解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)胞外多糖研究進(jìn)展

摘要：解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）產(chǎn)生的胞外多糖（EPS）在促進(jìn)植物生長、抑制病原菌及開發(fā)生物農(nóng)藥等方面具有重要價值。文章利用文獻(xiàn)計量法，系統(tǒng)分析解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS產(chǎn)量、結(jié)構(gòu)、合成機理和生物活性的研究進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)EPS的產(chǎn)量受培養(yǎng)基中蔗糖含量、pH、培養(yǎng)時間和接種量等因素的明顯影響，其中蔗糖含量是關(guān)鍵影響因素；EPS主要由葡萄糖組成，其結(jié)構(gòu)因生長環(huán)境不同而存在差異，常見的結(jié)構(gòu)包括由果糖和甘露糖組成的重復(fù)單元；解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS的合成機制復(fù)雜，涉及核苷酸糖合成、多糖鏈延伸和修飾及通過Wzx/Wzy路徑、ABC轉(zhuǎn)運蛋白路徑等多種機制的跨膜運輸；EPS具有多種生物活性，包括抗氧化、抗炎、抑菌和抗腫瘤等，其中，抗氧化能力體現(xiàn)于對自由基的清除作用，抗炎作用通過調(diào)節(jié)炎癥介質(zhì)的表達(dá)實現(xiàn)，抑菌活性通過破壞細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，抗腫瘤活性通過免疫調(diào)節(jié)和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)揮作用。今后，解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)ESP產(chǎn)生條件與其結(jié)構(gòu)、功能、安全性間的關(guān)系還需進(jìn)一步探究，以明確其更多活性；隨著人們對解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)糖機理及ESP作用機理研究的不斷深入，EPS應(yīng)用于諸多食品產(chǎn)品中的潛力將得以挖掘。

關(guān)鍵詞：解淀粉芽孢桿菌；胞外多糖；生物合成；生物活性；應(yīng)用前景

中圖分類號：Q539" " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-820X（2025）01-0013-10

0 引言

解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）隸屬于芽孢桿菌屬，是一種兼性厭氧菌，廣泛存在于自然界中，與枯草芽孢桿菌（B. subtilis）同為革蘭氏陽性菌，二者在形態(tài)、培養(yǎng)特性及生理生化特征上極為相似。解淀粉芽孢桿菌菌落在LB固體培養(yǎng)基上呈淺黃色，半透明，無色素，表面有紋理，邊緣不整齊，且在靜止的液體培養(yǎng)條件下能形成細(xì)菌膜，菌體細(xì)胞呈桿狀，具兩端鈍圓的橢圓形內(nèi)生芽孢，芽孢囊不膨大，中生或次端生，有運動性［1］。解淀粉芽孢桿菌已被美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）認(rèn)定為安全菌株［2］，且是微生物學(xué)研究的熱門主題。解淀粉芽孢桿菌可棲息于多種環(huán)境中，從植物體、動物棲息地到土壤和海洋環(huán)境均有解淀粉芽孢桿菌存在。解淀粉芽孢桿菌能分解來自動植物的各種有機物質(zhì)，產(chǎn)生一系列酶、蛋白和糖類，提供益生元和益生菌，并生成包括酶、抗菌物質(zhì)、殺蟲劑、生化物質(zhì)、胞外多糖（EPS）、維生素、嘌呤核苷及聚γ-谷氨酸等在內(nèi)的一系列化合物。大量研究表明，由解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)生的EPS具有多種生物活性，如抗菌［1-2］、抗炎［3-4］、抗腫瘤［5-6］、抗氧化［7-9］和抗病毒能力，因此，解淀粉芽孢桿菌的應(yīng)用范圍涵蓋了食品工業(yè)、制藥、農(nóng)業(yè)和環(huán)境管理等領(lǐng)域［10］。細(xì)菌、真菌和藻類等微生物能制造并釋放EPS（黃原膠、右旋糖酐和結(jié)冷膠等）到其所處的外部環(huán)境中，這些多糖的結(jié)構(gòu)和功能多樣，在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療保健和食品加工等多個領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。隨著解淀粉芽孢桿菌研究的深入，發(fā)現(xiàn)其菌株產(chǎn)生的EPS具有多種生物活性，能服務(wù)于多個科研領(lǐng)域，但目前對于解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS的研究較分散，有關(guān)其產(chǎn)糖機制及EPS功能機制的研究鮮見報道。文章運用文獻(xiàn)計量學(xué)手段，探討解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS的機制及EPS的性質(zhì)和功能機制，旨在通過明確其產(chǎn)糖機制，為未來開展提升解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)量研究提供理論依據(jù)。

