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结冷胶的商酌转机及利用

  山东轻工业学院学报V01.26 No.4 2012 12月JOURNAL SHANDONGPOLY-IECHNIC UNERSnY Dec.2012 文章编号:1004-4280(2012)04.0066-04 结冷胶的研究进展及应用 (1.山东轻工业学院食品与生物工程学院,山东济南250353;2.山东商业职业技术学院生物工程学院,山东济 南250103) 摘要:基于未培养微生物数量巨大、种类繁多的特点,通过改进培养条件,利用结冷胶代替琼脂作为凝固剂,获得更 多未培养微生物。结冷胶作为一种新型的微生物胞外多糖,能经受多轮灭菌处理,可对抗各种酶的降解,因此,可 以作为琼脂代替品用于微生物和植物生长的固体培养基。本文介绍了结冷胶的特性及其作为凝固剂在微生物培 养上的研究进展。 关键词:结冷胶;未培养微生物;凝固剂 图分类号:Q93—3文献标识码:A ResearchProgress GellaGum DU Juanl,ZHAN Wei.wei2 (1.School BioengineerinsEngineering,Shandong Polytechnic University,Jinan 250353,China; 2.School Bioengineering,ShandongInstitute Technology,Jinan250103,China) Abstract:In view hugeamount speciesdiversity unculturedmicroorganism,gellan gum usedinstead getmore uncultured microorganism improvingculture conditions.Gellan gum newmicrobial extracelluer polysaccharide can antagonize variousenzymes,therefore,it can plantgrowth solidmedium.In paper,theproperty geUangum microbialculture briefly futureresearch direction alsoproposed. Key words:geHan gum;uncultured microorganism;coagulant 程中,用到的凝固剂有琼脂、卡拉胶、黄原胶、明胶、 引言结冷胶等,其中,琼脂是最常用的凝固剂【2 J。但是, 结冷胶作为一种新型的微生物胞外多糖,在作为固 微生物在自然界中的分布非常广泛,从极地到 体培养基凝固剂时,相对于琼脂,具有独特的优 珠峰,从深海到沙漠都可以找到它们的踪迹。同时, 微生物作为分解者,在生态系统中扮演重要的角色。结冷胶是琼脂的最佳替代品。 但是,迄今为止,可 培养的微生物仅约占自然界存在 结冷胶(gellan gum),也称结凝胶,是由少动鞘 生态系统中的 .0%或者更少J。因此,如何开发 和利用未培养微生物新资源是微生物研究的重要课菌(Pseudomonas elodea ATCC 31461)在中性条件 题之一。目前,改进培养条件是获得更多未培养微 下,以葡萄糖为碳源,硝酸铵为氮源及一些无机盐所 生物的一种有效的方法。而作为固体培养基的凝固 组成的培养基中,经有氧发酵而产生的细胞外杂多 剂也在不断的改进。通常,在微生物分离培养的过 糖胶质 HJ,是一种新型的全透明的凝胶剂。后来, 收稿日期:2012—11 一13 基金项目:山东省自然科 学基金(2R2010CQ005) 作者简介:杜娟(1987一),女,河南省南阳市人,山东轻工业学院硕士研究生,研究方向:现代酿酒技术 万方数据 杜娟,等:结冷胶的研究进展及应用67 美国 Kelco 公司把它作为产品正式投入生产。由于 时,结冷胶同样可以形成凝胶,但是其形成的凝胶 结冷胶与其他同类产品相比具有用量少,弹性、硬度因溶液中阳离子的种类和浓度的不同而产生显 和凝固点、熔点可调节,形成的凝胶具有很高的强度差异,比如,结冷胶在 K+、Na+、Ca2+和 M92+ 存在的 和透明度,热稳定性好且耐酸碱等特点,在 1992 情况下,产生的凝胶明显不同』。同时,与琼脂相 得到了美国 FDA 的认可,可以在食品工业中应用。 比,结冷胶在强度和稳定性等方面都明显 优于琼脂。 我国 1996 年也批准了其可以作为食品添加剂,但在 许多研究表明:多种酶(包括果胶酶,0 一淀粉酶,微生物培养方面的应用研究甚少。 