Владивосток, Россия
Владивосток, Россия
Владивосток, Россия
Большинство молочнокислых бактерий обладает способностью к синтезу экзополисахаридов в процессе ферментации. Экзополисахариды могут повышать стабильность продукта, улучшать его текстуру и органолептические свойства, выступать как загустители и пребиотики. Кроме того, экзополисахариды обладают биологической активностью: антиоксидантным и противоопухолевым действием, иммуномодулирующей активностью, способностью улучшать рост микробиоты кишечника и снижать уровень холестерина. Это определяет перспективу широкого использования полисахаридов молочнокислых бактерий в пищевой промышленности для удовлетворения растущего спроса на лечебные, натуральные продукты питания. В последние годы повышается интерес к закваскам c улучшенными свойствами, позволяющими оказывать влияние на органолептические и реологические характеристики продукта. Одним из направлений улучшения качественных характеристик заквасок является использование культур, продуцирующих экзополисахариды. Согласно исследовательским данным, большое влияние на биосинтез экзополисахаридов и их количество оказывают состав питательной среды (источник углерода, азота, витаминов, минералов) и условия культивирования (температура, рН), поскольку для каждого рода и вида молочнокислых бактерий они являются индивидуальными. Экзополисахариды, продуцируемые молочнокислыми бактериями, интенсифицируют процесс ферментации молока, сокращая время образования сгустка, а также стимулируют рост сопутствующей в консорциуме пробиотической микрофлоры и синтез ими полезных метаболитов. Для более детального изучения полезных свойств полисахаридов и их применения в медицине, создания функциональных заквасок и применения полисахаридов в продуктах питания для улучшения их свойств необходимо проводить исследования бактерий-продуцентов экзополисахаридов, а также состав и структуру данных молекул. Целью работы являлось проведение обзора наиболее применяемых методов качественного и количественного определения экзополисахаридов, а также исследование их структуры и моносахаридного состава. Также представлена общая информация о свойствах данных молекул.
экзополисахариды, молочнокислые бактерии, химическая структура, биосинтез, биологическая активность, молекулярная масса
1. Ганина, В. И. Анализ зарубежных исследований в области молочнокислых бактерий, синтезирующих экзополисахариды / В. И. Ганина, Т. В. Рожкова // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2005. № 5–6. С. 65–66. https://elibrary.ru/mnmiyp
2. Khalil, M. A. Exploring the therapeutic potentials of exopolysaccharides derived from lactic acid bacteria and bifidobacteria: Antioxidant, antitumor, and periodontal regeneration / M. A. Khalil [et al.] // Frontiers in Microbiology. 2022. Vol. 13. 803688. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.803688
3. Kavitake, D. Antipathogenic potentials of exopolysaccharides produced by lactic acid bacteria and their food and health applications / D. Kavitake [et al.] // Food Control. 2023. Vol. 152. 109850. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2023.109850
4. Zhang, Y. The effect of optimized carbon source on the synthesis and composition of exopolysaccharides produced by Lactobacillus paracasei / Y. Zhang [et al.] // Journal of Dairy Science. 2021. Vol. 104(4). P. 4023–4032. https://doi.org/10.3168/jds.2020-1944
5. Andrew, M. Molecular characterization and biocompatibility of exopolysaccharide produced by moderately halophilic bacterium Virgibacillus dokdonensis from the saltern of Kumta Coast / M. Andrew, G. Jayaraman // Polymers. 2022. Vol. 14(19). 3986. https://doi.org/10.3390/polym14193986
6. Fuso, A. Feeding lactic acid bacteria with different sugars: Effect on exopolysaccharides (eps) production and their molecular characteristics / A. Fuso [et al.] // Foods. 2023. Vol. 12(1). 215. https://doi.org/10.3390/foods12010215
