海洋微生物多糖研究概況

【摘要】隨著人類知識(shí)領(lǐng)域的擴(kuò)展、對(duì)海洋了解的深入，人類開始從海洋生物中提取有益人體健康的物質(zhì)。海洋微生物作為海洋生物的一大類，其生長過程中產(chǎn)生大量次級(jí)代謝產(chǎn)物，高壓高鹽低光照寡營養(yǎng)的生長環(huán)境為次級(jí)代謝產(chǎn)物的多樣性提供了條件。海洋中存在大量真菌，細(xì)菌和放線菌，所以產(chǎn)生了不同于陸地的結(jié)構(gòu)新穎的微生物多糖。海洋微生物多糖表由于結(jié)構(gòu)和功能特異性，至今研究進(jìn)展和利用率較低，成果轉(zhuǎn)換速度比較慢，被認(rèn)為是藥物發(fā)現(xiàn)的新型天然產(chǎn)物重要來源。大多數(shù)海洋多糖來源于天然來源，如巖藻依聚糖，藻酸鹽，角叉菜膠，瓊脂糖，卟啉，超凡，毛蘭，幾丁質(zhì)，殼聚糖和殼寡糖。最近，海洋多糖類納米材料的研究和開發(fā)，作為納米技術(shù)的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注。海洋多糖類納米材料具有良好的生物相容性，可生物降解性，無毒性，低成本和豐富性。

【關(guān)鍵詞】海洋微生物? 次級(jí)代謝產(chǎn)物? 海洋多糖

1.1微生物胞內(nèi)多糖研究概況

海洋微生物發(fā)酵方式一般分為固體培養(yǎng)和液體培養(yǎng)，培養(yǎng)基的碳源、氮源、溫度、濕度、pH、無機(jī)鹽成分、溶氧量等都會(huì)對(duì)微生物的發(fā)酵構(gòu)成影響，所以對(duì)微生物多糖的產(chǎn)率和結(jié)構(gòu)會(huì)構(gòu)成影響。微生物胞內(nèi)多糖一般采取熱水提取法。例如Ke-FengWang等人通過離心從酪醇誘導(dǎo)的培養(yǎng)物中分離菌絲體，物料比為1：30，熱水（90℃）提取2小時(shí)3次。通過離心和過濾收集上清液，通過減壓蒸發(fā)濃縮，并用4體積的95%乙醇在4℃過夜沉淀，粗品經(jīng)過離心，洗滌，透析濃縮等方法得到純品多糖IPS-T。從菌絲體中分離的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)—多糖（IPS）是一種高效的抗腫瘤劑和免疫調(diào)節(jié)劑。王宏雨等人把姬松茸菌絲體按物料比1：10比例，100攝氏度熱水提取4小時(shí)，濃縮醇沉得到粗品多糖，進(jìn)一步除蛋白分離純化得到純品胞內(nèi)多糖。

將菌絲體發(fā)酵液發(fā)酵液離心、濃縮、醇沉、純化得到純品胞外多糖。對(duì)胞外多糖和胞內(nèi)多糖進(jìn)行抗氧化活性研究，DPPH自由基和ABTS自由基的清除能力比較發(fā)現(xiàn)，濃度為15mg/m L時(shí)胞內(nèi)多糖活性明顯優(yōu)于胞外多糖。本實(shí)驗(yàn)中采取的方法為熱水提取法，將菌絲體蒸餾水清洗干凈，50攝氏度烘箱烘干，經(jīng)過高速粉碎機(jī)研磨，將菌絲體粉末至于90攝氏度熱水，物料比為1：10，提取3次，將提取液混合，濃縮醇沉，烘干后得粗品多糖。將多糖經(jīng)過強(qiáng)陰離子交換柱和凝膠柱，得到純品多糖，測其純度，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，理化性質(zhì)測定，抗氧化活性測定。

1.2微生物胞外多糖研究概況

盡管分泌胞外多糖的能力在微生物中廣泛存在，但只有少數(shù)細(xì)菌（例如黃原膠，葡聚糖）和真菌胞外多糖實(shí)現(xiàn)完全商業(yè)化。在過去幾年中，其他微生物胞外多糖產(chǎn)量和活性研究，一直是熱門研究內(nèi)容，包括內(nèi)生菌，極端微生物，微藻和藍(lán)藻以及混合微生物聚生體。

這些研究已經(jīng)證明這種微生物或者共生體，產(chǎn)生具有新型化學(xué)結(jié)構(gòu)和獨(dú)特功能性的生物聚合物的巨大潛力。微生物胞外多糖是許多科學(xué)領(lǐng)域的研究課題，特別側(cè)重于優(yōu)化其生產(chǎn)過程，闡明其微生物胞外多糖的功能，鑒定參與微生物胞外多糖的生物合成途徑以及基于其獨(dú)特性質(zhì)開發(fā)應(yīng)。在這些研究領(lǐng)域中，已經(jīng)報(bào)道了大量微生物胞外多糖結(jié)構(gòu)的多樣性，其中僅有少數(shù)是具有眾所周知的工業(yè)多糖的黃原膠，果聚糖，葡聚糖和普魯蘭多糖可觀的市場，工業(yè)發(fā)展的潛力巨大。