1 基于文獻(xiàn)計量學(xué)的解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS分析

1.1 發(fā)文量情況

在中國知網(wǎng)（CNKI）、維普（VIP）和萬方數(shù)據(jù)庫對解淀粉芽孢桿菌及其多糖的相關(guān)中文文獻(xiàn)進(jìn)行檢索。CNKI數(shù)據(jù)庫檢索條件設(shè)置主題為“解淀粉芽孢桿菌”和“多糖”（精確），檢索日期為*—2024年12月3日，共得到學(xué)術(shù)論文23篇；VIP數(shù)據(jù)庫檢索條件設(shè)定為題目或關(guān)鍵詞“解淀粉芽孢桿菌”和“多糖”（精確），日期為：1994年4月8日—2024年12月3日，共得到學(xué)術(shù)論文35篇；萬方數(shù)據(jù)庫檢索條件設(shè)定主題為“解淀粉芽孢桿菌”和“多糖”（精確），檢索年份：1994年4月—2024年12月3日，得到學(xué)術(shù)論文30篇。同時采用Web of Science核心合集數(shù)據(jù)進(jìn)行英文文獻(xiàn)檢索，檢索條件設(shè)為“Bacillus amyloliquefaciens”和“polysaccharide”（主題），檢索時間為1985-01-01至2024-12-03（出版日期），得到學(xué)術(shù)論文105篇。通過閱讀文獻(xiàn)標(biāo)題和關(guān)鍵詞進(jìn)行人工剔除，再通過文獻(xiàn)管理軟件NoteExpress進(jìn)行去重處理，最終得到中文文獻(xiàn)41篇，英文文獻(xiàn)105篇。

對1998—2024年解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS相關(guān)文獻(xiàn)的年均發(fā)文量和年累計發(fā)文量進(jìn)行分析，結(jié)果（圖1）表明，與解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS有關(guān)的中文文獻(xiàn)年發(fā)文量自2011年開始波動增長，其中以2023年發(fā)文量最多；與解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS相關(guān)的英文文獻(xiàn)年發(fā)文量在2013—2024年呈波動增長趨勢，通過閱讀2022—2024年英文文獻(xiàn)題目和關(guān)鍵詞，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)容多與解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS的生物活性相關(guān)。結(jié)合不同國家發(fā)文量統(tǒng)計結(jié)果（圖2）分析，與解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS相關(guān)的文獻(xiàn)發(fā)文量前3名分別為中國、美國和加拿大，其中，我國開展與解淀粉芽孢桿菌相關(guān)研究的文獻(xiàn)在2021—2022年增幅明顯。

從圖3-A可看出，與解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS研究相關(guān)的英文文獻(xiàn)數(shù)量以《International Journal of Biological Macromolecules》增長最快，且發(fā)文量最多。從圖3-B可看出，與解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS研究相關(guān)的中文文獻(xiàn)數(shù)量以《食品科學(xué)》和《食品與發(fā)酵工業(yè)》增長較快，且發(fā)文量并列第1位。

1.2 作者與機構(gòu)合作情況

從圖4-A可看出，與解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS相關(guān)的中文文獻(xiàn)機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)中有42個節(jié)點及24條連線，其中，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點最大，說明其發(fā)文最多，是中文文獻(xiàn)發(fā)文量最多（4篇）的機構(gòu)。從圖4-B可看出，與解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS相關(guān)的英文文獻(xiàn)機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)中有139個節(jié)點及190條連線，其中，英文文獻(xiàn)機構(gòu)合作從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點大小和網(wǎng)絡(luò)中心性分析，印度的Council of Scientific amp; Industrial Research（CSIR）（中心性為0.02）與中國科學(xué)院（中心性為0.01）分別形成以自身為中心的合作網(wǎng)絡(luò)，同時覆蓋較多大學(xué)；我國南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院發(fā)文量均為6篇，并列第1位，且與國內(nèi)外高校和機構(gòu)合作交流活躍。綜上所述，英文文獻(xiàn)發(fā)文機構(gòu)間合作交流密切，且發(fā)文量較多，影響力較強。

