甘蔗工厂来源的明串珠菌分离株产生的葡聚糖：对甘蔗加工过程中粘度的潜在影响

《Carbohydrate Polymers》：Dextrans produced by Leuconostoc isolates from sugarcane factories: Potential impact on viscosity during sugarcane processing

　　

研究人员对源自工厂的明串珠菌属（Leuconostoc）分离株产生的胞外多糖（EPS）进行了评估，以确定其对甘蔗加工的影响，并探究这些菌株的EPS产生情况。两株分离株——L. suionicum LASM7和L. lactis LASM16——因EPS产量增加而表现出升高的培养液粘度。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振（NMR）将样品鉴定为葡聚糖。糖苷键连接分析确定了α-1,6-吡喃葡萄糖基（Glcp）主链，且侧链连接存在变化。在L. suionicum LASM5和L. suionicum LASM6样品中存在4-连接的吡喃葡萄糖基残基（4-Glcp），而在LASM7和LASM16中该残基水平可忽略不计。NMR表明，在LASM5和LASM6中，4-Glcp存在于葡聚糖主链残基上的二糖链中，并观察到一种具有→6)-β-Glcp-(1→的次要多糖组分。相反，LASM7和LASM16具有较高百分比的6-连接吡喃葡萄糖基残基。在分离株基因组中鉴定出若干葡聚糖蔗糖酶（glucansucrases）。LASM5、LASM6和LASM7编码预测具有α-1,6-葡聚糖蔗糖酶活性的Gtf1624同源物、预测具有α-1,2-分支葡聚糖蔗糖酶活性的BsrA，以及具有双功能α-1,6-葡聚糖蔗糖酶/α-1,2-分支活性的DsrE同源物。LASM16编码一种单一的葡聚糖蔗糖酶，预测具有α-1,6-葡聚糖蔗糖酶活性，这与更线性的结构一致。这些结果对甘蔗加工（例如，果汁过滤、蔗糖结晶）和生物产品开发（例如，功能性食品添加剂）具有重要的实际意义。

论文解读：甘蔗工厂明串珠菌分离株产生的葡聚糖结构与加工粘度影响

该研究发表于《Carbohydrate Polymers》，聚焦甘蔗工厂来源的明串珠菌属（Leuconostoc）分离株产生的胞外多糖（EPS）的结构特征及其对甘蔗加工中流体粘度的影响。甘蔗收获后，田间微生物进入榨汁体系，乳酸菌如明串珠菌属等大量繁殖并分泌葡聚糖等EPS，导致汁液粘度升高、过滤器堵塞、澄清效率下降、蔗糖结晶异常和回收率降低。尽管细菌葡聚糖造成的经济损失显著，但此前对糖厂来源的具体明串珠菌分离株所产EPS的精细结构缺乏系统性表征。研究人员从美国运营中的甘蔗糖厂中分离并鉴定了四株明串珠菌——三株L. suionicum（LASM5、LASM6、LASM7）和一株L. lactis LASM16，通过培养、提取EPS并综合运用多种分析手段，旨在评估EPS结构、分子量和浓度对粘度的影响，同时利用生物信息学预测各菌株基因组中的葡聚糖蔗糖酶基因。

主要技术方法包括：在高蔗糖培养基中培养菌株并用乙醇沉淀法制备EPS；采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）对EPS进行类别鉴定；使用尺寸排阻色谱-多角度光散射-示差折光检测（SEC-MALS-RI）测定分子量；通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析部分甲基化糖醇乙酸酯（PMAAs）确定糖苷键连接方式；运用一维和二维核磁共振（NMR）技术（包括1H、COSY、TOCSY、NOESY、HSQC、HMBC）解析多糖精细结构；利用tBLASTn在基因组中搜索葡聚糖蔗糖酶基因，并通过序列比对和系统发育分析预测酶功能。样本来源为美国蔗糖工厂，其中LASM5和LASM6保藏于ARS培养物收藏中心。

研究结果分述如下：

3.1 明串珠菌分离株EPS的表征：FTIR指纹区（1300–700 cm^-1）显示1154、1107、1014、910 cm^-1等特征吸收带，与商业葡聚糖标准一致，证实这些EPS为葡聚糖。

3.2 葡聚糖分子量和浓度对粘度的影响：标准葡聚糖在0、15、50 Bx蔗糖溶液中的粘度随葡聚糖浓度、蔗糖浓度和分子量增加而增大。四个EPS样品在15 Bx蔗糖溶液、0.5%加载量下，LASM7样品粘度最高（2.66 cP），LASM6最低（1.65 cP），表明不同EPS对流体粘度的影响存在差异。

3.3 分子量测定：SEC-MALS-RI显示LASM7 EPS分子量最高（2.554×10⁷ Da），LASM5和LASM6相近（约1.5×10⁷ Da），LASM16因溶解性问题，高分子量组分回收率低，测得两个峰（1.431×10⁷和4.963×10⁵ Da）。分子量并未与实测粘度呈现直接趋势。

3.4 糖苷键连接的测定：LASM16以6-连接吡喃葡萄糖基残基（6-Glcp）为主（83.2%），线性度最高；LASM5和LASM6含有较高比例的4-连接（4-Glcp，16–18%）和2,6-连接残基（约20%）；LASM7则含有12%的2,6-连接和12.1%的4,6-连接残基，分支度较高。

3.5 LASM5、LASM6、LASM7和LASM16 EPS的1H NMR：1H谱显示所有样品均存在碳水合物特征峰，符合细菌葡聚糖结构。LASM5与LASM6的谱图几乎一致，表明两者多糖结构高度相似；LASM7和LASM16谱图差异明显，反映结构差异。

3.6 LASM5和LASM6的2D NMR：确定其主链为α-(1→6)-连接的吡喃葡萄糖基（Glcp），约半数葡萄糖残基的O-2位带有侧链。侧链中70%为α-Glcp-(1→4)-α-Glcp-二糖，约30%为单一α-Glcp-残基。此外，还检测到少量具有→6)-β-Glcp-(1→主链的β-葡