海洋微生物多糖研究概况

【摘要】随着人类知识领域的扩展、对海洋了解的深入，人类开始从海洋生物中提取有益人体健康的物质。海洋微生物作为海洋生物的一大类，其生长过程中产生大量次级代谢产物，高压高盐低光照寡营养的生长环境为次级代谢产物的多样性提供了条件。海洋中存在大量真菌，细菌和放线菌，所以产生了不同于陆地的结构新颖的微生物多糖。海洋微生物多糖表由于结构和功能特异性，至今研究进展和利用率较低，成果转换速度比较慢，被认为是药物发现的新型天然产物重要来源。大多数海洋多糖来源于天然来源，如岩藻依聚糖，藻酸盐，角叉菜胶，琼脂糖，卟啉，超凡，毛兰，几丁质，壳聚糖和壳寡糖。最近，海洋多糖类纳米材料的研究和开发，作为纳米技术的应用受到了广泛关注。海洋多糖类纳米材料具有良好的生物相容性，可生物降解性，无毒性，低成本和丰富性。

【关键词】海洋微生物  次级代谢产物  海洋多糖

1.1微生物胞内多糖研究概况

海洋微生物发酵方式一般分为固体培养和液体培养，培养基的碳源、氮源、温度、湿度、pH、无机盐成分、溶氧量等都会对微生物的发酵构成影响，所以对微生物多糖的产率和结构会构成影响。微生物胞内多糖一般采取热水提取法。例如Ke-FengWang等人通过离心从酪醇诱导的培养物中分离菌丝体，物料比为1：30，热水（90℃）提取2小时3次。通过离心和过滤收集上清液，通过减压蒸发浓缩，并用4体积的95%乙醇在4℃过夜沉淀，粗品经过离心，洗涤，透析浓缩等方法得到纯品多糖IPS-T。从菌丝体中分离的细胞内蛋白质—多糖（IPS）是一种高效的抗肿瘤剂和免疫调节剂。王宏雨等人把姬松茸菌丝体按物料比1：10比例，100摄氏度热水提取4小时，浓缩醇沉得到粗品多糖，进一步除蛋白分离纯化得到纯品胞内多糖。

将菌丝体发酵液发酵液离心、浓缩、醇沉、纯化得到纯品胞外多糖。对胞外多糖和胞内多糖进行抗氧化活性研究，DPPH自由基和ABTS自由基的清除能力比较发现，浓度为15mg/m L时胞内多糖活性明显优于胞外多糖。本实验中采取的方法为热水提取法，将菌丝体蒸馏水清洗干净，50摄氏度烘箱烘干，经过高速粉碎机研磨，将菌丝体粉末至于90摄氏度热水，物料比为1：10，提取3次，将提取液混合，浓缩醇沉，烘干后得粗品多糖。将多糖经过强阴离子交换柱和凝胶柱，得到纯品多糖，测其纯度，进行结构分析，理化性质测定，抗氧化活性测定。

1.2微生物胞外多糖研究概况

尽管分泌胞外多糖的能力在微生物中广泛存在，但只有少数细菌（例如黄原胶，葡聚糖）和真菌胞外多糖实现完全商业化。在过去几年中，其他微生物胞外多糖产量和活性研究，一直是热门研究内容，包括内生菌，极端微生物，微藻和蓝藻以及混合微生物聚生体。

这些研究已经证明这种微生物或者共生体，产生具有新型化学结构和独特功能性的生物聚合物的巨大潜力。微生物胞外多糖是许多科学领域的研究课题，特别侧重于优化其生产过程，阐明其微生物胞外多糖的功能，鉴定参与微生物胞外多糖的生物合成途径以及基于其独特性质开发应。在这些研究领域中，已经报道了大量微生物胞外多糖结構的多样性，其中仅有少数是具有众所周知的工业多糖的黄原胶，果聚糖，葡聚糖和普鲁兰多糖可观的市场，工业发展的潜力巨大。