從圖5-A可看出，在中文文獻(xiàn)發(fā)文量團(tuán)隊中，以尹珺伊團(tuán)隊（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院）的中文文獻(xiàn)發(fā)文量最多，其次是李平蘭團(tuán)隊（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)）。其中，尹珺伊團(tuán)隊主要研究解淀粉芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵中草藥有效成分含量的變化及其作為飼料添加劑應(yīng)用的前景［11-14］，在所發(fā)表的文章中，《解淀粉芽孢桿菌抗菌機制研究進(jìn)展》介紹解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)種類及與其分離鑒定提取相關(guān)的內(nèi)容，闡述芽孢桿菌產(chǎn)生的抗菌蛋白和抗菌脂肽在生物防治應(yīng)用中可對植物病原真菌、細(xì)菌和病毒等發(fā)揮抑制作用，且具有對人畜無毒無害、不污染環(huán)境、廣譜性高及不易產(chǎn)生抗性等特點［15］，被引用次數(shù)最多；李平蘭團(tuán)隊主要對解淀粉芽孢桿菌的抗病特性［16］、抗菌特性［17］、產(chǎn)抗菌肽條件優(yōu)化［18］、EPS理化性質(zhì)及免疫調(diào)節(jié)作用［19-20］與菌株篩選［21］等進(jìn)行深入研究，旨在開發(fā)該菌株在生物肥料、生物防治和食品工業(yè)中的應(yīng)用潛力，所發(fā)表的文章中被下載最多的《解淀粉芽孢桿菌H15產(chǎn)抗菌肽的發(fā)酵條件優(yōu)化和提取方法比較研究》介紹了產(chǎn)抗菌肽的發(fā)酵條件及提取方法。從圖5-B可看出，在英文文獻(xiàn)發(fā)文量團(tuán)隊中，Karboune和Salwa團(tuán)隊的發(fā)文量最多，主要探究解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)左旋蔗糖酶及其酶促合成低聚果糖的結(jié)構(gòu)表征和技術(shù)功能［22-26］。

1.3 關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞節(jié)點的中心性反映該節(jié)點在整個圖譜中的作用，作用越大，節(jié)點越重要，節(jié)點與節(jié)點間的連線越粗、越明顯表示二者間聯(lián)系越密切。從圖6-A可看出，與解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS相關(guān)中文關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中有86個節(jié)點及138條連線，其中，EPS、益生菌和固態(tài)發(fā)酵的節(jié)點可作為中心節(jié)點（中心性大于0.10）。從圖6-B可看出，與解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS相關(guān)英文關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中有279個節(jié)點及917條連線，其中，bacillus amyloliquefaciens、expression、biofilm formation、amyloliquefaciens、enzymes、polysaccharide、biosynthesis和strain的節(jié)點可作為中心節(jié)點，且英文關(guān)鍵詞共現(xiàn)的密度大于中文關(guān)鍵詞。

模塊值（Q）和平均輪廓值（S）是評價CiteSpace聚類效果的2個指標(biāo)，Q大于0.3000意味著劃分出來的社團(tuán)結(jié)構(gòu)顯著，S大于0.5000表示聚類合理，當(dāng)S達(dá)0.7000時，表示聚類效率高，結(jié)果令人信服。解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS的聚類分析結(jié)果見圖7、表1和表2。從圖7-A和表1可看出，中文關(guān)鍵詞形成4個聚類，Q＝0.8374，S＝0.9842（平均值），聚類結(jié)果令人信服，且各聚類輪廓值均在0.8000以上，說明各聚類內(nèi)部同質(zhì)性高。從圖7-B和表2可看出，英文關(guān)鍵詞形成13個具有高度相關(guān)性和可擴展性的聚類網(wǎng)絡(luò)，Q=0.7009，S=0.8907，聚類結(jié)果有意義。

通過對比國內(nèi)外基于CiteSpace的關(guān)鍵詞趨勢分析結(jié)果（表1和表2），可得出以下異同點：①無論是國內(nèi)還是國外，研究的焦點均集中在“解淀粉芽孢桿菌”“生物膜”“多糖”等領(lǐng)域；②從“根際定殖”關(guān)鍵詞的流行趨勢來看，國內(nèi)外均在探索將解淀粉芽孢桿菌應(yīng)用于挖掘植物（包括農(nóng)作物）生長潛力；③國內(nèi)可能更側(cè)重于黃芪多糖成分研究，而國際上可能更關(guān)注其在抗腫瘤和抗氧化活性方面的研究。

2 解淀粉芽孢桿菌的EPS產(chǎn)量、結(jié)構(gòu)與產(chǎn)糖機理

2.1 EPS產(chǎn)量

解淀粉芽孢桿菌的EPS產(chǎn)量不僅與自身遺傳特性有關(guān)，還與其生長環(huán)境有關(guān)，不同的碳源、氮源、pH、培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)時間等均會影響EPS產(chǎn)量［27］。由表3可知，培養(yǎng)基中蔗糖含量是影響EPS產(chǎn)量的主要因素。在中性環(huán)境中，解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)的EPS更易積累，在接種量為2.0%～4.0%時解淀粉芽孢桿菌生長較快。由此可見，選擇合適的碳源、氮源、發(fā)酵時間和接種量均對EPS產(chǎn)量產(chǎn)生重大影響。

