液呈粘稠胶状 光学显微镜下包裹荚膜状物质 电镜下分泌丝状多糖 产生黄原胶
6
黄原胶(Xanthan gum)
1)胞外淀粉酶活性高低对黄原胶合成的影响 X.Campestris NK-01以玉米淀粉为碳源
淀粉酶
玉米淀粉
Glc
进入细胞
淀粉酶是控制底物进入细胞的“闸门”
淀粉酶活性是碳源利用效率的关键
高淀粉酶活性菌株筛选:
加碘液 证明是淀粉
水解圈
N.K-01细胞 诱变
R水解圈(mm) R菌落(mm)
比值大
玉米淀粉平板
[ Glc-Fuc-Fuc ] n
大肠菌群细胞表面多糖抗原成分,不能作为商品
24
四、微生物胞外多糖的分子结构与性质
(7). 结冷胶
天然结冷胶的分子结构
结冷胶主链结构是葡萄糖、葡萄糖醛酸、鼠李糖以2∶1∶1摩尔比聚合而 成的四碳重复单元的长链分子。天然结冷胶与低乙酰基结冷胶在结构上的 不同点在于:前者在第一个葡萄糖分子C2 处被甘油酸酯化, C6处被乙酸酯 化。
生物技术专业《应用微生物学》课程
第一章 微生物在工业领域中的应用
第三节 微生物胞外多糖及其应用
1
一、微生物胞外多糖概述
2
1、微生物胞外多糖
胞壁多糖
肽聚糖、脂多糖
胞内多糖
糖原
胞外多糖(Extracellular polysaccharides)
分泌或扩散到细胞以外的多糖
荚膜
黏液层 最具开发利用价值的多糖
Glc 支链:α-1.3链 Glc
分子量:数千万
(2).Pullulan(普鲁兰)
产生菌:出芽 梗霉
α-1.4
[ 重复单位结构
Glc
Glc
分子量:4×104——2×106
Glc ]n
21
四、微生物胞外多糖的分子结构与性质
(3).cleroglucan(核菌葡聚糖) 产生菌:葡聚糖小核菌 糖基单体:β-D-Glc 重复单位结构
(2).非食品工业 制药、印染、纺织、造纸、搪瓷、 炸药、农药喷洒、建筑材料、墨水等
(3).油田开发 油田钻井泥浆、压裂液、固井液、 注水采油增粘剂、注入调剖剂、大 孔道封堵剂
32
胞外多糖在矿物加工工程中的研究和应用
硫化矿的浮选中的抑制剂,其基本思路是以细菌胞外聚合物替代 金属盐类和氰化物,这样不仅可以获得较好的经济效益,而且还 可解决使用金属盐类和氰化物带来的环境污染问题。很多研究者 借鉴环境领域中有关利用细菌胞外聚合物处理重金属废水的研究 成果,在矿物浮选过程中将胞外聚合物作为生物絮凝剂。索马桑 达兰等指出,细菌及胞外聚合物可增强方解石的絮凝。
筛选淀粉酶活性高的菌株,检测黄原胶合成速率和产量 10
二、微生物多糖的合成模式和生理学调控
2)、C55-Lipid-P糖基载体脂运载功能的调节
共利用调节:X. campestris NK-01,G-
脂多糖、肽聚糖、黄原胶合成皆以C55-Lipid-P为糖 基载体
LPS合成
pep合成
C55-Lipid-P
[ Glc
β-1、4键
Glc Glc ] n
Glc β-1、6键
(4).Xanthan(黄原胶) 产生菌:X.Campestris(野油菜黄单胞菌) 糖基载体:Glc,Man,GlcA 非糖基组分:Ac,Pyr 重复单位结构
22
β-1、4键
[ Glc Glc ] n
Man-Ac GlcA
Man=pyr(并非皆有pyr)
3000 9
2 0.2
1000 3
残余淀粉
1 0.1
0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 X.Campestris.N.K-01 1200L罐黄原胶发酵过程中代谢变化 17
综合分析:
(1) 24小时前菌体细胞生长,大量消耗玉米淀粉作碳源, pH下降,黄原胶不合成,发酵液无粘度
(5). pH值的变化
(6). 物质消长变化规律综合分析。
真实反应菌体细胞生长、代谢与环境相互关系的规律
16
() (g/L)
三、微生物多糖发酵研究
pH 7 6 5
V 9000 (CP)
7000
产 量 27
21
pH
菌体蛋白 粘度
5000 15
产量
菌
体
蛋
玉
0.5 白
米
(
淀
%
粉 4 0.4 )
%
3 0.3
(2) 24小时后菌体平衡生长,残余淀粉用于黄原胶合成,产 量、粘度剧增,72小时发酵终止。