与其他天然来源相比，微生物通常具有生长周期短，并且其提取更简单等特点。微生物生物过程在发酵罐中进行，可以使用废物作为原料，节约粮食。最近有越来越多的关于由具有新颖分子结构的不同分类群体的生产者分泌的EPS发现的报道。因此，这些天然生物聚合物的生产过程具有很大的发展潜力，尽管它们的工业化面临许多挑战并且进展缓慢。

微生物EPS生产者包括真核生物（浮游植物，真菌，藻类）和原核生物（真细菌和古细菌）。尽管还没有完全阐明其活性，但已经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，抗肿瘤，抵抗环境压力（例如渗透压，温度或pH，紫外线损害，重金属，氧化剂，干燥）。

分泌多糖的能力广泛分布于细菌中，包括一般链球菌属，黄单胞菌属和醋杆菌属。乳酸菌产生的水溶性葡聚糖，通常用于不同的食品制造。食品和药物管理局批准了葡聚糖和凝胶多糖，用于食品，化妆品和医疗应用。

一些细菌，包括醋杆菌属，葡糖醋杆菌属和根瘤菌属的种属可分泌纤维素，一种具有高机械强度和低密度以及高吸水能力的水不溶性生物聚合物。

黄单胞菌属产生黄原胶，1969年，黄原胶获FDA批准用于食品。目前，它是全球水胶体市场上唯一重要的微生物生物聚合物，以不同的纯度等级销售，用于从食品到药物和石油回收等各个领域。

兽疫链球菌产生透明质酸（HA），其由葡萄糖醛酸和N-乙酰葡糖胺的重复二糖单元组成的线性聚合物，用于化妆品，医药和医药领域。

结冷胶是由葡萄糖，鼠李糖和葡糖醛酸组成。结冷胶经FDA批准，用于食品，化妆品，牙科护理和生物医学等多种应用。许多从极端栖息地（例如南极生态系统，盐湖，地热泉）中分离出来的细菌，如假交替单胞菌属，芽孢杆菌属，盐生哈尔单胞菌属和弧菌属也被确定为结冷胶生产者。

微生物胞外多糖广泛分布于真菌中，包括属于金黄色葡萄球菌，念珠菌属，隐球菌属等许多其他成员。它们大多数是同聚糖，但杂多糖也很常见。尽管在真菌胞外多糖中发现了巨大的化学结构多样性，并且报道了它们的生物活性，但它们仍然未被充分认知。

灵芝，茯苓，银耳的许多高等真菌胞外多糖具有包括抗氧化剂，抗肿瘤，免疫刺激和抗微生物性质的生物活性。

微藻也被认为是一种微生物，微藻产生的多糖是一个新兴市场，预计全球每年增长10%。它们用于生产家畜饲料和鱼粉，有机肥料和高价值提取物，如天然色素，营养食品和抗氧化剂。产生的主要种类是节旋藻小球藻，杜氏盐藻和紫球藻等。微藻产生的多糖的特征具有复杂的化学结构，结构中往往还有稀有糖类，如岩藻糖，鼠李糖和核糖。

糖醛酸和硫酸根结构在藻类多糖中非常普遍，这进一步有助于它们独特的性质。由于与从其他天然来源获得的多糖相比，许多微生物多糖由于其新颖和独特的性质而具有很大的发展潜力。然而，为了使它们的工业化和商业化变得有吸引力，不仅需要更多的努力进入发酵阶段，以提高生产率和降低生产成本，而且主要是聚合物表征和它们在高分子量聚合物中应用的概念验证。这些领域的产品质量和功能特性远远超过生产成本。因此，开发新型微生物EPS的最大潜力在于那些高价值的市场领域。

作者简介：刘山 工作单位：齐鲁医药学院 职称：助教 学历：硕士研究生 研究方向：海洋天然药物化学。