7. Yadav, M. K. Methods for detection, extraction, purification, and characterization of exopolysaccharides of lactic acid bacteria—A systematic review / M. K. Yadav [et al.] // Foods. 2024. Vol. 13(22). 3687. https://doi.org/10.3390/foods13223687
8. Ruas-Madiedo, P. Invited review: Methods for the screening, isolation, and characterization of exopolysaccharides produced by lactic acid bacteria / P. Ruas-Madiedo, C. G. de los Reyes-Gavilán // Journal of Dairy Science. 2005. Vol. 88(3). P. 843–856. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(05)72750-8
9. Mozzi, F. Diversity of heteropolysaccharide-producing lactic acid bacterium strains and their biopolymers / F. Mozzi [et al.] // Applied and Environmental Microbiology. 2006. Vol. 72(6). P. 4431–4435. https://doi.org/10.1128/AEM.02780-05
10. Van der Meulen, R. Screening of lactic acid bacteria isolates from dairy and cereal products for exopolysaccharide production and genes involved / R. Van der Meulen [et al.] // International Journal of Food Microbiology. 2007. Vol. 118(3). P. 250–258. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2007.07.014
11. Bancalari, E. Impedance microbiology to speed up the screening of lactic acid bacteria exopolysaccharide production / E. Bancalaria [et al.] // International Journal of Food Microbiology. 2019. Vol. 306. 108268. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2019.108268
12. Nguyen, P. T. Exopolysaccharide production by lactic acid bacteria: The manipulation of environmental stresses for industrial applications / P. T. Nguyen [et al.] // AIMS Microbiology. 2020. Vol. 6(4). P. 451–469. https://doi.org/10.3934/MICROBIOL.2020027
13. Malaka, R. Assessment of exopolysaccharide production by Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus ropy strain in different substrate media / R. Malaka [et al.] // Foo Science & Nutrition. 2020. Vol. 8(3). P. 1657–1664. https://doi.org/10.1002/fsn3.1452
14. Пожидаева, Е. А. Исследование экзополисахаридного потенциала штаммов пробиотических микроорганизмов / Е. А. Пожидаева [и др.] // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания. 2024. № 3. С. 112–117. https://doi.org/10.24412/2311-6447-2024-3-112-117; https://elibrary.ru/cprjbv
15. Yilmaz, M. T. Effect of in situ exopolysaccharide production on physicochemical, rheological, sensory, and microstructural properties of the yogurt drink ayran: An optimization study based on fermentation kinetics / M. T. Yilmaz // Journal of Dairy Science. 2015. Vol. 3 (98). P. 1604–1624. https://doi.org/10.3168/jds.2014-8936
16. Nehal, F. Characterization, high production and antimicrobial activity of exopolysaccharides from Lactococcus lactis F-mou / F. Nehal [et al.] // Microbial Pathogenesis. 2019. Vol. 132. P. 10–19. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2019.04.018; https://elibrary.ru/xauowi
17. Sanalibaba, P. Exopolysaccharides production by lactic acid bacteria / P. Sanalibaba, G. A. Cakmak // Applied Microbiology: Open Access. 2016. Vol. 2(2). 1000115. https://doi.org/10.4172/2471-9315.1000115
18. Bibi, A. Recent advances in the production of exopolysaccharide (EPS) from Lactobacillus spp. and its application in the food industry: A review / A. Bibi [et al.] // Sustainability. 2021. Vol. 13(22). https://doi.org/10.3390/su132212429
19. Kusmiati, К. Effect of sodium acetate and trace element (Se2+, Zn2+) on exopolysaccharide production by Lactobacillus plantarum and promote antioxidant capacity / К. Kusmiati [et al.] // Lactobacillus - A Multifunctional Genus. Ed. by M. Laranjo. – IntechOpen, 2023. – 184 p. https://doi.org/10.5772/intechopen.104547