2.2 解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS的結(jié)構(gòu)

解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物大分子，其分子量和化學(xué)結(jié)構(gòu)因菌株及生長環(huán)境的不同而存在明顯差異。EPS的分子量范圍從數(shù)千Da到數(shù)十萬Da不等，如BAP-1的分子量為17600 Da，而EPS-2的分子量達(dá)41510 Da（表4）。表4總結(jié)了不同來源解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS的組成與結(jié)構(gòu)特征，其中，EPS-K4主要由甘露糖（Man）、鼠李糖（Rha）、半乳糖醛酸（GalA）和葡萄糖（Glu）組成，其摩爾比為82.50∶8.40∶3.25∶2.39；EPS-BA由葡萄糖（Glu）、半乳糖（Gal）和葡萄糖醛酸（GluA）組成，摩爾比為1.60∶1.00∶0.90，說明解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)具有高度多樣性和可變性。

解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS的結(jié)構(gòu)有由→1）-β-D-Fruf-（2→與→1，6）-β-D-Fruf-（2→形成主鏈及支鏈由β-D-Fruf-（2→作為端糖連接在殘基C的6位構(gòu)成［12］（圖8-A）。EPS是一種含有支鏈的左聚糖，含有7個重復(fù)單元，每個重復(fù)單元含5個（2→6）-β-D-果糖基和1個（1，2→6）-β-D-果糖基作為分支點，側(cè)鏈連接1個2-β-D-果糖基（圖8-B）。但不同研究中解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS的組成和結(jié)構(gòu)存在明顯差異，且這種差異可能與菌株的遺傳背景或生長條件有關(guān)。Gangalla等［27］研究表明，EPS由α-D-甘露吡喃糖（α-D-Manp）和β-D-半乳吡喃糖（β-D-Galp）單糖單元組成，這些單糖通過糖苷鍵連接形成多糖結(jié)構(gòu)（圖8-C）。

2.3 解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS的機理

解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS是一個復(fù)雜而有序的生物合成過程，涉及底物攝取、酶促反應(yīng)、多糖鏈延長及分泌等多個步驟，并通過嚴(yán)格的調(diào)控與協(xié)調(diào)，確保多糖分子具有特定的結(jié)構(gòu)和功能，如微生物通過將ESP分泌到環(huán)境中以封裝單個細(xì)胞來保護(hù)免受極端pH、抗生素或干燥等環(huán)境壓力條件的影響；微生物的EPS在宿主—病原體相互作用及生物膜中發(fā)揮重要作用［39-40］。通過對解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS機理的探究，可為開發(fā)新型生物材料、改善食品質(zhì)構(gòu)及促進(jìn)宿主健康提供重要的理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

微生物多糖的生物合成是通過不同糖基轉(zhuǎn)移酶將各種核苷酸糖單體依次組裝到脂質(zhì)載體上形成重復(fù)單元，然后聚合并輸出，包括3個步驟（圖9）。（1）細(xì)胞內(nèi)部核苷酸糖的合成過程：以蔗糖為起始物質(zhì)，經(jīng)特定轉(zhuǎn)運蛋白送入細(xì)胞后，蔗糖被蔗糖酶識別并催化分解成葡萄糖和果糖，這些分解產(chǎn)物即為核苷酸糖，是構(gòu)成多糖鏈的基本單元［41］。（2）多糖結(jié)構(gòu)單元的擴展、連接和修飾過程：在寡糖鏈形成過程中，活化的糖基供體在糖基轉(zhuǎn)移酶作用下，通過形成糖苷鍵與受體分子結(jié)合，創(chuàng)建新的糖苷鍵。糖基轉(zhuǎn)移酶還能在特定位置添加糖基單元，形成具有特定結(jié)構(gòu)的寡糖結(jié)構(gòu)單元，最終形成多糖鏈［41］。（3）多糖向細(xì)胞外環(huán)境的運輸過程［42］：多糖跨膜運輸或釋放過程可能在生物合成的各階段發(fā)生，需依賴特定的多組分轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。實際上，核苷酸糖合成酶不僅參與核苷酸糖合成，還決定多糖中單體糖的種類。結(jié)構(gòu)單元的聚合與修飾是糖基轉(zhuǎn)移酶（GT）和糖基水解酶（GH）將活化核苷酸糖添加到多糖鏈上的關(guān)鍵步驟，在多糖合成過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