脂肪酶,蛋白酶,纤维素酶等等)对结冷胶溶液的黏 度和凝胶的强度都没有影响J。结冷胶还具有很 结冷胶的结构、性质、生产和应用好的组织相容性,它可以和其他多种亲水胶体,比如 黄原胶,明胶,海藻酸钠等混合使用,产生具有优良 1.1 结冷胶的结构 特性的增稠剂和稳定剂。 个单糖分子通过糖苷键连1.3 结冷胶的生产 接而成的重复糖单元构成的 阴离子型线 个单糖依次分别为D一葡萄糖、D 一葡萄糖醛、D.葡萄 物体中分离到的一株好氧的革兰氏阴性菌。它可以 个葡萄糖是以B一1,4糖苷键相 在以葡萄糖、蔗糖、麦芽糖等糖类作碳源,含无机或 连接的,分子量高达100万左右,具有平行排列半交 有机氮源及磷酸盐和微量元素的培养基中生长,其 错的双螺旋结构。其中,结冷胶产品有两种存在形 最适培养温度为 30 。同时,国内外众多学者也 个葡萄糖残基的C2处于被L 一甘油酸酯化,C6 West 等得到的一株突变株 (S.paucimobilis 处于被乙酸酯化;另一种为低酰基结冷胶(又称脱 ATCC31461)结冷胶的产量是原 菌株的1.4倍哺j。 酰基结冷胶),其葡萄糖分子上没有或者有很少的 微生物胞外多糖按照 合成位点和合成模式的不 乙酰基和甘油基,两者的结构如图 所示MJ。 同,分为两种型即同型多糖的 合成和异型多糖的合 成。结冷胶的生物合成属于后者,虽然 1991 Marlins等提出了 Sphingomonaspaucimobilis 可能的合成途径(图2),但是,到目前为止 还没有其 合成途径详尽完整的理论J。 6_磷酸果糖 OHoH 1.2结冷胶的性质 图2结冷胶的可能生物合成途径 天然的结冷胶由于主链含有丰富的酰基,因此 1.4 结冷胶的应用强等方面的优点。成为理想的添 可以形成富有弹性且粘着力强的柔软凝胶。相反, 低酰基结冷胶由于无侧链基团或者侧链基团很少, 结冷胶作为一种新型的微生物胞外多糖,应用十 因此形成的凝胶强度大,易碎裂。当有电解质存在 分广泛。结冷胶与其他凝固剂相比,具有用量少,酸碱 万方数据 山东轻工业学院学报 第26 稳定性好,热可逆性品工业中,结冷胶主要作增稠剂、了结冷胶和琼脂两种凝固剂对淡水湖沉积物分离的 凝结剂、悬浮剂和成膜剂应用于奶制品,糖果,焙烤食 品,饮料等加工过程中。同时,结冷胶也被广泛的使用 90 于其他工业,如肥料,胶囊,胶黏剂等。虽然结冷胶与 70对抗各种酶的降解,因此,结冷胶可以作为琼脂代替品 用于微生物和植物生长的固体培养基。重60 tyI%l90舳 上研究的进展星30 2lD 结冷胶,作为一种新型的微生物胞外多糖,由于 其自身的优良特性,使其具备了在微生物培养方面 lO 作为凝固剂的潜力。而国内外近些年的研究也表 AgarGellan gum 明:结冷胶是一种可以代替琼脂的新型凝固剂。 图3淡水沉积物可培养微生物在不同凝固剂 2.1 国内研究现状 的PE03 培养基(pH=7.0】新菌差异 在国内,关于结冷胶在微生物培养方面的研究 微生物的多样性克隆形成的作用。结果表明:在分 很少,但是,金一荻和蔡莹等的研究结果表明结冷胶 离的108 株菌株中,22 株菌只能在结冷胶作为凝固 是一种优良的凝固剂。金一荻等在研究乌梁素海水 剂的培养基上生长,而且53%(16S rDNA 序列的相 体中可培养细菌的多样性时,分别采用琼脂和结冷 似性97%)菌株为潜在新菌。同时,研究表明:使 胶作为培养基的凝固剂,结果表明在以结冷胶作为 用结冷胶不但促进部分在琼脂培养基上不生长的微 凝固剂的培养基上生长的细菌总数约为传统琼脂培 生物形成克隆,而且促进了能在琼脂培养基上生长 养基的3倍,此外菌落的形态、颜色等,也有很明显 的微生物生长。文中选择一株在琼脂培养基上生长 的不同0。蔡莹在虾池沉积物细菌多样性研究中 差甚至不生长的单菌 Gemmatimonas aurantiaca 发现,结冷胶平板和琼脂平板相比,表现出高保湿究结冷胶的作用。结果表明:在同样的培养条件下, 性、高菌落数和高细菌多样性的特点1。。这些实验 相比在琼脂培养基上的生长情况,G.aurantiaca 结果进一步证明了结冷胶作为一种新型的凝固剂,结冷胶培养基生长显著地形成了更多的单克隆(如 替代琼脂使用后,可以获得更多的培养微生物。 4)‘14。2.2 国外研究现状 相对而言,国外在结冷胶作为培养基凝固剂方面的研究比较丰富。Stott MB 等在研究新西兰 Taup 火山地区 Waikite、Tikitere 个站点土壤细菌的多样性时发现,采用改进的培养 方法:延长 培养时间(4 周)、降低培养基 pH,用 结冷胶代替琼 脂作为凝固剂,获得了许多难培养 的16S rDNA 列相似性低于85%细菌2,包括 门和代表一个潜在的新门类群的OPl0 菌株。这 进培养方法对一个浅的富营养化湖进行了比较分 析。