Главная \ 2. Закваски домашние \ Экзополисахариды бактерий

Экзополисахариды бактерий

ЭКЗОПОЛИСАХАРИДЫ – МИКРОБНЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА

экзополисахариды (полисахариды бактерий) - естественные загустители пищевых продуктов

ЧТО ТАКОЕ ЭКЗОПОЛИСАХАРИДЫ?

Еще одним из важнейших продуктов метаболизма пробиотических микроорганизмов являются экзополисахариды. Следует отметить, что микробные экзополисахариды (ЭПС), то есть полисахариды, экскретируемые в среду, продуцируются значительным количеством бактерий и грибов.

Экзополисахариды (exopolysaccharide) [греч. exo — вне, снаружи, poly — много, многое и sakcharon — сахар] — высокомолекулярные полимеры, состоящие из остатков сахара (см. Полисахариды), которые секретируются микроорганизмами в окружающую их среду. Они служат барьером между клетками и окружающей средой, являются резервуаром, выполняя протекторную роль против высушивания и предотвращая стрессы в экстремальных условиях; Экзополисахариды выполняют роль саморегуляторов процессов роста и развития.

Из других разделов сайта можно уже сделать небольшой вывод о значении экзополисахаридов, как для самих бактерий, их продуцирующих, так и для потребностей человека, в частности, в пищевых производствах. Именно они играют роль натуральных природных загустителей в технологиях получения кисломолочных биопродуктов, а также выполняют функции саморегуляторов процессов роста и размножения микроорганизмов.

Однако следует особо подчеркунуть, что экзополисахариды (ЭПС) не только улучшают реологические свойства кисломолочных продуктов, но также выступают в роли факторов, способствующих адгезии полезных микроорганизмов на стенках кишечника, чем обеспечивают максимальную эффективность пробиотического воздествия на организм хозяина, а также обеспечивают колонизационную резистентность. Колонизационная резистентность (КР) представляет собой совокупность факторов местного иммунитета и антагонистических свойств нормальной микрофлоры организма, предотвращающих колонизацию слизистых оболочек патогенными микроорганизмами. Экзополисахариды в плане иммунной защиты играют большую роль, т.к. являясь основой биопленки "хороших" микроорганизмов, которая покрывает эпителиальный слой кишечника, позволяет последней эффективно выполнять барьерную функцию от проникновенния патогенов.

Подробнее см.:

ЭКЗОПОЛИСАХАРИДЫ И ПРЕПАРАТЫ ПРОБИОТИКИ

Проблема микроэкологии кишечника в последние годы привлекает большое внимание врачей. Применение пробиотиков приводит к увеличению числа молочнокислых бактерий, естественных обитателей кишечника. Исследователей привлекает разработка продуктов питания с использованием в качестве биодобавки живых культур микроорганизмов, так называемых пробиотических продуктов. Стратегия в создании этих продуктов направлена прежде всего на заполнение физиологической потребности организма человека в отдельных биологически активных веществах.

Производительность процесса при производстве препарата - пробиотика определяется наибольшим выходом в конечном продукте жизнеспособных клеток полезных микроорганизмов и количеством биологически активных веществ, среди которых одними из важнейших являются экзополисахариды (ЭПС) - стимуляторы защитных реакций организма. Экзополисахариды бактерий, особенно, которые культивируются в глубинных условиях, входящих в состав биопрепаратов и могут в комплексе оказывать стимулирующие реакции защитного воздействия, наряду с антимикробным эффектом усиливают терапию вообще.

По теме см.:

экзополисахариды выполняют защитную роль, а также роль природных загустителей Экзополисахариды также играют определенную роль в поддержании условий, благоприятных для их продуцентов, т.е. самих бактерий. ЭПС защищают клетки от фагоцитов, амебной инфекции и фагов, препятствуют высушиванию клеток (в т.ч. повреждениям при заморозке) и денатурации белка. Некоторые экзополисахариды используются их продуцентами и в качестве источника углерода.

Спектр положительного воздействия ЭПС на организм человека очень широк и продолжает изучаться, но уже сегодня очевидно, что за использованием данных биологически активных веществ микробного происхождения в здравоохранительной практике имеется огромное будущее. 