許多微生物均能合成EPS，且每種EPS均具有獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和專門的生物合成途徑?？傮w而言，根據(jù)單體的組成和最終聚合物的定位，微生物多糖主要存在Wzx/Wzy路徑、ABC轉(zhuǎn)運蛋白路徑、合成酶依賴的生物合成路徑及（iv）細(xì)胞外蔗糖酶依賴的生物合成路徑4種分泌機制（圖10）［43］。其中，在Wzx/Wzy路徑，特定的糖基轉(zhuǎn)移酶（GTs）將活化糖核苷酸單體連接到內(nèi)膜上的十一碳烯基二磷酸（Und-P）載體上，形成重復(fù)單元，隨后被Wzx蛋白轉(zhuǎn)移到周質(zhì)空間，由聚合酶Wzy識別并聚合，最后通過OPX蛋白將多糖分泌到細(xì)胞外；在ABC轉(zhuǎn)運蛋白路徑，線性多糖在GT和聚合酶作用下在Und-P載體上形成，最終由ABC轉(zhuǎn)運體（Wza蛋白）將多糖鏈運輸出細(xì)胞；與ABC和Wzx/Wzy路徑不同，合成酶依賴的生物合成路徑通過特定的GT樣結(jié)構(gòu)域僅聚合單一類型的單糖，形成由特定單糖構(gòu)成均質(zhì)多糖，并通過細(xì)胞膜的運輸機制分泌出細(xì)胞；細(xì)胞外蔗糖酶依賴的生物合成路徑通過裂解底物來組裝均質(zhì)多糖或特定的寡糖，并利用單體進(jìn)行聚合。

3 解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS的生物活性

3.1 抗氧化

解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS作為一種新的天然抗氧化劑來源，對DPPH自由基、羥基自由基和超氧自由基［7-8］及亞鐵離子［8，44］等均具有較好的清除作用及總還原能力［30，45］。EPS主要由半乳糖、葡萄糖和果糖等單糖組成，能穩(wěn)定地為DPPH自由基提供電子，并中和超氧陰離子能力超越中性多糖。EPS中的羥基可為羥基自由基提供氫原子，從而減輕其氧化作用。EPS中存在大量可吸附電子的物質(zhì)，如醛和酮，可增強其中和超氧自由基的能力。此外，EPS可通過其活性金屬結(jié)合位點與亞鐵離子螯合來抑制氧化反應(yīng)，有效抑制其可能引發(fā)的氧化過程。

3.2 抗炎癥

解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS能通過調(diào)整腸道微生物組成以降低炎癥反應(yīng)，還能通過減少炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生或降低刺激炎癥介質(zhì)產(chǎn)生的因素而發(fā)揮抗炎作用［3-4］。EPS主要通過降低5-脂氧合酶（5-LOX）和環(huán)氧化酶-2（COX-2）2種關(guān)鍵酶的活性并減少其表達(dá)量達(dá)到抗炎效果。此外，EPS通過促進(jìn)包括腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白細(xì)胞介素1（IL-1）和白細(xì)胞介素6（IL-6）在內(nèi)的炎癥介質(zhì)及包括白細(xì)胞介素10（IL-10）在內(nèi)的抗炎介質(zhì)釋放而啟動抑制炎癥過程［3］。因此，EPS具有治療或緩解炎癥癥狀的潛在應(yīng)用價值，且可通過測量ESP抑制5-LOX和COX-2的能力來評估EPS抗炎特性。

3.3 抑菌

EPS是細(xì)菌在進(jìn)化過程中為適應(yīng)環(huán)境而產(chǎn)生的獨特分子，具有重要的生物膜形成作用。解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS通過與細(xì)菌細(xì)胞壁或細(xì)胞膜結(jié)合而破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致胞內(nèi)物質(zhì)外泄，從而降低細(xì)菌的代謝活性，達(dá)到抑菌效果。已有研究表明，EPS對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌均具有一定的抗菌活性［1-2］，其中，EPS能與革蘭氏陽性菌的細(xì)胞壁發(fā)生相互作用，相對于缺乏細(xì)胞壁的革蘭氏陰性菌，EPS對革蘭氏陽性菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞能力更強，可導(dǎo)致其細(xì)胞凋亡。因此，EPS對革蘭氏陽性菌的抑制效果更顯著［2］。

