吳彤，房曉彬，閔偉紅，王輯

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，小麥和玉米深加工國家工程實驗室，長春130118)

0 引言

乳酸菌EPS是指乳酸菌在生長代謝過程中分泌到細(xì)胞壁外的黏液多糖或莢膜多糖的總稱[1]。EPS具有多種生理功能，包括增強人體免疫力[2-3]、抑制有害菌黏附[4]、降血壓[5]、抗氧化[6]、抗腫瘤[7]、抗?jié)僛8]、抗病毒[4]和改善腸道微生態(tài)環(huán)境等[9-10]。由于乳酸菌EPS具有獨特的理化及流變學(xué)特性，因此可作為增稠劑、穩(wěn)定劑、乳化劑、膠凝劑、填充劑和持水劑應(yīng)用到食品、醫(yī)藥、石油化工以及生化產(chǎn)品等領(lǐng)域。尤其在食品領(lǐng)域中，EPS可作為新型天然的食品添加劑應(yīng)用到發(fā)酵食品中，從而改善食品的質(zhì)構(gòu)、口感、流變學(xué)特性和風(fēng)味等指標(biāo)，同時賦予產(chǎn)品一定的營養(yǎng)保健功效。

乳酸菌EPS作為天然的大分子活性物質(zhì)，在調(diào)節(jié)機體免疫過程中具有很好的免疫原性。更加值得注意的是乳酸菌EPS的來源具有可追溯性，同時不會產(chǎn)生毒副作用，是理想的天然免疫佐劑。因此，本文將就乳酸菌EPS的理化特性及免疫調(diào)節(jié)相關(guān)作用機制進行論述，為預(yù)防和治療與免疫系統(tǒng)功能異常相關(guān)的疾病提供新的思路，也為開發(fā)以乳酸菌EPS為原料的功能性食品提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

1 乳酸菌胞外多糖的理化特性

乳酸菌EPS對機體沒有毒副作用，且來源是安全可靠的，目前已作為天然安全無公害的食品級添加劑，在一些歐美國家已經(jīng)部分取代傳統(tǒng)工業(yè)添加劑應(yīng)用于發(fā)酵乳制品生產(chǎn)中。乳酸菌EPS對食品品質(zhì)的貢獻目前主要表現(xiàn)在酸乳生產(chǎn)中，在改善酸乳的黏度、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和口感方面具有很大的開發(fā)應(yīng)用潛力[11]。EPS的理化特性主要包括：（1）改善發(fā)酵乳制品的質(zhì)地、組織狀態(tài)、風(fēng)味和感官[12]。產(chǎn)EPS的乳酸菌已成功應(yīng)用于低脂奶酪生產(chǎn)中，改善干酪的質(zhì)地、保水性和融化性能等[13-14]。Perry等[15]用產(chǎn)胞外多糖的S.thermophilusM R-1C和L.delb.bulgaricusMR-1R作為發(fā)酵劑生產(chǎn)干酪，與不產(chǎn)EPS的發(fā)酵劑（S.thermophilusTAO 61）相比，干酪的質(zhì)地得到明顯提高。Aw ad等[16]將以產(chǎn)EPS的菌株S.thermophilus CHCC 3534和L.lactis ssp.crem oris JFR 1作為發(fā)酵劑制作低脂切達(dá)奶酪，其質(zhì)地、加熱溶解性能和口感與全脂奶酪相比沒有顯著差別，這大大提高了低脂奶酪的品質(zhì)。R aw som等[17]人研究發(fā)現(xiàn)，利用產(chǎn)EPS發(fā)酵劑生產(chǎn)發(fā)酵乳，能夠防止乳清析出，改善產(chǎn)品的質(zhì)地和組織狀態(tài)，使產(chǎn)品不需要再添加任何的穩(wěn)定劑，增加了食品安全性和營養(yǎng)價值，并延長了商品的貨架期。(2)改變發(fā)酵乳制品的流變學(xué)特性。盡管乳酸菌產(chǎn)EPS的產(chǎn)量不高，但一般較低濃度的EPS就可以對發(fā)酵乳制品品質(zhì)起到較好的效果。利用EPS替代增稠劑，可以使發(fā)酵乳制品口感潤滑、黏度增加、剪切應(yīng)力提高。