ЭКЗОПОЛИСАХАРИДЫ И ЗАКВАСКИ

Закваска ПРОПИОНИКСВ последние годы повысился интерес к т.н. вязким закваскам, вырабатывающим экзополисахариды, способные повышать вязкость и влагоудерживающую способность сгустка. Данные закваски в процессе ферментации образуют естественные загустители, которые могут заменить стабилизаторы растительного и животного происхождения. Следует отметить, что экзополисахариды в таких заквасках служат барьером между клетками и окружающей средой, являются резервуаром, выполняя протекторную (защитную) роль против высушивания (обезвоживания) и замораживания, обеспечивают защиту от низких значений рН и др. стрессов, а также адаптацию в иных экстремальных условиях).

Именно эти свойства во многом и позволяют создавать наши, т.н. глубокозамороженные закваски, а также закваски лиофилизированные (сухие), с высокой биохимической активностью (с высоким количеством жизнеспособных клеток пробиотических микроорганизмов). Отметим, что бактерии заквасочных (пробиотических) культур, образующие экзополисахариды, улучшают реологические свойства и текстуру ферментированных молочных продуктов. Более того, экзополисахариды, продуцируемые микроорганизмами, интенсифицируют процесс ферментации молока, сокращая время образования сгустка (геля), а также стимулируют рост самих бактерий и синтезирование ими др. полезных метаболитов (аминокислот, летучих жирных кислот, витаминов).

НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВОЙСТВАХ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ЭКЗОПОЛИСАХАРИДОВ:

  1. Экзополисахариды стимулируют рост некоторых молочнокислых бактерий и подавляют количество энтеропатогенной кишечной палочки и стафилококков в толстом кишечнике в условиях иммобилизационного, холодового, этанолового стрессов;
  2. Экзополисахариды стимулируют фагоцитарную активность макрофагов и влияют на продукцию основных провоспалительных цитокинов перитонеальными и альвеолярными макрофагами, способствуя активации факторов естественной резистентности (проще говоря укрепляют иммунный статус организма);
  3. Экзополисахариды приводят к более быстрому заживлению ранений резаного типа; проявляют in vitro антимикробную активность в отношении некоторой сапрофитной микрофлоры;
  4. Экзополисахариды при добавлении в рецептуру сыровяленых колбас улучшают их структурно-механические, физико-химические, микробиологические и органолептические свойства;
  5. Экзополисахариды выполняют роль естественных загустителей и стабилизаторов консистенции кисломолочных биопродуктов на пробиотических заквасках. В состав   экзополисахаридов входят остатки нейтральных молекул  глюкозы, ксилозы, галактозы, диокситалозы, уроновых кислот, а также ряд неидентифицированных пентоз и гексоз;
  6. Установлено, что экзополисахариды, образуемые заквасочными (пробиотическими) микроорганизмами, увеличивают количество полезных бактерий и стимулируют продукцию их метаболитов, а также повышают активность ферментации пищевых сред. Так, например, было показано, что при совместном культивировании экзополисахариды, синтезируемые пропионовокислыми бактериями, стимулируют рост бифидобактерий.

СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИСАХАРИДОВ МИКРОБНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Таблица 1 Экзополисахариды, синтезируемые микроорганизмами, и их применение

Продукт
Микроорганизмы-продуценты
Применение
Декстран
(α-1,6-глюкан)
Leuconostoc mesenteroides,  Klebsiella, Acetobacter, стрептококки
Заменители плазмы крови; адсорбенты в биохимической промышленности
Алгинат
(соединенные с помощью 1,4-гликозидных связей маннуроновые и гулуроновые кислоты)
Azotobacter vinelandii, Psudomonas aeruginosa
Добавки к мороженому; быстрорастворимая смесь для приготовления пудингов, кремов; средство для пропитки тканей и бумаги; гидрофильная пленка для корней растений, новогоднийх елок;  пленки для покрытия ран
Ксантан
(целлюлоза с трисахаридными боковыми цепями)
Xanthomonas campestris
Добавки к напиткам и плавленым сырам; быстрорастворимая смесь для приготовления пудингов, кремов; стабилизатор эмульсий; «французская приправа»1
Пуллулан
(остатки мальтотриозы, соединенные с помощью β-1,6-гликозидных связей)
Aureobasidium (синонимы: Pullularia, Dematium) pullulans
Покрытия для пищевых продуктов
Курдлан
(β-1,3-глюкан)
Alcaligenes faecalis var. myxogenes
Желирующее средство для пудингов (низкокалорийно, т.к. не подвергается расщеплению в кишечнике

1 Смесь прованского масла с уксусом и горчицей. Прим. перев.


Итак, полисахариды, находящиеся снаружи от клеточной стенки, называют экзополисахаридами. По физическим свойствам различают капсулы и слизи. Когда экзополисахариды относительно прочно связаны с клеточной стенкой, говорят о капсулах; если же связь непрочная или ее вообще нет, говорят о слизи.


