王莉衡

(西安文理学院生物与环境工程学院，陕西 西安 710065)



普鲁兰多糖生物合成及应用研究进展

王莉衡

(西安文理学院生物与环境工程学院，陕西 西安 710065)

摘要：普鲁兰多糖具有成膜性好、无毒、安全等特点，应用广泛。对出芽短梗霉生物合成普鲁兰多糖的研究现状进行了综述，并介绍了普鲁兰多糖在食品加工、环境保护、化妆品等领域的应用进展。

关键词：普鲁兰多糖；生物合成；应用

普鲁兰多糖(pullulan)是一种由出芽短梗霉发酵所产生的类似葡聚糖、黄原胶的胞外水溶性黏质多糖，为真菌多糖，又称普鲁兰糖、茁霉多糖、支链淀粉等。普鲁兰多糖无色、无味，溶解度较大且富有弹性，成品为白色固体粉末。1938年，Bauer首次报道了这种特殊的微生物多糖;1959年，Bender等[1]从出芽短梗霉的培养基中分离纯化了普鲁兰多糖。目前，普鲁兰多糖因其较强的成膜性、成纤维性、阻气性、可塑性、黏性及易加工、易自然降解、不会产生二次污染等特点，已广泛应用于食品、保鲜、医药包装、化妆品和石油等众多领域，应用前景极其广阔。鉴于此，作者对普鲁兰多糖的生物合成及应用研究进展进行了综述，拟为加快普鲁兰多糖产业化进程提供帮助。

1普鲁兰多糖的化学结构

普鲁兰多糖是葡萄糖以α-1,4糖苷键连接的麦芽三糖重复单位经α-1,6糖苷键聚合而成的直链状多糖，其分子量随菌种和发酵条件的不同而不同，一般在2万~200万之间，其结构式如图1所示[2]。

图1　普鲁兰多糖的结构式Fig.1　Structural formula of pullulan

2普鲁兰多糖的生物合成

自1938年发现普鲁兰多糖以来，国内外对普鲁兰多糖生产菌株出芽短梗霉进行了大量研究，但其生物合成途径和机理仍存在争议。

1982年，Catley和McDowell[3]提出了普鲁兰多糖的出芽短梗霉合成途径，如图2所示。

图2　普鲁兰多糖的生物合成途径Fig.2　Biosynthetic route of pullulan

出芽短梗霉先将培养基中的葡萄糖在己糖激酶的作用下通过糖酵解途径转变为6-磷酸葡萄糖，6-磷酸葡萄糖通过磷酸葡萄糖变位酶转变为1-磷酸葡萄糖，1-磷酸葡萄糖和UTP再通过尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶转变为尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)。UDPG可作为活性葡萄糖不断充当糖基供体。第一个UDPG脱下的葡萄糖残基通过磷酸酯键和脂质分子(LPh)结合形成焦磷酸葡萄糖；第二个UDPG脱下的葡萄糖残基与焦磷酸葡萄糖结合形成异麦芽糖基；第三个UDPG脱下的葡萄糖残基通过转移反应或与异麦芽糖基作用形成异潘糖残基。最后活性的异潘糖残基通过聚合反应形成普鲁兰多糖链[4-6]。

3普鲁兰多糖的应用

3.1　食品加工

2006年，国家卫生部批准普鲁兰多糖为食品添加剂，用于改善食品口感和风味、提高质量、简化加工制作等。普鲁兰多糖用于腌菜、酱油、熬煮食品等高盐食品中，起到增稠、增加光泽、延长储存时间、保持香味等作用；由于普鲁兰多糖不会被肠道吸收，因此还可与适量的小麦粉、豌豆粉等混合制成糖尿病人和肥胖患者食用的低热量人造米、人造面等；在部分面制品和烘烤食品中普鲁兰多糖可用来取代淀粉；在糖果、巧克力等的包衣加工中，添加普鲁兰多糖后，成型性好、口味佳；普鲁兰多糖具有极佳的成膜性和耐油性且膜透气性能低，可阻挡多种气体通过，被广泛应用于食品包装。