產(chǎn)EPS的乳酸菌在非乳產(chǎn)品的開發(fā)中也具有良好的應(yīng)用前景。如產(chǎn)EPS的乳酸菌應(yīng)用于面團的發(fā)酵中，不僅可以增高發(fā)酵力，而且還可以改善饅頭或面包的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和風(fēng)味，產(chǎn)生的EPS還可以作為益生元，提高其營養(yǎng)價值[18-19]。

2 乳酸菌胞外多糖的免疫調(diào)節(jié)活性

免疫系統(tǒng)的紊亂不僅會產(chǎn)生多種疾病，而且與人類的衰老有關(guān)。研究表明，乳桿菌EPS在一般情況下對機體的免疫器官、特異性和非特異性免疫、細(xì)胞和體液免疫都有一定影響，能夠在一定程度上增強機體的免疫調(diào)節(jié)能力。在體內(nèi)實驗中，Bleau等[20]給免疫缺陷小鼠灌胃L.rhamnosus RW-9595M EPS，分析血清中溶血素抗體水平和小鼠免疫器官與體重的比值，最終證明這株細(xì)菌所產(chǎn)EPS能夠增加脾、胸腺指數(shù)和抗體積數(shù)，同時能顯著促進細(xì)胞白介素-10（IL-10）的分泌。王輯[21]利用L.plantarum YW 11所產(chǎn)的EPS喂食人結(jié)腸癌細(xì)胞HT-29荷瘤裸鼠以考察EPS的體內(nèi)抗腫瘤及免疫調(diào)節(jié)活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，EPS可提高荷瘤裸鼠脾臟中自然殺傷細(xì)胞和細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞的細(xì)胞活性，并可促進荷瘤裸鼠血清中細(xì)胞因子IL-10、IL-2和TN F-α的分泌。在體外實驗中，Shao等[22]研究了濃度分別為 10、100、1000μg/m L的 L.rhamnosus KF5 EPS對脾淋巴細(xì)胞增殖的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脾細(xì)胞的增殖速度與EPS濃度呈現(xiàn)良好的劑量依賴關(guān)系，當(dāng)EPS濃度為1 000μg/m L時獲得了最高的增殖活性。Liu等[3]研究發(fā)現(xiàn)L.paracasei subsp.paracasei N TU 101和L.plantarum N TU 102所產(chǎn)的EPS能激活巨噬細(xì)胞R aw 234.7的免疫活性，通過誘導(dǎo)一氧化氮合酶產(chǎn)生來刺激NO的釋放，同時誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分泌細(xì)胞因子IL-6、TN F-α、IL-1β。但是，由于乳桿菌EPS結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和來源的廣泛性，在機理上對EPS口服后是如何發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用依然不清楚，導(dǎo)致學(xué)術(shù)界和消費者人們對這類產(chǎn)品的質(zhì)量和功效心存疑慮，嚴(yán)重制約了該類食品市場的發(fā)展。

3 乳酸菌胞外多糖的免疫調(diào)節(jié)機制

首先，乳桿菌EPS的口服給藥途徑離不開腸道黏膜免疫反應(yīng)。腸黏膜是機體面積最大的免疫器官，時刻在接觸大量的抗原，是機體的第一道防線。隨著對黏膜免疫研究的日益重視，黏膜免疫組織結(jié)構(gòu)也逐漸清晰，黏膜免疫組織可分為特殊分化的腸道相關(guān)淋巴組織和彌散分布的淋巴細(xì)胞兩類。前者如派氏結(jié)、腸系膜淋巴結(jié)和盲腸等部位的淋巴組織，后者包括上皮間淋巴細(xì)胞和固有層等處的淋巴細(xì)胞。腸道黏膜免疫在功能上有一個突出特點，即對食物中含有的大量抗原物質(zhì)及腸道環(huán)境中存在的正常菌群產(chǎn)生免疫耐受，并能正常識別病原微生物中的抗原成分，從而產(chǎn)生相應(yīng)的免疫反應(yīng)。乳酸菌EPS的免疫調(diào)節(jié)功能是通過增強細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，如促進T/B淋巴細(xì)胞增殖、激活NK細(xì)胞殺傷腫瘤細(xì)胞、提高單核細(xì)胞吞噬能力、促有絲分裂、釋放細(xì)胞因子，從而增強宿主免疫防護作用[23]。Vindero la等[24]報道，給小鼠喂食乳酸菌胞外多糖能增加小鼠腸道產(chǎn)生免疫球蛋白IgA細(xì)胞的數(shù)量。

