●研究背景
胞外多糖（EPS）是由细菌、酵母、藻类、真菌等产生的多糖，目前已证实多种益生菌可产生EPS。源自益生菌的EPS在食品、制药、废水处理和纺织行业具有多种应用潜力，但对其具体的结构、功能的研究却较少。近日，伊朗研究人员Hadi Pourjafara在Critical Reviews in Food Science and Nutrition期刊发表相关综述论文，旨在全面讨论源自益生菌EPS的提取，纯化，结构，分类，功能益处，以及在食品工业中的安全性，毒理学和潜在应用。
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成果介绍
1. 益生菌EPS的结构和分类
EPS由连续的寡糖单元组成，寡糖单元主要是半乳糖、葡萄糖、果糖、鼠李糖、阿拉伯糖、木糖和甘露糖等。益生菌微生物可以产生多种不同结构的EPS。益生菌来源的EPS的性质主要与菌株、培养基成分和环境条件有关。源自益生菌的EPS分为两种：同多糖(HoPS)和杂多糖(HePS)。由于单体成分和键合位置的不同，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的重复单元。同时，HoPS 和 HePS 在合成酶和合成位置方面也不同。通过益生菌微生物合成EPS可发生在胞内和胞外。HoPS在整个聚合过程中通过细胞外果糖基转移酶和糖基转移酶进行插入，糖残留物被切割成单体并通过糖基转移酶在细胞外积累成聚合物；而HePS的合成依赖于Wzx/Wzy途径，其中除了聚合之外，其他过程都发生在细胞内。来自益生菌的EPS的数量和类型取决于多种因素，包括益生菌种类、培养基的类型、影响益生菌在环境中生长和活性的内部因素等。
图1. 益生菌EPS的分类
2. 益生菌EPS的提取纯化
在传统发酵食品中有诸多益生菌可产生EPS，从这些食物中分离出的益生菌产生的EPS也具有显著优势，同时具有良好的功能特性。目前研究人员也在着力寻找具有优良抗性的新型菌株去分离提取EPS。
对EPS的生产而言，主要包括分离益生菌，初始培养，对其改良和接种，去除不需要的化合物，最后提取和纯化多糖。目前已经研究出多种用于益生菌EPS 的生产、分离和纯化的方法。对于EPS的分离和回收，通常使用液体培养基，之后初步离心从培养基中分离益生菌并使用三氯乙酸或蛋白酶等试剂沉淀去除蛋白质。随后，将EPS溶解在蒸馏水中，对进行透析以去除低分子量碳水化合物。最后，将纯化的EPS冷冻干燥保存。此外，也可以进行更多的纯化阶段，例如使用离子交换色谱柱进一步纯化分离。
图2. 从益生菌中提取和纯化EPS的步骤
3. 益生菌EPS的分析、表征、活性测定
目前，研究人员使用气相色谱、气相色谱质谱联用、薄层色谱和高效液相色谱确定EPS的单糖组成及连接方式；用FT-IR光谱法和核磁共振法测定EPS的分子结构；通过TEM和X射线衍射图显示EPS的微观形态；通过测试其Zeta 电位、粒度及流变特性来提高其在食品中的应用。研究表明，从植物乳杆菌C88中分离出来的EPS具有抗氧化活性，通常测定其清除羟基和DPPH自由基的能力。其次，部分EPS具有抗病原微生物活性，通过圆盘扩散试或测量最低抑菌浓度来反映。
4. 益生菌EPS的功能益处
益生菌EPS具有多种功能特性：（1）抗氧化活性，部分EPS能够在高温下保持其抗氧化活性，对于其在食品工业的应用至关重要；（2）抗菌活性，其抗菌机制为阻断负责细胞壁肽聚糖生物合成的酶或通过阻断糖摄取系统来阻止营养物质的摄取，从而导致细胞死亡；（3）抗炎活性，研究表明摄入EPS可增加具有抗炎特性的短链脂肪酸浓度；（4）免疫调节活性，EPS 通过不同的机制调节先天性和适应性宿主免疫，包括促进T和B淋巴细胞的增殖并激活免疫细胞；（5）抗癌活性，据报道，海洋来源益生菌戊糖片球菌M41的EPS-M4可抑制Caco-2和 MCF-7肿瘤细胞的增殖；（6）降胆固醇和抗糖尿病活性，研究表明，源自副干酪乳杆菌M7的EPS在体外将胆固醇水平降低至70.78%；（7）抗菌膜活性；据报道，从嗜酸乳杆菌A4菌株中提取的EPS对大肠杆菌、沙门氏菌、铜绿假单胞菌蜡状芽孢杆菌等具有抗性；（8）抗溃疡作用；（9）抗毒素活性。
5. 益生菌EPS安全性及在食品工业中的应用
益生菌EPS作为食品级生物改良剂和添加剂的替代品，在农业食品中有着广阔的应用前景。在乳制品行业，EPS因其稳定、乳化或凝胶特性而被用作生物增稠剂；添加EPS可增强烘焙产品的质地、可加工性、粘弹性、冷冻储存期间的稳定性和保质期；EPS具有成膜属性，可用于制造功能性可食用包装和涂层。尽管现有证据表明EPS具有多种功效，但需确保其安全性和毒理性。据报道，益生菌培养中可能产生有害代谢物，例如生物胺、偶氮还原酶、硝基还原酶等物质。因此，未来需要对EPS的体外、体内安全性进行全方位评估。
图3. 益生菌EPS在农业食品领域的应用
● 结论和展望
现研究表明，源自益生菌的EPS在促进健康以及工业应用方面具有多种优势。大量研究还证实了益生菌EPS的免疫调节、抗病原体、抗氧化、抗炎、抗生物膜等活性。然而，大多数研究都基于体外进行，有必要进行体内研究以证明这些化合物对人体的健康影响。同时，EPS的商业化产量比较低，未来需要进一步研究提高EPS的产量，以促进其在食品、农业领域的发展。
参考文献
Functional and health-promoting properties of probiotics’ exopolysaccharides; isolation, characterization, and applications in the food industry
文章链接：https://doi.org/10.1080/10408398.2022.2047883
来源：食品加 智食科技
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