南极欺骗岛Fumarole Bay地衣芽孢杆菌F2LB产胞外多糖的结构表征与生物技术潜力：一种新型可持续食品添加剂的发现

本研究针对极端环境微生物资源开发难题，从南极欺骗岛Fumarole Bay分离获得地衣芽孢杆菌F2LB，通过基因组分析和理化表征揭示其胞外多糖(EPS)具有独特糖组成(Man:Glu:Xyl:Fuc=1:0.7:0.4:0.3)和优异功能特性：耐高温(Tpeak 255°C)、强抗氧化(DPPH清除率75.5%)及卓越乳化能力(橄榄油90%)，其持水(238.7%)和持油性(384.7%)超越商业黄原胶，为天然食品添加剂开发提供新选择。

　　

南极洲的欺骗岛堪称地球上的"外星世界"——这座活跃的火山岛同时存在冰川与沸泉，Fumarole Bay区域的海水温度高达100°C，却孕育着适应多重极端条件的微生物群落。在食品工业寻求天然功能性成分的背景下，极端微生物产生的胞外多糖(EPS)因其卓越的稳定性和生物活性备受关注。然而，来自南极火山环境的地衣芽孢杆菌EPS研究仍属空白。

智利南极研究所（INACH）联合圣保罗研究基金会（FAPESP）的Aparna Banerjee团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表研究，首次报道了分离自欺骗岛Fumarole Bay的地衣芽孢杆菌F2LB所产EPS的结构与功能特性。研究人员采用全基因组测序解析代谢通路，通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析糖组成，利用差示扫描量热法(DSC)测定热稳定性，并系统评估了其乳化性、抗氧化能力等工业相关参数。

【研究结果】

1. 基因组特征：

   F2LB基因组含有EPS合成基因簇及UV抗性、热适应相关基因，解释了其在极端环境的生存机制。

2. 结构表征：

   EPS主链为葡萄糖半乳甘露聚糖(glucogalactomannan)，糖摩尔比Man:Glu:Xyl:Fuc=1:0.7:0.4:0.3，含微量阿拉伯糖和半乳糖，表面呈现粗糙无孔形态。

3. 功能特性：

   • 热稳定性：分解峰值温度达255°C，显著高于多数已知EPS

   • 抗氧化能力：H₂O₂清除率近100%，DPPH自由基清除率75.5%

   • 乳化性能：橄榄油乳化指数90%，超越文献报道的B. licheniformis MS3菌株(60%)

   • 持水/油性：分别为238.7%和384.7%，优于商业黄原胶

【结论与意义】

该研究揭示了南极极端环境微生物EPS的独特结构-功能关系：基因组适应性导致产生富含甘露糖的杂多糖，其分子间氢键网络和疏水区域共同造就了卓越的热稳定性和表面活性。作为首例南极火山地衣芽孢杆菌EPS研究，不仅拓展了极端微生物资源库，更提供了兼具抗氧化、乳化双重功能的天然食品添加剂候选物，其性能指标可直接对标合成添加剂。未来通过发酵工艺优化和分子修饰，有望开发出适用于高温加工食品的"全天然"稳定剂体系，推动食品工业可持续发展。