1 微生物多糖的一般结构
由于微生 物 多 糖 的 多 样 性，因 此 在 此 讨 论 一 些 有商业利 用 价 值 的 多 糖。 一 般 来 说，微 生 物 多 糖 可 分为重复单元聚合物（ 如，黄原胶和 K30 抗原） 、重复 聚合物（ 纤维素） 和非重复聚合物（ 海藻酸） （ ［4－6］ 见表 1） 。除了主链之外，有的还具有分支结构，分支结构 会影响多 糖 的 性 质，另 外，有 些 多 糖 还 含 有 非 糖 成 分，通常是 氨 基 酸 和 有 机 酸 的 酯 化 或 者 酰 化 形 式。 虽然 已 知 的 微 生 物 多 糖 残 基 已 超 过 了 100 多 种 单 体，而 分 支 结 构 并 不 知 道，但 在 实 践 中，人 们 都 倾 向 于研究由 2 ～4 个不同单体组成的，重复单元 2 ～8 个 的杂多糖。大 多 数 情 况 下，这 些 单 体 是 以 D － 葡 萄 糖、D－ 半乳糖、D－ 甘露糖、L－ 岩藻糖，以及 L－ 鼠李糖 的吡喃糖形 式 存 在 的，而 戊 糖 则 普 遍 存 在 于 真 核 生 物中。在多糖结构中的另一个特点是大多数微生物 多糖都存在不同 程度的乙酰基取代度，比如天然存 在的结冷胶其葡萄糖单 体 上 就 被 乙 酰 基 和 甘 油 基 取代［7－9］。
土壤杆菌属， 根瘤菌属，
纤维单胞菌属
鞘脂单胞菌属
代血浆和 色谱材料
食品添加剂
培养基添加物， 食品添加剂
糖基转移
出芽短梗霉
食品添加剂等
多糖聚合酶
大肠杆菌
纤维素 合成酶
透明质酸 合成酶
α 变形菌门， β 变形菌门， 革兰氏阳性菌
链球菌属， 多杀巴斯德菌
无 食品等 化妆品等
可形成各种各样的可能构象，每个己糖在其 2，3，4 或 6 位上都可通过 α 或 β 糖苷键连接上一个残基。 所以说，微生物多糖的结构具有多样性。
Research progress on microbial polysaccharide
ZHU Gui－ lan1，2 ，TONG Qun－ yi2 （ 1.Department of Life Science，Hefei Normal University，Hefei 230601，China； 2.College of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）
对于测 定 未 知 的 多 糖 结 构 是 一 件 非 常 困 难 的 事。分析多 糖 的 结 构 首 先 要 了 解 它 的 单 糖 组 成，一 般用酸水 解。 但 现 在 更 多 的 是 用 酶 来 水 解，水 解 混 合液中的单糖用薄层层析、GLC、HPLC 等方法进行 分析。但在 检 测 过 程 中，初 级 结 构 和 修 饰 单 糖 的 结 构等有关的 信 息 可 能 在 水 解 过 程 中 消 失，所 以 必 须 采取不改变 单 糖 化 学 结 构 的 检 测 方 法，分 析 相 邻 单 糖基连接方式，常采用高碘酸及其盐的氧化和 Smith 降解反应。近年来，NMR 的快速发展，为测定多糖的 结构提供了很大的方便，如利用 NMR 技术可得到多 糖结构中单 糖 残 基 的 类 型，各 糖 残 基 间 的 连 接 位 置 和连接顺序 等 诸 多 信 息，甚 至 是 某 些 多 糖 结 构 的 全 部信息［10－11］。
Key words： microbial polysaccharide； biologicial synthesis； application
中图分类号：TS201.3
文献标识码：A
文 章 编 号：1002－0306（2012）06－0444－05
多糖是多个单糖或其衍生物聚合而成的大分子 物质，微生物多糖包括某些细菌，真菌和蓝藻类生产 的多糖，主要以三种形式在自然界存在： 粘附在细胞 表面上、分 泌 到 培 养 基 中、构 成 细 胞 成 分［1－3］。微 生 物多糖是微生物发酵工业的新产品，它比动物多糖、 植物多糖有 更 广 泛 的 应 用，而 且 它 的 生 产 受 地 理 环 境、气候、自然灾害等因素的影响较小，生产周期短， 产量及质量都很稳定，性价比较高，其各方面的性能 不仅优良而且有着其他多糖不具备的特殊功能。因 此它在很大程度上能满足人们对天然无公害食品的 需求。随着 对 微 生 物 多 糖 研 究 的 深 入，世 界 上 的 微 生物多糖产量的年增长量均在 10% 以上，有逐步替 代食品、医药 等 传 统 上 使 用 的 高 等 植 物 和 海 藻 胶 的 趋势。目前，许 多 微 生 物 多 糖 己 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 和化工等 多 个 领 域。 近 三 十 年 来，微 生 物 胞 外 多 糖 的各种特 殊 用 途 不 断 地 被 开 发 出 来。 据 统 计，世 界 上每年的树胶多糖消耗量的年增长率为 2% ，而微生 物多糖的年增长率在 8% 以上。有些微生物胞外多 糖由于其良 好 的 物 化 性 能 及 其 本 身 的 营 养 价 值，在