與其他天然來源相比，微生物通常具有生長周期短，并且其提取更簡單等特點(diǎn)。微生物生物過程在發(fā)酵罐中進(jìn)行，可以使用廢物作為原料，節(jié)約糧食。最近有越來越多的關(guān)于由具有新穎分子結(jié)構(gòu)的不同分類群體的生產(chǎn)者分泌的EPS發(fā)現(xiàn)的報(bào)道。因此，這些天然生物聚合物的生產(chǎn)過程具有很大的發(fā)展?jié)摿?，盡管它們的工業(yè)化面臨許多挑戰(zhàn)并且進(jìn)展緩慢。

微生物EPS生產(chǎn)者包括真核生物（浮游植物，真菌，藻類）和原核生物（真細(xì)菌和古細(xì)菌）。盡管還沒有完全闡明其活性，但已經(jīng)提出了微生物多糖的若干重要生理功能，包括抗氧化，抗病毒，抗腫瘤，抵抗環(huán)境壓力（例如滲透壓，溫度或pH，紫外線損害，重金屬，氧化劑，干燥）。

分泌多糖的能力廣泛分布于細(xì)菌中，包括一般鏈球菌屬，黃單胞菌屬和醋桿菌屬。乳酸菌產(chǎn)生的水溶性葡聚糖，通常用于不同的食品制造。食品和藥物管理局批準(zhǔn)了葡聚糖和凝膠多糖，用于食品，化妝品和醫(yī)療應(yīng)用。

一些細(xì)菌，包括醋桿菌屬，葡糖醋桿菌屬和根瘤菌屬的種屬可分泌纖維素，一種具有高機(jī)械強(qiáng)度和低密度以及高吸水能力的水不溶性生物聚合物。

黃單胞菌屬產(chǎn)生黃原膠，1969年，黃原膠獲FDA批準(zhǔn)用于食品。目前，它是全球水膠體市場上唯一重要的微生物生物聚合物，以不同的純度等級(jí)銷售，用于從食品到藥物和石油回收等各個(gè)領(lǐng)域。

獸疫鏈球菌產(chǎn)生透明質(zhì)酸（HA），其由葡萄糖醛酸和N-乙酰葡糖胺的重復(fù)二糖單元組成的線性聚合物，用于化妝品，醫(yī)藥和醫(yī)藥領(lǐng)域。

結(jié)冷膠是由葡萄糖，鼠李糖和葡糖醛酸組成。結(jié)冷膠經(jīng)FDA批準(zhǔn)，用于食品，化妝品，牙科護(hù)理和生物醫(yī)學(xué)等多種應(yīng)用。許多從極端棲息地（例如南極生態(tài)系統(tǒng)，鹽湖，地?zé)崛┲蟹蛛x出來的細(xì)菌，如假交替單胞菌屬，芽孢桿菌屬，鹽生哈爾單胞菌屬和弧菌屬也被確定為結(jié)冷膠生產(chǎn)者。

微生物胞外多糖廣泛分布于真菌中，包括屬于金黃色葡萄球菌，念珠菌屬，隱球菌屬等許多其他成員。它們大多數(shù)是同聚糖，但雜多糖也很常見。盡管在真菌胞外多糖中發(fā)現(xiàn)了巨大的化學(xué)結(jié)構(gòu)多樣性，并且報(bào)道了它們的生物活性，但它們?nèi)匀晃幢怀浞终J(rèn)知。

靈芝，茯苓，銀耳的許多高等真菌胞外多糖具有包括抗氧化劑，抗腫瘤，免疫刺激和抗微生物性質(zhì)的生物活性。

微藻也被認(rèn)為是一種微生物，微藻產(chǎn)生的多糖是一個(gè)新興市場，預(yù)計(jì)全球每年增長10%。它們用于生產(chǎn)家畜飼料和魚粉，有機(jī)肥料和高價(jià)值提取物，如天然色素，營養(yǎng)食品和抗氧化劑。產(chǎn)生的主要種類是節(jié)旋藻小球藻，杜氏鹽藻和紫球藻等。微藻產(chǎn)生的多糖的特征具有復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中往往還有稀有糖類，如巖藻糖，鼠李糖和核糖。

糖醛酸和硫酸根結(jié)構(gòu)在藻類多糖中非常普遍，這進(jìn)一步有助于它們獨(dú)特的性質(zhì)。由于與從其他天然來源獲得的多糖相比，許多微生物多糖由于其新穎和獨(dú)特的性質(zhì)而具有很大的發(fā)展?jié)摿?。然而，為了使它們的工業(yè)化和商業(yè)化變得有吸引力，不僅需要更多的努力進(jìn)入發(fā)酵階段，以提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本，而且主要是聚合物表征和它們?cè)诟叻肿恿烤酆衔镏袘?yīng)用的概念驗(yàn)證。這些領(lǐng)域的產(chǎn)品質(zhì)量和功能特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過生產(chǎn)成本。因此，開發(fā)新型微生物EPS的最大潛力在于那些高價(jià)值的市場領(lǐng)域。

作者簡介：劉山 工作單位：齊魯醫(yī)藥學(xué)院 職稱：助教 學(xué)歷：碩士研究生 研究方向：海洋天然藥物化學(xué)。