人類腸道是一個復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，維持腸道菌群的平衡狀態(tài)，對于預(yù)防或治療因腸道菌群失衡引起的疾病是非常重要的。最新研究表明，機體免疫系統(tǒng)與腸道菌群有緊密的聯(lián)系，腸道菌群與機體免疫系統(tǒng)處于相互影響的動態(tài)平衡中。一方面，免疫系統(tǒng)功能影響腸道微生物菌群的組成。如Hansen等[25]在檢測IL-10分泌量不足的小鼠腸道菌群構(gòu)成時發(fā)現(xiàn)其腸道微生物的多樣性減少，在檢測結(jié)腸炎引起腸黏膜免疫受損的小鼠腸道菌群構(gòu)成時發(fā)現(xiàn)其腸道大腸桿菌、放線菌、變形菌等微生物的數(shù)量有所提高，而產(chǎn)氣芽孢梭菌等微生物的數(shù)量大量降低。另一方面，腸道微生物菌群的組成反過來又會影響宿主的免疫系統(tǒng)功能。Sj?gren等[26]研究發(fā)現(xiàn)，嬰兒早期糞便中雙歧桿菌的數(shù)量和腸黏膜SIgA分泌的濃度呈顯著相關(guān)性，表明雙歧桿菌的種類及數(shù)量可以促進腸黏膜SIgA分泌系統(tǒng)的發(fā)育及成熟。Li等[27]研究雙歧桿菌所產(chǎn)生的EPS對小鼠腸道菌群的作用，發(fā)現(xiàn)該EPS能顯著增加乳桿菌和厭氧菌的生長，并能對腸桿菌、腸球菌和脆弱擬桿菌起到抑制作用。Gom ez[28]等人從青春雙歧桿菌ATCC 15703培養(yǎng)物的上清液中分離得到的胞外物質(zhì)，能誘導(dǎo)鼠肝的脾變活性，從胞外物質(zhì)中分離得到的EPS，顯示出較高的淋巴增值應(yīng)答內(nèi)部促進作用。Zimm er等[29]發(fā)現(xiàn)EPS在人體腸道內(nèi)經(jīng)過微生物的代謝產(chǎn)生有機酸，抑制腸道內(nèi)的大腸埃希菌等有害菌的生長。腸道菌群是通過刺激機體在腸道形成更多的免疫效應(yīng)細(xì)胞和淋巴器官，增加免疫因子的分泌以及激活免疫應(yīng)答等途徑來促進機體免疫系統(tǒng)的發(fā)育和功能的調(diào)節(jié)。腸道是機體與外源物質(zhì)直接接觸的部位，腸道組織中存在大量的蛋白，這些蛋白表達(dá)的變化可反映出機體對外源物質(zhì)的響應(yīng)。利用蛋白組學(xué)方法，研究EPS對小鼠腸道組織蛋白的表達(dá)情況，可從蛋白水平上揭示EPS的作用機制。

乳酸菌EPS的免疫調(diào)節(jié)活性常與其理化特性有關(guān)（分子量、單糖組成、所帶電荷）。如H idalgo-Cantabrana等[30]研究發(fā)現(xiàn)EPS帶有電荷或較小分子量會產(chǎn)生較強強或溫和的免疫刺激，而那些具有較大分子量的EPS會產(chǎn)生較弱的免疫刺激甚至是免疫抑制活性。由于乳酸菌EPS具有菌株特異性，不同菌株產(chǎn)生