透明 质酸
胞外
β－ （ 1，4） － 链接的 重复单位杂聚物
葡糖醛酸和 N－ 乙酰基葡萄糖酸
前体
ADP－ 葡萄糖 GDP－ 甘露 糖醛酸
UDP－ 葡萄糖， GDP－ 甘露糖和 UDP－ 葡糖醛酸
蔗糖
UDP－ 葡萄糖
UDP－ 葡萄糖， dTDP－ 鼠李糖和 UDP－ 葡萄糖酸 UDP－ 葡萄糖， UDP－ 葡萄糖，
β－ （ 1，4） － 链接的 非重复杂聚物
黄原胶 胞外
β－ （ 1，4） － 链接的 重复杂聚物
葡聚糖
胞外
α－ （ 1，2） / α－ （ 1，3） / α－ （ 1，4） 分支 α－ （ 1，6）
链接的同聚物
凝结 多糖
胞外
β－ （ 1，3） － 链接的同聚物
主要 组分 葡萄糖 甘露糖醛和 古罗糖醛酸 葡萄糖，甘露糖 和葡糖醛酸
3 几种商业化生产的微生物多糖
微生物多糖在工业上的广泛应用取决于它们多 种多样的功能和性质。其中最为重要的性质在于它 们能够改变 周 围 含 水 环 境 的 性 质，也 就 是 他 们 具 有 稠化、乳化、稳定、悬浮或形成凝胶、薄膜和隔膜的能 力。另一个 重 要 方 面 在 于 多 糖 来 源 于 自 然 界，是 一
2 微生物多糖的生物合成［12－17］
微生物多 糖 种 类 繁 多，但 都 是 由 不 同 的 单 糖 或 其他基团在 特 定 的 酶 催 化 下 聚 合 而 成 的，例 如 整 个 结冷胶的合成过程被大量的酶催化，至少有 22 种基 因形成的 gel 基因族编码这些酶。微生物多糖合成 的直接前 体 物 质 有： 核 苷 二 磷 酸 糖、核 苷 二 磷 酸 糖 酸、核苷二磷酸糖的衍生物，活性多糖前体的合成需 要特异合成 酶 的 催 化，这 一 步 骤 在 多 糖 的 合 成 过 程 中是非常重 要 的，研 究 者 通 过 代 谢 途 径 改 造 这 一 步 骤来提高产量。
Abstract： Microorganism which can synthesize polysaccharide is a renewable resource.Microbial polysaccharides
have attracted much attentione due to their unique physiological activities and broad applications.In this article，the
收稿日期：2011－04－15 作者简介：朱桂兰（ 1980－ ） ，女，博士研究生，研究方向： 碳水化合物生
物技术。
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食品工业生产过程中被作为各种食品添加剂。还有 一些微生物胞外多糖及其衍生物具有重要的药用价 值，从而在 生 物 医 药 领 域 中 日 益 受 到 重 视。 有 几 种 微生物多糖已经实现了商业化生产（ 见表 1） ，像葡聚 糖和黄原胶每年的产量分别为 2000 和 100000t。
general structure，biologicial synthesis and application of microbial polysaccharide were reviewed，with a view to
provide a scientific basis for the production and application of the microbial polysaccharide.
葡萄糖
葡萄糖
结冷胶 胞外 普鲁兰 胞外 K－30
荚膜 抗原
β－ （ 1，3） － 链接的 重复杂聚物
α－ （ 1，6） － 链接的 重复单位同聚物
β－ （ 1，2） － 链接的重复杂聚物
葡萄糖，鼠李糖 和葡萄糖酸
葡萄糖
甘露糖，半乳糖和 葡糖醛酸
纤维素 胞外
β－ （ 1，4） － 链接 的同聚物
葡萄糖
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图 1 微生物胞外多糖的合成机制 Fig.1 General exopolysaccharide synthetic mechanism
种可再生 资 源，既 有 生 物 相 容 性，又 可 以 被 生 物 降 解。微生物多糖的商品化生产除了上述的功能和性 质外还取决于以下几个方面： a. 提取工艺的可行性； b.生产成本； c.不含毒素。胞壁及体内多糖由于提取 难度大而成本高，开发的品种比较少，大规模工业化 生产的主要是体外代谢多糖。下面介绍几种商业化 生产的微生物多糖。
朱桂兰1，2 ，童群义2 （ 1.合肥师范学院生命科学系，安徽合肥 230601；
2.江南大学食品学院，江苏无锡 214122）
摘 要：微生物是一种能生产多糖的可再生资源，微生物多糖因独特的生理活性和广阔的应用前景而备受人们的关 注。本文阐述了微生物多糖的一般结构、生物合成及应用等方面的研究进展，以期对微生物多糖的深入研究和广泛应 用有一定的指导意义。 关键词：微生物多糖，生物合成，应用