Optimization and characterization of exopolysaccharides from Leuconostoc citreum BH10 and its functional properties in vitro
柠檬明串珠菌BH10胞外多糖的优化制备、结构表征及体外功能特性研究
来源：Food Production, Processing and Nutrition, 2023, Volume 5, Article number 23
《食品生产、加工与营养》，2023年，第5卷，文章编号23
摘要
本研究以柠檬明串珠菌BH10为菌株，采用响应面法对发酵时间、温度、蔗糖浓度与接种量四个因素进行胞外多糖（LCEPS）产量优化，确定最佳发酵条件并获得最高产量55.96 g/L。通过多种手段对LCEPS进行理化表征，发现其为葡萄糖均多糖，分子量高、热稳定性好，具备良好乳化活性。体外实验表明该多糖具有显著抗氧化能力，并能抑制金黄色葡萄球菌生物膜形成，展现出在食品、化妆品及医药领域的应用潜力。
关键词
柠檬明串珠菌；胞外多糖；响应面优化；结构表征；乳化特性；抗氧化；生物膜抑制
研究目的
1. 优化柠檬明串珠菌BH10产胞外多糖的发酵工艺，提高产量。
2. 对所产胞外多糖进行理化结构与性质全面表征。
3. 评价该胞外多糖的乳化、抗氧化及抗食源性致病菌生物膜功能。
4. 为该多糖在食品工业中的应用提供理论依据与数据支撑。
研究思路
1. 以发酵时间、温度、蔗糖浓度、接种量为变量，采用中心组合设计与响应面法优化多糖产量。
2. 通过GPC、HPLC、FT-IR、SEM、TGA、DSC等技术解析多糖结构、单糖组成、形貌及热学性质。
3. 测定乳化性能并与市售胶体对比，评估其作为食品稳定剂的潜力。
4. 检测DPPH、羟基、超氧阴离子自由基清除能力，评价抗氧化活性。
5. 利用微孔板法与激光共聚焦显微镜，测定多糖对金黄色葡萄球菌生物膜的抑制效果。
研究亮点
1. 首次对白桦树汁来源的柠檬明串珠菌BH10胞外多糖进行系统优化与功能评价。
2. 响应面优化获得高达55.96 g/L的多糖产量，具备工业化潜力。
3. 多糖兼具高热稳定性、良好乳化性与强抗氧化性，性能优异。
4. 明确该多糖可抑制金黄色葡萄球菌生物膜形成且不抑制浮游菌生长，不易诱导耐药性。
5. 多维度表征结合体外功能验证，数据完整，应用指向明确。
可延伸的方向
1. 将LCEPS应用于实际食品体系，如发酵乳、肉制品、饮料，验证应用效果。
2. 开展动物实验，评价体内抗氧化、肠道调节等益生功能。
3. 对多糖进行化学修饰（如硫酸化、羧甲基化），进一步提升功能活性。
4. 探究多糖抑制生物膜的分子机制，如群体感应通路。
5. 结合转录组与代谢组，解析菌株高产多糖的调控机制。
6. 开展中试发酵工艺研究，实现规模化生产。
测量的数据及研究意义
1. 最优发酵条件为49.99 h、25.59 ℃、蔗糖21.66%、接种量3%，LCEPS产量55.96 g/L，数据来自表1、表2、表3、图2，为工业化生产提供精准工艺参数。
2. LCEPS分子量8.99×10⁶ Da，仅由葡萄糖组成，数据来自图3，确定其为均一葡聚糖，为结构-功能关系提供基础。
3. LCEPS热稳定性强，317.30 ℃才失重一半，数据来自图6，证明其可耐受食品热加工。
4. LCEPS具有良好乳化能力，与海藻胶相当，数据来自表4，可作为天然食品乳化稳定剂。
5. LCEPS对DPPH、超氧阴离子清除率分别达85.60%、77.63%，数据来自图7，证实其强抗氧化活性。
6. 8 mg/mL LCEPS对金黄色葡萄球菌生物膜抑制率38.43%，厚度从30.72降至17.53 μm，数据来自图8、图9，表明其可提升食品安全水平。
结论
1. 响应面法可显著提升柠檬明串珠菌BH10胞外多糖产量，优化工艺稳定可靠。
2. LCEPS是一种分子量高、热稳定性好、由葡萄糖构成的均多糖。
3. LCEPS兼具良好乳化性与显著抗氧化能力，适合作为食品功能添加剂。
4. LCEPS能有效抑制金黄色葡萄球菌生物膜形成，对浮游菌无明显抑制，降低耐药风险。
5. 该多糖在食品保鲜、功能食品、抗菌材料领域具有广阔应用前景。
使用芬兰Bioscreen仪器测量数据的研究意义
1. 实时自动监测金黄色葡萄球菌在不同LCEPS浓度下的生长曲线，客观判断多糖对浮游菌的影响，结果显示低于8 mg/mL无显著抑制，保证结论准确。
2. 高通量、高重复性的微量培养检测，大幅减少实验误差，提升生长曲线数据可靠性。
3. 连续动态监测比终点法更全面反映细菌生长状态，为“不抑菌只抑生物膜”结论提供关键证据。
4. 微量体系节省样品与培养基，适合多糖样品的大规模浓度梯度筛选。
5. 标准化检测方法为后续抗菌、抗生物膜机制研究提供可重复的定量平台。