3.4 抗腫瘤

解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS通過多種機制的聯(lián)合作用，可顯著提升其抗腫瘤效果［6，46-47］。主要是由于EPS含有硫酸化基團(tuán)和葡糖醛酸等特殊成分，賦予了EPS抗氧化和抗炎特性，能有效抑制小鼠體內(nèi)的促炎反應(yīng)，預(yù)防腫瘤發(fā)生［38］。EPS的另一項功能是通過免疫調(diào)節(jié)促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖，激活T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-2、IFN-γ和TNF-α等多種細(xì)胞因子，從而增強機體的免疫反應(yīng)［48］。此外，EPS具有干擾腫瘤細(xì)胞線粒體膜電位的作用，導(dǎo)致線粒體功能障礙，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，實現(xiàn)抗腫瘤效果［5］。同時，EPS因其抗炎和抗氧化特性而有助于減輕活性氧（ROS）對遺傳物質(zhì)的損傷，并在一定程度上防止ROS對細(xì)胞增殖產(chǎn)生影響或引起DNA損傷［9］。Chen等［5］開展EPS抗腫瘤活性研究，發(fā)現(xiàn)其能抑制芳香化酶和COX-2與癌癥相關(guān)因子的表達(dá)，同時激活抗氧化功能及促進(jìn)COX-1與孕酮合成，增強機體的防御機制。

4 結(jié)語

解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS的結(jié)構(gòu)、活性及應(yīng)用是各國學(xué)者關(guān)注的熱點，其中我國學(xué)者研究獲得的成果較多；培養(yǎng)基中的蔗糖含量是影響解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS產(chǎn)量的重要因素，EPS的基本組成成分為葡萄糖；解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS具有抗炎癥、抗病毒和抗腫瘤等多種生理活性。今后，解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)EPS條件與其結(jié)構(gòu)、功能、安全性間的關(guān)系還需進(jìn)一步探究，以明確其更多活性；隨著人們對解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)糖機理及EPS作用機理研究的不斷深入，EPS應(yīng)用于諸多食品產(chǎn)品中的潛力將得以挖掘。

參考文獻(xiàn)：

［1］ Le C，Doan T，Le P，et al. Isolation，identification，and characterization of tetrodotoxin producing Bacillus amyloliquefaciens B1 originated from Carcinoscorpius rotundi-cauda［J］. Journal of Pure and Applied Microbiology，2023，17（2）：1179-1192.

［2］ Zhang J，Yue X，Zeng Y，et al. Bacillus amyloliquefaciens levan and its silver nanoparticles with antimicrobial properties［J］. Biotechnology amp; Biotechnological Equipment，2018，32（6）：1583-1589.

［3］ Jenab A，Roghanian R，Emtiazi G. Bacterial natural compounds with anti-inflammatory and immunomodulatory properties（Mini review）［J］. Drug Design Development and Therapy，2020，14：3787-3801.

［4］ 李世杰. 解淀粉芽孢桿菌TL影響肉雞炎癥相關(guān)因子表達(dá)的研究［D］. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2022.

［5］ Chen Y T，Yuan Q，Shan L T，et al. Antitumor activity of bacterial exopolysaccharides from the endophyte Bacillus amyloliquefaciens sp. isolated from ophiopogon japonicus［J］. Oncology Letters，2013，5（6）：1787-1792.

［6］ Ibrahim A Y，Youness E R， Mahmoud M G，et al. Acidic exopolysaccharide produced from marine Bacillus amyloliquefaciens 3MS 2017 for the protection and treatment of breast cancer［J］. Breast Cancer-Basic and Cli-nical Research，2020，14：1178223420902075.

［7］ Yang H X，Deng J J，Yuan Y，et al. Two novel exopolysaccharides from Bacillus amyloliquefaciens C-1：Antioxi-dation and effect on oxidative stress［J］. Current Microbiology：An International Journal，2015，70（2）：298-306.

［8］ Selim M S，Mohamed S S，Asker M S，et al. Characte-rization and in-vitro Alzheimer’s properties of exopolysaccharide from Bacillus maritimus MSM1［J］. Scientific Reports，2023，13（1）：11399.

［9］ de Groot H. Reactive oxygen species in tissue injury［J］. Hepato-Gastroenterology，1994，41（4）：328-332.

［10］ 賈偉娟，宋麗麗，張玲艷，等. 解淀粉芽孢桿菌在畜牧業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展［J］. 中國微生態(tài)學(xué)雜志，2022，34（1）：121-125.

［11］ 劉秋瑾，尹珺伊，張軍，等. 黃芪、板藍(lán)根固態(tài)發(fā)酵中有效成分變化［J］. 現(xiàn)代畜牧科技，2022（4）：9-11.