的EPS差異性很大，不同的EPS具有各自特定的功能，因此在對新分離的乳酸菌EPS的功能篩選時，對其進行免疫活性的研究是很有必要的。

4 結(jié)語

乳酸菌是公認(rèn)的食品級安全微生物（generally recognized as safe,GRAS），在食品工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。乳酸菌EPS作為重要的代謝產(chǎn)物，來源安全，對機體無毒害作用。但在實際生產(chǎn)中乳酸菌EPS轉(zhuǎn)化效率較低，生產(chǎn)成本較高，要實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)還有待進一步的研究。現(xiàn)階段國內(nèi)外有關(guān)EPS的研究還主要集中于影響EPS的生物合成條件。隨著產(chǎn)EPS相關(guān)基因、活性多糖結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系的進一步確定，并且結(jié)合糖代謝控制和生物信息學(xué)分析，弄清其遺傳背景，可為通過基因工程獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)EPS菌株奠定基礎(chǔ)。另外，面對腫瘤疾病目前只能依賴具有多種副作用的傳統(tǒng)化學(xué)藥物治療的現(xiàn)狀，人們正在不斷尋求新的更加有效的天然抗腫瘤生物活性產(chǎn)品，通過分子生物學(xué)與病理學(xué)等研究手段，探明其相關(guān)作用機制。產(chǎn)EPS菌株具有良好的加工特性，將產(chǎn)EPS菌株應(yīng)用到除酸奶以外的其它乳制品中（冰淇淋、發(fā)酵乳飲料、干酪），研究產(chǎn)EPS菌株對產(chǎn)品品質(zhì)的影響?？梢娙樗峋鶨PS可作為新型的生物活性產(chǎn)品，在醫(yī)療、食品科學(xué)及人類健康等方面的應(yīng)用已成為今后研究的重點。

[1]RAMCHANDRAN L,SHAH NP.Effect of exopolysaccharides on the proteolytic and angiotensin-Iconverting enzyme-inhibitory activities and textural and rheological properties of low-fat yogurt during refrigerated storage[J].JournalofDairy Science,2009,92(3):895-906.[2]H IDALGOCANTABRANA C,N IKOLIC M,LóPEZ P,et al.Exopolysaccharide-producing Bifidobacterium animalis subsp.lactis strains and their polymers elicit different responses on immune cells from blood and gut associated lymphoid tissue[J].Anaerobe,2014,26:24-30.

[3]LIU CF,TSENG KC,CH IANG SS,et al.Immunomodulatory and antioxidant potential of Lactobacillus exopolysaccharides[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2011,91(12):2284-2291.

[4]K?ON?EKOVáP,BYSTR ICKyP,VL KOVáS,etal.Exopolysaccharides of Lactobacillus reuteri:Their influence on adherence of E.coli to epithelial cells and inflammatory response[J].Carbohydrate Polymers,2016,141:10-19.

[5]AIL,ZHANG H,GUO B,et al.Preparation,partial characterization and bioactivity of exopolysaccharides from Lactobacillus casei LC2W[J].Carbohydrate Polymers,2008,74(3):353-357.

[6]ZHENG LP,ZOU T,MA YJ,et al.Antioxidant and DNA damage protecting activity of exopolysaccharides from the endophytic bacterium BacilluscereusSZ1[J].M olecules,2016,21:174.

[7]WANG K,LIW,RUIX,et al.Characterization of a novel exopolysaccharidew ith antitumor activity from Lactobacillusplantarum 70810[J].International Journal of Biological M acromolecules,2014,63:133-139.

[8]MASOOD M I,QADIR M I,SHIRAZIJH,et al.Beneficial effectsof lactic acid bacteria on human beings[J].Critical Review s in M icrobiol-

Cˇogy,2011,37(1):91-98.

[9]SALAZAR N,BINETTIA,GUEIMONDEM,etal.Safety and intestinal m icrobiota modulation by the exopolysaccharide-producing strains Bifidobacterium animalis IPLA R 1 and Bifidobacterium longum IPLA E44 orally adm inistered to W istar rats[J].International Journal of Food M icrobiology,2011,144:342-351.

[10]NIKINMAA M,ALAM SA,RAULIO M,et al.Bioprocessing of bran w ith exopolysaccharide producing m icroorganisms as a tool to improve expansion and textural properties of extruded cereal foams w ith high dietary fibre content[J].LWT-Food Science and Technology,2017,77(1):170-177.

[11]陳曉紅.乳酸菌胞外多糖的生物合成及其組成和體外抑瘤活性研究[D].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003.

[12]邵麗.產(chǎn)胞外多糖乳桿菌的篩選及其多糖的分離、結(jié)構(gòu)和生物活性研究[D].江南大學(xué)，2014.