С помощью микроорганизмов (бактерий, грибов) можно получать разнообразные полисахариды, ферменты, антигены и яды. Сегодня продукты микробного происхождения все чаще заменяют вещества, получаемые классическим способом. Сфера применения полисахаридов определяется с учетом их свойств, как функцио­нальных - способность растворяться в воде, создавать высоковязкие растворы, студ­ни, гели, так и биологических. Для повышения вязкости жидкостей уже с давних времен применяются растительные слизи. Но в настоящее время их все больше вытесняют многочисленные бактериальные экзополисахариды  (см. табл. 1). В качестве добавок к мороженому, пудингам и кремам используют алгинаты. Они же нашли применение и как гидрофильные покрытия для поддержания корней растений во влажном состоянии. По­лисахариды, добываемые из морских водорослей, постепенно вытесняются сходными продуктами, получаемыми с помощью Azotobacter или Pseudomonas.

Разностороннее применение нашли слизи, образуемые фитопатогенной бактерией Xanthomonas campestris, - ксантаны. Ксантаны применяются как наполнители в пищевой и косметической промышленности, как эмульгаторы для типографских красок и даже в качестве добавок к промывным водам в месторождениях нефти. Для приготовления пудингов и низкокалорийных супов используют курдланы, которые не подвергаются расщеплению в кишечнике человека.

В заключение, отдавая дань направлению деятельности нашей компании, еще раз подчеркнем, что одним из наиболее перспективных направлений использования полисахаридов является применение их в пищевой промышленности, например для производства СМЕТАНЫ, где экзополисахариды выполняют роль естественных загустителей и стабилизаторов консистенции. Также актуально использование экзополисахаридов в ХЛЕБОПЕЧЕНИИ. Самый распространенный дефект пшеничной муки - пониженное содержание в ней клейковины. Существующие ныне способы повышения качества такой муки трудоемки и экономически невыгодны. Эффективным способом повышения качества хлеба из низкоклейковинной муки является использование в качестве улучшителей гидрофильных добавок различного происхождения, в том числе микробных полисахаридов.


Дополнительная информация

МИКРОБНЫЕ ПОЛИСАХАРИДЫ

микробные полисахариды

ВВЕДЕНИЕ. Растительные полисахариды (крахмал, целлюлоза, гуммиарабик, гуаровая смола, пектин, альгинаты, агар и др.) и их полусинтетические производные играют важную роль в современных технологиях, в том числе в качестве загустителей в пищевой промышленности или при заводнении нефтяных скважин. Производство полисахаридов растительного происхождения достигает нескольких десятков тысяч тонн в год. Внеклеточные микробные полисахариды также могли бы найти применение в самых разнообразных отраслях промышленности, однако из-за значительных производственных затрат их использование пока ограничено. Наибольшее значение имеют ксантан и декстран. Гиалуроновая кислота уже применяется в биокосметике.

КСАНТАН представляет собой разветвленный гетерополисахарид, состоит из пяти остатков гексоз (глюкозы, маннозы и глюкуроновой кислоты). Молекулярная масса ксантанов – от 2 до 12 тыс. кДа. Ксантановые смолы имеют высокую вязкость (в зависимости от числа групп пирувата в полимере) и по ряду свойств сходны с пластмассой. Эти вещества безвредны для человека, поэтому их добавляют в качестве стабилизаторов и загустителей во многие пищевые продукты. Кроме того, благодаря устойчивости в растворах электролитов ксантаны добавляют к буровому шламу при бурении нефтяных скважин. Ксантаны образуются в клетках Xanthomonas campestris при аэробном росте на среде с глюкозой. Получение ксантанов осуществляют, как правило, в процессе периодической ферментации, используя в качестве источника углерода глюкозу, а в качестве источника азота – пептон, нитрат аммония и мочевину. Клонирование генов β-галактозидазы (lacZ) и лакт пермеазы (lacY) из Escherichia coli в геном X. сampestris позволило получить штамм, использующий в качестве источника углерода молочную сыворотку (отходы молочной промышленности). Из-за образования ксантанов культуральная жидкость становится очень вязкой (до 10 000 сантипуаз). Для сохранения аэробных условий роста в этом случае особое значение имеют мешалки специальной конструкции. Как правило, ксантаны из среды осаждают растворителем – изопропанолом. В современной промышленности производство ксантанов достигает 30 000 т/год.