［12］ 尹珺伊，侯美如，王巖，等. 日糧添加發(fā)酵黃芪對肉雞生長及免疫性能的影響［J］. 中國家禽，2017，39（3）：58-61.

［13］ 田秋豐，張紅，尹珺伊，等. 復(fù)方中草藥生物發(fā)酵對其活性成分的影響［J］. 黑龍江畜牧獸醫(yī)，2023（8）：116-121.

［14］ 尹珺伊，劉秋瑾，劉雪松，等. 解淀粉芽孢桿菌發(fā)酵對板藍(lán)根中（R，S）-告依春含量的影響［J］. 現(xiàn)代畜牧獸醫(yī)，2022（10）：7-10.

［15］ 陳楠楠，秦平偉，尹珺伊，等. 解淀粉芽孢桿菌抗菌機制研究進(jìn)展［J］. 中國微生態(tài)學(xué)雜志，2018，30（12）：1464-1469.

［16］ 張瑩，秦宇軒，尚慶茂，等. 解淀粉芽孢桿菌L-H15的促生與抗病特性研究［J］. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2017，48（12）：284-291.

［17］ 王卉，游成真，秦宇軒，等. 解淀粉芽孢桿菌L-S60生物學(xué)特性及其固態(tài)發(fā)酵工藝研究［J］. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，21（9）：133-142.

［18］ 韓玉竹，鄧釗，張寶，等. 解淀粉芽孢桿菌H15產(chǎn)抗菌肽的發(fā)酵條件優(yōu)化和提取方法比較研究［J］. 食品科學(xué)，2015，36（15）：135-141.

［19］ 韓玉竹，劉恩岐，李彥巖，等. 芽孢桿菌活性多糖的分離純化及合成基因研究［J］. 食品科學(xué)，2014，35（11）：179-184.

［20］ 范熠，劉麗莎，韓玉竹，等. 解淀粉芽孢桿菌胞外多糖的理化性質(zhì)及免疫調(diào)節(jié)作用［J］. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014，19（1）：131-136.

［21］ 張彩，李彥巖，范熠，等. 一株產(chǎn)多糖芽孢桿菌的篩選與鑒定［J］. 中國釀造，2012，31（10）：82-85.

［22］ Tian F， Khodadadi M， Karboune S. Optimization of levansucrase/endo-inulinase bi-enzymatic system for the production of fructooligosaccharides and oligolevans from sucrose［J］. Journal of Molecular Catalysis B-Enzymatic，2014，109：85-93.

［23］ Karboune S，Seo S，Li M，et al. Biotransformation of sucrose rich maple syrups into fructooligosaccharides，oligolevans and levans using levansucrase biocatalyst：Bioprocess optimization and prebiotic activity assessment［J］. Food Chemistry，2022：382.

［24］ Sahyoun A M，Min M W，Xu K，et al. Characterization of levans produced by levansucrases from Bacillus amyloliquefaciens and Gluconobacter oxydans：Structural，techno-functional，and anti-inflammatory properties［J］. Carbohydrate Polymers，2024：323.

［25］ Malick A，Khodaei N，Benkerroum N，et al. Production of exopolysaccharides by selected Bacillus strains：Optimization of media composition to maximize the yield and structural characterization［J］. International Journal of Biological Macromolecules，2017，102：539-549.

［26］ Hill A，Karboune S，Mateo C. Investigating and optimi-zing the immobilization of levansucrase for increased transfructosylation activity and thermal stability［J］. Process Biochemistry，2017，61：63-72.

［27］ Gangalla R，Gattu S， Palaniappan S，et al. Structural characterisation and assessment of the novel Bacillus amyloliquefaciens RK3 exopolysaccharide on the improve-ment of cognitive function in Alzheimer's disease mice［J］. Polymers（Basel），2021，13（17）：2842.

［28］ 宋倩倩，李蘇冉，胡宇辰，等. 一株解淀粉芽孢桿菌胞外多糖的分離純化及其抗氧化性研究［J］. 天津理工大學(xué)學(xué)報，2022，38（5）：27-36.

［29］ 鄺嘉華，黃燕燕，胡金雙，等. 解淀粉芽孢桿菌DMBA-K4高產(chǎn)胞外多糖的發(fā)酵條件優(yōu)化及其抗氧化活性研究［J］. 食品與發(fā)酵工業(yè)，2020，46（22）：28-35.