其中,改进培养方法主要包括三个方 面:1、应用 成分不同寡营养 DR2A 和PE03 培养 基,2、三个pH 值5.5、6.0 和7.0,3、应用琼脂和结冷胶两种凝固 剂(如图3)。实验结果表明:结冷胶提高 了微生物 在固体培养基上的培养效率和培养多样性,同时,增 大了新菌发现的可能性L1引。另外,Tamaki 等研究培养基单菌落差异 万方数据 杜娟,等:结冷胶的研究进展及应用因此,在某些微生物培养的过程中,无论是菌群 和应用现状[J].中国卫生检验杂志,2010,20(3):694-696. 培养,或者是单菌培养,结冷胶的效果都明显优于琼 [3]朱桂兰,童群义.微生物多糖的研究进展[J ].食品工业科技, 20 12 ,33 FialhoA.M,Martins Gellan鉴定和微生物资源发掘方面具有光明的前途,可望 P0lynler$Produced bySphingomonaspaueimobilis ATCC 31461 获得更多的未培养微生物。 from Lactose Compared ThoseProduced from Glucose fromCheese Whey[J].Applied environmentalmicrobiology, 展望200 2,65( 485-2 491 宫惠峰,刘学宁.新型微生物多糖——结冷胶[J].邢台职业技术学院学报,2 00 9,26 ):37-40 王为平.食品品质改良剂:亲水胶体的性质及应用一微生物代多糖,被广泛的应用于多个行业。但是,结冷胶在微 .食品与发酵,1997 :76-7 生物培养中的应用,在国内却鲜有报道。基于结冷 文一,赵国华.一种新型微生物胞外多糖——结冷胶[J].中国胶的特性和国外的研究报道,我们不难看出其在微 食品添剂,200 WestT.Isolation mutantstrain Pseudomonas叩.ATCC 生物培养方面的诸多优势,它可以作为琼脂的替代 31461 exhibiting elevated polysaceharide production[J] .Jou rnal 品制备生物培养基,获得更多生物新品种,但对于两industrial microbiology &bi oteeh nolo gy,2002 ,29( 4):185188 gumbiosynthetic enzymes 一葡萄糖、Dproducing nonproducingvariants Pseudomonaselodea[J]. 一葡萄糖醛酸、D 一葡萄糖、L 一鼠李糖通过糖苷键 Biotechnology appliedbiochemistry ,199 1,14 连接而成的高分子糖类化合物,其中第一个葡萄糖[10] 金一荻,冯福应.基于结冷胶培养基的乌梁素海水体中可培 养细菌的多样性研究[ .内蒙古农业大学学报,2012,3 分子是以B.1,4糖苷键连接;琼脂以1,3.糖苷键结 (2):160—165. [11]蔡莹,李志江.虾池沉积物细菌多样性分析和若干可培养技 吡喃半乳糖一C(6)一硫酸酯(1 术的优化探讨[J].厦门大学学报,2010,49(5):731-737.合,按此比例形成的半乳聚糖硫酸酯(下式)的ca 12]Stott A,MountainBW,et a1.Isolation novelbacteria,including candidatedivision,from geothermal soils Ca.Mg 盐的多糖衍生物。它们之间结构的差异 New Zeala nd .Envi ro Microbi 01.2008 ,10( 8):2030- 2041 3]TamakiH,Sekiguchi Y,Hanada S,et a1.Comparativeanalysis 者之间功能的差异,这些都有待于进一步的研究。bacterialdiversity vedc ul ti va ti —base teeh ni qu es 参考文献:Appl Environ Microbi01.2005 ,71( 4):2162- 2169 潘虎,卢向阳,董俊德,等.未培养微生物研究策略概述[J].生[14]Tamaki H,Hanada S,Sekiguchi Y,et a1.Effect geUingagent Oil 物学杂志,2 012 :79-8 colonyformation solidcultivation microbialcommunity 吴许文,吴清平,张淑红,等.几种微生物培养基凝固剂的研究lake sedim en .Envi ro Mierobi01.2009,11(7):18271834. 万方数据