(3) 采用流加补充底物(淀粉、Glc或蔗糖)和氨水调节pH7.0, 可进一步促进分批发酵过程中的黄原胶合成。
3、黄原胶分离纯化
分离原理与方法
(1).乙醇、丙酮沉淀法 国内外常用方法,纯度高,溶剂回收是技术与成本的关 键
pyr含量越高,剪切稀释性能越好 分子量2-5×106
(产5)生. 菌Ba:cte棕ri色al 固alg氮in菌ate(细菌藻A朊|c酸) 糖基单体:ManA,GulA 非糖基组分:Ac 分子结构……ManA-GulA-ManA
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四、微生物胞外多糖的分子结构与性质
(6).Colanic acid(肠细菌酸性多糖) 产生菌:大肠菌群 糖基单体:Glc,Gal,Fuc,GlcA 非糖基组分:Ac 重复单位结构: Pyr=Gal | GlcA | Gal Ac ||
3
1、微生物胞外多糖
目前主要研究方向 1、胞外多糖生理合成与调控研究 2、胞外多糖合成遗传学研究 合成基因大片段定位在染色体上 3、多糖分子结构与功能 一级结构、高级结构决定性能 4、工业应用 建筑 石油 5、免疫激活功能 灵芝多糖、香菇多糖、小核菌多糖的三股螺旋结构有 免疫激活功能 干扰素的诱生剂,使抑制基因去抑制 干扰素半衰期短 抗病毒、抗肿瘤的药物
13
二、微生物多糖的合成模式和生理学调控
2、不依赖于C55-Lipid-P糖基载体合成模式
肠膜状明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)厌氧条件下 合成右旋糖酐(dextrans)即属该合成模式
(1). dextrans生物合成显著特点
1). 菌体生长和dextran生物合成以蔗糖为特异性底物; 2). 蔗糖诱导菌体细胞产生葡聚糖-蔗糖酶(胞外酶); 3). 蔗糖做底物不进入菌体细胞。在胞外水解成葡萄 糖 和
(1). 最佳培养基的确立
单因子试验
多因子多水平正交试验
均匀设计实验 计算机软件的应用
(2). 最佳环境因子的选择
(3). 营养因子。环境因子多因素。多水平均匀设计最佳选择
2、最佳培养条件下物质消失变化的规律
(1). 发酵过程中菌体细胞数量变化
(2). 底物消长变化
(3). 产物消长变化
(4). 发酵液粘度变化
“五糖重复单元” 侧链残基被乙酰化或丙酮酰化 不同菌株和不同条件所产的黄原胶存在异同
7
二、微生物多糖的合成模式和生理学调控
1、依赖于糖基载体酯(C55-Lipid-p)的合成模式
糖基载体酯(C55-Lipid-P)十一聚类异戊二烯醇磷酸酯, 其功能是将胞质内的糖基聚合成多糖,并通过细胞膜运往胞 外,因此它是控制多糖分子合成、运输与分泌的载体。
Xanthan gum
C55-Lipid-P共利用顺序:
先用于胞壁多糖合成,后用于胞外多糖合成。
先长细胞,后合成胞外多糖
Xanthan gum是次生代谢产物还是初级代谢产物?
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二、微生物多糖的合成模式和生理学调控
3)运载活性的调节
C55-Lipid-PP
载体脂焦磷酸化酶
无活性
C55-Lipid-P+P 有活性
≤10000
霉菌总数(1g粉状产品)
≤300
致病菌
Coliform
不得检出
Salmonella
不得检出
S.aureus
不得检出
P.aeruginosa
不得检出
X.campestris
不得检出
未列入标准
丙酮酸含量(%)
≥1.5
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四、微生物胞外多糖的分子结构与性质
1、几种重要的胞外多糖分子组成
(1).Dextrans(右旋糖酐) 产生菌:肠膜状明串珠菌 糖基单体:α-D-Glc 分子结构 Glc Glc Glc Glc
C55-Lipid-PP 无运载活性
C55-Lipid-P焦磷酸 化酶
C55-Lipid-P 有运载活性
影印 C55-Lipid-P含量高