［30］ Zhao W，Zhang J，Jiang Y Y，et al. Characterization and antioxidant activity of the exopolysaccharide produced by Bacillus amyloliquefaciens GSBa-1［J］. Journal of Microbiology and Biotechnology，2018，28（8）：1282-1292.

［31］ 趙雯，騰軍偉，張健，等. 解淀粉芽孢桿菌GSBa-1胞外多糖的發(fā)酵制取、流變學(xué)特性和應(yīng)用［J］. 食品科學(xué)，2017，38（16）：1-9.

［32］ 張麗姣. 解淀粉芽孢桿菌胞外多糖發(fā)酵優(yōu)化及功能研究［D］. 天津：天津科技大學(xué)，2015.

［33］ 李彥巖，張彩，范熠，等. 一株解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)糖條件的優(yōu)化［J］. 食品科學(xué)，2013，34（7）：185-189.

［34］ 陳聰. 蘇云金芽孢桿菌發(fā)酵培養(yǎng)基配方的優(yōu)化［D］. 福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2004.

［35］ 李佳欣，楊玉霞，陶然，等. 微生物產(chǎn)胞外多糖研究進(jìn)展［J］. 糧油食品科技，2024，32（5）：169-176.

［36］ 蔡國林. 解淀粉芽孢桿菌胞外多糖的結(jié)構(gòu)及其益生作用機制［D］. 無錫：江南大學(xué)，2020.

［37］ 宋倩倩. 解淀粉芽孢桿菌SQ-2所產(chǎn)胞外聚合物研究［D］. 天津：天津理工大學(xué)，2022.

［38］ El-Newary S A， Ibrahim A Y，Asker M S，et al. Production，characterization and biological activities of acidic exopolysaccharide from marine Bacillus amyloliquefaciens 3MS 2017［J］. Asian Pacific Journal of Tropical Medicine，2017，10（7）：715-725.

［39］ Corbett David，Roberts Ian S. The role of microbial polysaccharides in host-pathogen interaction［J］. F1000 Biology Reports，2009，1：30.

［40］ Limoli D H，Jones C J，Wozniak D J. Bacterial extracellular polysaccharides in biofilm formation and function［J］. Microbiology Spectrum，2015，3（3）：223-247.

［41］ Woldemariam Y K，Wan Z，Yu Q L，et al. Prebiotic，probiotic，antimicrobial，and functional food applications of Bacillus amyloliquefaciens［J］. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2020，68（50）：14709-14727.

［42］ Liu J J，Hou Y K，Wang X，et al. Recent advances in the biosynthesis of fungal glucan structural diversity［J］. Carbohydrate Polymers，2024，329：121782.

［43］ Schmid J. Recent insights in microbial exopolysaccharide biosynthesis and engineering strategies［J］. Current Opinion in Biotechnology，2018，53：130-136.

［44］ Leung P H，Zhao S A，Ho K P，et al. Chemical properties and antioxidant activity of exopolysaccharides from mycelial culture of Cordyceps sinensis fungus Cs-HK1［J］. Food Chemistry，2009，114（4）：1251-1256.

［45］ Tsiapali E，Whaley S，Kalbfleisch J，et al. Glucans exhibit weak antioxidant activity，but stimulate macrophage free radical activity［J］. Free Radical Biology and Medicine，2001，30（4）：393-402.

［46］ Hosseingholi E Z，Neghabi N，Molavi G，et al. In silico identification and characterization of antineoplastic asparaginase enzyme from endophytic bacteria［J］. IUBMB Life，2020，72（5）：991-1000.

［47］ Lu J Y，Zhou K，Huang W T，et al. A comprehensive genomic and growth proteomic analysis of antitumor lipopeptide bacillomycin Lb biosynthesis in Bacillus amyloliquefaciens X030［J］. Applied Microbiology and Biotechnology，2019，103（18）：7647-7662.

［48］ 張先，高向東. 腫瘤微環(huán)境：多糖抗腫瘤治療的新靶點［J］. 中國藥科大學(xué)學(xué)報，2010，41（1）：1-10.

（責(zé)任編輯 思利華）

收稿日期：2024-12-10

基金項目：廣西大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（S202310593302）；廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目（2024KY1067）；四川省哲學(xué)社會科學(xué)重點研究基地川菜發(fā)展研究中心研究項目（CC24G1）

通信作者：楊磊（1981-），女，碩士，高級工程師，副教授，主要從事食品科學(xué)及食品微生物與標(biāo)準(zhǔn)化研究工作，E-mail：15977723619@163.com

第一作者：韋豐成（2001-），男，研究方向為食品微生物，E-mail：3073568224@qq.com