3.2　环境保护

面对水环境不断恶化、水资源严重短缺的问题，环境保护越来越引起重视，水处理絮凝剂的研究备受关注。相对于传统絮凝剂而言，普鲁兰多糖絮凝剂的絮凝范围更广、絮凝活性更高、安全无毒、可被二次降解、无污染，是较为理想的水处理絮凝剂。目前发达国家(如日本)已将普鲁兰多糖应用于高浊度水净化、城市污水处理等，并形成了完整的工艺与技术。在我国，华中科技大学康建雄、陶涛等以水解淀粉或葡萄糖为原料发酵生产普鲁兰多糖絮凝剂，现已完成城市污水处理与净化等相关工艺与技术，投料量仅2 mg·L-1就可取得较好的处理效果[10]。

3.3　化妆品

与一般多糖相比，普鲁兰多糖具有明显的黏附特性，易于附着在皮肤表面，且具有良好的水溶性、分散性、吸湿性和无毒害性，可作为化妆品中的黏性填充物，与透明质酸的效果相当，但价格更低。普鲁兰多糖还具有优良的润滑性，可隔离静电、灰尘及保湿等，添加到化妆品中不仅具有爽滑的肤感，还起到保护皮肤不受外界伤害的作用。

4结语

随着普鲁兰多糖应用领域的不断扩大，市场前景也会越来越好，需求必会越来越大。但我国普鲁兰多糖研究起步较晚，其产业化研究还比较落后，没有形成规模化的商品生产。基于普鲁兰多糖环保、高效、高品质的特点，研究者正加大对普鲁兰多糖生物合成途径、机理及相关酶类的研究力度，寻求技术突破，为今后实施大规模产业化做好充足的准备。

参考文献：

[1]BENDER H，LEHMANN J，WALLENFELS K.Pullulan，an extracellular glucan from Pullularia pullulans[J].Biochimica et Biophysica Acta，1959，36：309-316.

[2]LEATHERS T D.Biotechnological production and applications of pullulan[J].Applied Microbiology and Biotechnology，2003，62(5-6)：468-473.

[3]CATLEY B J，McDOWELL W.Lipid-linked saccharides formed during pullulan biosynthesis in Aureobasidium pullulans[J].Carbohydrate Research，1982，103(1)：65-75.

[4]王浩，王普，张晓军.普鲁蓝多糖的研究进展[J].精细与专用化学品，2006，14(5)：4-7.

[5]崔玉海.出芽短梗霉G-58的发酵条件及动力学研究[D].无锡：江南大学，2008.

[6]安超，常帆，马赛箭，等.出芽短梗霉发酵生产普鲁兰多糖研究进展[J].陕西农业科学，2012，58(3)：121-124.

[7]王浩，张晓军，沈佳佳，等.一种新型的胞外多糖——普鲁蓝[J].中国食品添加剂，2005，(6)：60-63.

[8]段效辉.普鲁兰多糖高产菌株Y68多糖发酵生产及其机理初步研究[D].青岛：中国海洋大学，2007.

[9]DEGEEST B，JANSSENS B，de VUYST L.Exopolysaccharide(EPS) biosynthesis by Lactobacillus sakei 0-1：Production kinetics，enzyme activities，and EPS yields[J].Journal of Applied Microbiology，2001，91(3)：470-477.

[10]许勤虎，徐勇虎，闫雪冰，等.普鲁兰多糖及应用进展研究[J].山西食品工业，2003，(2)：19-21，42.

中图分类号：O 629.12TS 245.9

文献标识码：A

文章编号：1672-5425(2015)12-0001-02

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2015.12.001

作者简介：王莉衡(1977-)，女，陕西西安人，博士，副教授，研究方向：微生物的筛选、发酵调控及代谢产物研究,E-mail：hengheng1103@163.com。

收稿日期：2015-08-03

基金项目：国家自然科学基金资助项目(31000019)