[13]SATO T,NISHIMURA-UEMURA J,SHIMOSATO T,et al.Dextran from Leuconostocmesenteroidesaugments immunostimulatory effects by the introduction of phosphate groups[J].Journal of Food Protection,2004,67(8):1719-1724.

[14]DE PALENCIA PE,WERN ING M L,SIERRA-FILARDIE,et al.Probiotic properties of the 2-substituted(1,3)-β-D-glucan-producing bacterium Pediococcusparvulus2.6[J].Applied and EnvironmentalM icrobiology,2009,75(14):4887-4891.

[15]PERRY DB,MCMAHON DJ,OBERG CJ.Effect of exopolysaccharide-producing cultureson moisture retention in low fat Mozzarela cheese[J].JournalofDairy Science,1997,80(5):799-805.

[16]AWAD S,HASSAN AN,MUTHUKUMARAPPAN K.Application of exopolysaccharide-producing cultures in reduced-fat Cheddar cheese：Texture and melting properties[J].Journal of Dairy Science,2005,88(12):4204-4213.

[17]RAWSON HL，MARSHALL VM.Effect of‘ropy’strains of stirred yogurt[J].International journal of food science&technology，1997，32(3)：213-220.

[18]FLINT HJ，BAYER E A，RINCON MT，et al.Polysaccharide utilization by gut bacteria:potential for new insights from genomic analysis[J].Nature ReviewsM icrobiology，2008，6(2)：121-131.

[19]PHARMACEUTIQUESUL.Dietarymodulation of the human coloniemicrobiota：introducing the concept of prebiotics[J].Journal of Nutrition,1995,125:1401-1412.

[20]BLEAU C,MONGESA,RASH IDAN K,et al.Intermediate chains of exopolysaccharides from Lactobacillus rhamnosus RW-9595M increase IL-10 production by macrophages[J].Journal of Applied M icrobiology,2010,108:666-675.

[21]王輯.產(chǎn)胞外多糖植物乳桿菌的分離篩選、分子表征及其應(yīng)用研究[D].長春:吉林大學(xué),2015.

[22]SHAO L,WU Z,ZHANG H,et al.Partial characterization and immunostimulatory activity of exopolysaccharides from Lactobacillus rhamnosus KF5[J].Carbohydrate Polymers,2014,107:51-6.

[23]崔艷麗，徐曉芬，吳正鈞，劉振民.乳酸菌胞外多糖對人類腸道菌群的影響[J].中國微生態(tài)學(xué)雜志,2016,28(7):851-856.

[24]VINDEROLA G,PERDIG NG,DUARTE J,et al.Effects of the oraladm inistration of the exopolysaccharide produced by Lactobacillus kefiranofaciens on the gutmucosal immunity[J].Cytokine,2006,36(5):254-260.

[25]HANSEN JJ,HOLT L,SARTOR RB.Gene expression patterns in experimental colitis in IL-10-deficientm ice[J].Inflammatory Bowel Diseases,2009,15(6):890-899.

[26]SJ?GREN YM,TOM ICIC S,LUNDBERG A,et al.Influence of early gutm icrobiotaon thematuration of childhoodmucosaland system ic immune responses[J].Clinical and Experimental Allergy,2009,39(12):1842-1851.

[27]LIS,CHEN T,XU F,et al.The beneficial effect of exopolysaccharides from Bifidobacterium bifidun WBIN 03 on m icrobial diversity in mouse intestine[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2014,94(2):256-264.

[28]GOMEZ E,MELGAR MM,PEREZ S,et al.Exceular products from B.adolescentis as immunomodifdifiers in the lymphoproliferative reponses ofmouse splenocytes[J].FEMSM icrobiology Letters,1998,56:47-52.

[29]ZIMMER J,LANGE B,FR ICK JS,et al.A vegan or vegetarian diet substantially alters the human colonic faecalmicrobiota[J].European Journalof ClinicalNutrition,2012,66(1):53-60.

[30]H IDALGO-CANTABRANA C,LóPEZ P,GUEIMONDEM,et al.Immune modulation capability of exopolysaccharides synthesised by lactic acid bacteria and bifidobacteria[J].Probioticsand Antim icrobialProteins,2012,4(4):227-237.