综述：探讨食品应用中的新前景，重点关注南极细菌胞外多糖——一篇综述

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Exploring the new prospects in food application with a special emphasis on Antarctic bacterial exopolysaccharides - A review

　　摘要
背景：南极细菌胞外多糖是一类在极端极地环境中进化而来的特殊生物聚合物，为食品科学提供了新的功能可能。尽管该地区微生物多样性极为丰富，但EPS在食品技术中的应用潜力尚未得到充分探索。本综述旨在评估适应寒冷环境的细菌EPS的功能特性，并阐述其在可持续食品创新中的重要性。

研究范围与方法：南极细菌产生的EPS具有显著的抗氧化、防冻及流变学特性。其结构多样性有助于延长加工食品的保质期、改善质地并维持产品质量。这类多糖在环保包装及采后保鲜领域也展现出应用潜力。这些特性与“清洁标签”理念高度契合，使得EPS成为功能性食品中具有可持续性的添加剂。

主要发现与结论：南极细菌EPS将极端环境微生物学与现代食品科学相结合，为开发有益健康且环保的食品解决方案开辟了新途径。EPS的多功能性使其有望作为脂肪替代品、食品涂层及稳定剂，不过相关研究仍相对较少。未来研究应致力于挖掘这些未被充分利用的潜力，以推动新一代食品配方的发展。总体而言，南极EPS体现了极端环境微生物如何为可持续食品技术提供创新思路，实现了从极地生态系统到全球食品产业实际应用的转化。

引言：南极是一个受极端寒冷、强烈紫外线辐射、营养匮乏以及短暂生长季节影响的孤立环境，这些条件对生物体的生存构成巨大挑战（Thomas, 2008; Block et al., 2009; Shaw et al., 2025a）。然而，南极在调节地球气候、维持生态系统稳定性以及驱动依赖极端环境微生物的生物地球化学过程方面发挥着关键作用（Medeiros et al., 2025）。为了在这些极端条件下生存，微生物演化出了复杂的生理和生化适应机制。例如，细菌会改变膜脂肪酸以耐受低温，并产生特殊蛋白质以抵御严寒（Ramasamy et al., 2023; Medeiros et al., 2025）。适应机制的一个关键方面是产生多种生物活性成分，如天然色素、胞外多糖、霉菌孢子素样氨基酸、芳基多烯色素等（G?rünmek et al., 2025; Short et al., 2024; Pailliè-Jiménez et al., 2025）。这些分子有助于保护细胞、增强抗逆性及促进生态相互作用，从而维持南极环境中的微生物群落稳定。

细菌产生的EPS属于胞外聚合物质，通常以松散的黏液层形式存在（Bozal et al. 1994; Xiao & Zheng, 2016; Medeiros et al., 2025）。它可呈现多种形态，包括生物膜、聚集基质或溶解状态，在这些状态下，它通过氢键、静电相互作用、分散力及黏聚力等弱相互作用与有机及无机物质发生关联（Halder et al., 2022; Shaw et al., 2025b）。这些相互作用受EPS的大小、分子特征以及悬挂功能基团的密度影响（Higgins, 1997; Halder et al., 2022）。相邻聚合物链之间的交联可稳定结构，使其形成坚固的生物膜或凝胶状网络，这是其在极端环境中生存的重要适应策略（Caruso et al., 2018a; Nguyen et al., 2024）。已有研究表明，南极存在多种能产生EPS的细菌，例如，Halomonas alkaliantarctica CRSS菌株的EPS产量可达4.0克/升（Poli et al., 2007），Winogradskyella sp. CAL384菌株的产量为0.126克/升，CAL396菌株为0.228克/升，Colwellia sp. GW185菌株的EPS产量为0.183克/升，Shewanella sp. CAL606菌株为0.175克/升，Marinobacter sp. W1-16菌株的EPS产量为0.0858克/升（Caruso et al., 2018a），Zunongwangia profunda MB 24菌株的EPS产量则为2.4克/升（Banerjee et al., 2019）。EPS具备防冻活性、强生物乳化能力、黏度特性、热稳定性以及抗氧化潜力等独特性质，使其成为食品加工技术的理想材料。其功能特性使其有潜力作为天然成分，用于提升食品的质量、稳定性和保质期。在工业生产中，细菌EPS可在全年各种气候条件下制备。此外，通过特定条件及基因改造，还可轻松调控其产量，以适应不同的结构和功能需求。因此，相较于其他生物来源，使用细菌EPS的趋势日益普及（Netrusov et al., 2023）。尽管南极细菌EPS具有显著的潜在功能，但目前相关研究文献十分有限，这与它们在食品技术中的应用需求之间存在较大差距（图1）。在南极生态系统中发现能产生EPS的微生物，为可持续食品加工提供了尚未被开发的生物技术资源。其独特的生化特性以及对极端环境的适应性，使得南极细菌EPS成为替代合成添加剂、提升食品质量和保质期的理想候选者。然而，由于生产成本较高，目前只有少数微生物EPS实现了商业化应用。因此，有必要进一步了解EPS的生物合成途径，以提高生产效率，推动其在更多工业及生物医药领域的应用。本综述旨在强调南极细菌EPS在打造更安全、更绿色、更具创新性的食品生产体系方面的潜力。