不同来源出芽短梗霉产普鲁兰多糖的生化特性与抑菌应用研究

推荐：本研究针对合成聚合物环境污染问题，筛选了10株Aureobasidium pullulans（出芽短梗霉）菌株，通过基因表达（pgm1/ugp）、FT-IR、DSC和NMR技术解析普鲁兰多糖（pullulan）结构特性，并开发含酵母细胞的活性涂层。结果显示AP1菌株产量最高（11.43 g/L），其多糖水分保持能力与商业品最接近，活性涂层对苹果炭疽病菌（Colletotrichum acutatum）防效达56%，为可持续果蔬保鲜提供新策略。

　　

随着全球塑料污染问题日益严峻，食品包装行业正面临从合成聚合物向生物可降解材料转型的迫切需求。普鲁兰多糖（pullulan）作为一种由出芽短梗霉（Aureobasidium pullulans）分泌的天然多糖，因其无毒、可食用、高透明度和独特的成膜性，被美国FDA列为GRAS（公认安全）物质，在食品保鲜和医药领域展现出巨大潜力。然而，不同菌株生产的普鲁兰多糖在结构和功能上存在显著差异，且如何将其与生物防治技术结合以增强抑菌效果仍是研究难点。

意大利乌迪内大学农业、食品、环境与动物科学系（Di4A）的研究团队针对这一科学问题，系统评估了10株不同来源出芽短梗霉的普鲁兰多糖生产能力，并创新性地将高产菌株自身作为生物防治剂（BCA）整合到普鲁兰涂层中。该研究通过多维度技术手段揭示了多糖结构与功能的关系，相关成果发表在《Postharvest Biology and Technology》上，为开发兼具物理屏障和生物活性的新型保鲜材料提供了重要依据。

研究采用RT-qPCR分析pgm1和ugp基因表达模式，结合FT-IR、DSC和NMR技术表征多糖化学结构；通过体外抑菌实验和苹果果实接种试验（预防/治疗模式）评估活性涂层的防病效果。实验菌株来自意大利和土耳其的植物样本，苹果炭疽病菌（Colletotrichum acutatum）D3-A分离自"金冠"苹果。

3.1 普鲁兰多糖产量差异
AP1菌株产量达11.43 g/L，显著高于其他菌株（UOR18 6.17 g/L，M13 3.07 g/L）。基因表达显示AP1在5天发酵时ugp基因表达量最高，而pgm1在7天表达量提升2-4倍，表明其合成通路具有时间依赖性调控特征。

3.3 化学特性分析
FT-IR光谱证实所有样品均含α-(1→4)和α-(1→6)糖苷键（特征峰995 cm^-1和1076 cm^-1），但AP1样品在3318 cm^-1处水分特征峰最强。DSC显示AP1普鲁兰的水分蒸发峰延伸至200°C，表明其持水能力最优。NMR进一步揭示AP1聚合度最高，与商业品（STD）最接近，而M13和UOR18样品检测到末端葡萄糖单元（δ=5.14 ppm），提示聚合不完全。

3.4 活性薄膜抑菌效果
含菌体（1×10⁸ cells/mL）的活性薄膜对C. acutatum抑菌率达55%，且AP1涂层在预防应用中降低苹果病害发生率56%，病斑直径缩小55%。值得注意的是，非活性薄膜无抑菌作用，证实防病效果源于菌体活性而非物理屏障。

这项研究首次系统论证了普鲁兰多糖生产菌株自身作为BCA的可行性。AP1菌株因其高产特性、高分子量结构和优异持水能力，成为开发生物活性涂层的理想候选。研究创新点在于：①揭示pgm1/ugp基因表达时序差异与产量的关联；②发现多糖水分保持能力与抑菌效果的潜在关系；③建立"一菌双效"技术路线，即同一菌株既产多糖又提供生物防治功能。这种整合策略不仅简化生产工艺，更通过维持BCA活性和空间分布显著提升防病效率，为减少采后化学杀菌剂使用提供了可持续解决方案。未来研究可进一步优化发酵工艺以提高产量，并探索多糖分子量与生物活性的构效关系。