ДЕКСТРАНЫ – очень важные вещества, которые могут служить заменителями плазмы крови. Благодаря тому, что полимерные цепи в этих веществах имеют поперечные сшивки, образуются сетчатые структуры, которые очень эффектны при очистке белков разного размера. Декстраны также применяются в пищевой промышленности. Разветвленные цепи декстранов, состоящие только из остатков глюкозы, связанных между собой α-1,6-связями, имеют молекулярную массу ~5*107 Да. У дрожжей и некоторых бактерий декстраны играют роль резервных полисахаридов. В качестве примера продуцента декстрана можно назвать Streptococcus mutans, бактерию, которая обитает в кариозной полости зуба человека. Образование декстрана приводит к появлению бактериального налета («камней»). Для промышленного получения декстрана используют Leuconostoc mesenteroides: в течение 24 ч в клетках этого микро организма из сахарозы образуется до 500 г/л декстрана. Декстран выделяют из культуральной жидкости осаждением этанолом, затем гидролизуют кислотой и еще раз осаждают этанолом. Декстран с молекулярной массой 75 000 Да используют как заменитель плазмы крови, а с молекулярной массой 40 000 Да – в качестве антитромболитика при полостных операциях.

ДРУГИЕ МИКРОБНЫЕ ПОЛИСАХАРИДЫ. Pseudomonas aeruginosa и Azotobacter vinelandii синтезируют альгинаты, по строению аналогичные альгинатам из водорослей. Альгинаты часто используют в качестве носителей для иммобилизации клеток при проведении различных биокаталитических реакций. Некоторые базидиомицеты синтезируют полимер склероглюкан, главная цепь которого образована остатками глюкозы, соединенными β-1,3-связями, а в местах разветвления остатки глюкозы присоединены β-1,6-связями. Склероглюкан, как и геллан, образующийся в клетках Auromonas elodea, используется как пищевая добавка. Пуллулан – глюкан с разветвленной цепью, в которой остатки глюкозы соединены α-1,4- (90%) и α-1,6- (10%) связями. Из пуллулана изготовляются тонкие пленки, не пропускающие кислород, которые используются для защиты пищевых и других продуктов от окисления. Промышленное получение микробных полисахаридов пока является очень дорогостоящим и экономически невыгодным процессом, поэтому такие полимеры еще не нашли широкого применения в современных технологиях.

Ксантан. Ферментация и очистка

Декстран. Ферментация и офистка

производство и использование полисахаридов


По теме свойств бакконцентратов см.: Свойства творожной сыворотки

Будьте здоровы!

 

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

  1. ПРОБИОТИКИ
  2. ДОМАШНИЕ ЗАКВАСКИ
  3. БИФИКАРДИО
  4. КОНЦЕНТРАТ БИФИДОБАКТЕРИЙ ЖИДКИЙ
  5. ПРОПИОНИКС
  6. ЙОДПРОПИОНИКС
  7. СЕЛЕНПРОПИОНИКС
  8. БИФИДОБАКТЕРИИ
  9. ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ
  10. ПРОБИОТИКИ И ПРЕБИОТИКИ
  11. СИНБИОТИКИ
  12. АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА
  13. АНТИОКСИДАНТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ
  14. АНТИМУТАГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ
  15. МИКРОФЛОРА КИШЕЧНОГО ТРАКТА
  16. МИКРОФЛОРА И ФУНКЦИИ МОЗГА
  17. ПРОБИОТИКИ И ХОЛЕСТЕРИН
  18. ПРОБИОТИКИ ПРОТИВ ОЖИРЕНИЯ
  19. МИКРОФЛОРА И САХАРНЫЙ ДИАБЕТ
  20. ПРОБИОТИКИ и ИММУНИТЕТ
  21. ПРОБИОТИКИ и ГРУДНЫЕ ДЕТИ
  22. ДИСБАКТЕРИОЗ
  23. МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ
  24. ПРОБИОТИКИ С ПНЖК
  25. ВИТАМИННЫЙ СИНТЕЗ
  26. АМИНОКИСЛОТНЫЙ СИНТЕЗ
  27. АНТИМИКРОБНЫЕ СВОЙСТВА
  28. СИНТЕЗ ЛЕТУЧИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
  29. СИНТЕЗ БАКТЕРИОЦИНОВ
  30. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
  31. АЛИМЕНТАРНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
  32. ПРОБИОТИКИ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ
  33. ПРОИЗВОДСТВО ПРОБИОТИКОВ
  34. ЗАКВАСКИ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
  35. НОВОСТИ