20. Cui, Y. New advances in exopolysaccharides production of Streptococcus thermophilus / Y. Cui [et al.] // Archives of Microbiology. 2017. Vol. 199(6). P. 799–809. https://doi.org/10.1007/s00203-017-1366-1
21. Polak-Berecka, M. Physicochemical characterization of exopolysaccharides produced by Lactobacillus rhamnosus on various carbon sources / M. Polak-Berecka [et al.] // Carbohydrate Polymers. 2015. Vol. 117. P. 501–509. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.10.006
22. Bertsch, A. Enhanced exopolysaccharide production by Lactobacillus rhamnosus in co-culture with Saccharomyces cerevisiae / A. Bertsch, D. Roy, G. Lapointe // Applied Sciences (Switzerland). 2019. Vol. 9(19). 4026. https://doi.org/10.3390/app9194026
23. Korcz, E. Exopolysaccharides from lactic acid bacteria: Techno-functional application in the food industry / E. Korcz, L. Varga // Trends in Food Science & Technology. 2021. Vol. 110. P. 375–384. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.02.014
24. Prete, R. Lactic acid bacteria exopolysaccharides producers: A sustainable tool for functional foods / R. Prete [et al.] // Foods. 2021. Vol. 10(7). 1653. https://doi.org/10.3390/foods10071653
25. Sоrensen, H. M. Exopolysaccharides of lactic acid bacteria: Production, purification and health benefits towards functional food / H. M. Sorensen [et al.] // Nutrients. 2022. Vol. 14(14). 2938. https://doi.org/10.3390/nu14142938
26. Li, D. The influence of fermentation condition on production and molecular mass of EPS produced by Streptococcus thermophilus 05-34 in milk-based medium / D. Li [et al.] // Food Chemistry. 2016. Vol. 197. P. 367–372. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2015.10.129
27. Oleksy-Sobczak, M. Optimization of media composition to maximize the yield of exopolysaccharides production by Lactobacillus rhamnosus strains / M. Oleksy-Sobczak, E. Klewicka // Probiotics and Antimicrobial Proteins. 2019. Vol. 12. P. 774–783. https://doi.org/10.1007/s12602-019-09581-2
28. Головач, О. С. Оценка способности продуцирования экзополисахаридов молочнокислыми микроорганизмами качественным методом / О. С. Головач [и др.] // Актуальные вопросы переработки мясного и молочного сырья. 2019. № 13. С. 39–46. https://elibrary.ru/nzaafvNZAAFV.
29. London, L. E. E. Use of Lactobacillus mucosae DPC 6426, an exopolysaccharide-producing strain, positively influences the techno-functional properties of yoghurt / L. E. E. London [et al.] // International Dairy Journal. 2015. Vol. 40. P. 33–38. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2014.08.011
30. Li, C. Microbiological, physicochemical and rheological properties of fermented soymilk produced with exopolysaccharide (EPS) producing lactic acid bacteria strains / C. Li [et al.] // LWT - Food Science and Technology. 2014. Vol. 57(2). P. 477–485. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2014.02.025
31. Wang, J. Solation and characterization of exopolysaccharide-producing Lactobacillus plantarum SKT 109 from Tibet Kefir / J. Wang [et al.] // Polish Journal of Food and Nutrition Sciences. 2015. Vol. 65(4). P. 269–279. https://doi.org/10.1515/pjfns-2015-0023
32. Leroy, F. Advances in production and simplified methods for recovery and quantification of exopolysaccharides for applications in food and health / F. Leroy, L. De Vuyst // Journal of Dairy Science. 2016. Vol. 99(4). P. 3229–3238. https://doi.org/10.3168/jds.2015-9936
33. Buksa, K. Extraction, purification and characterisation of exopolysaccharides produced by newly isolated lactic acid bacteria strains and the examination of their influence on resistant starch formation / K. Buksa, M. Kowalczyk, Ja. Boreczek // Food Chemistry. 2021. Vol. 362. 130221. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.130221
34. Lynch, K. M. Isolation and characterisation of exopolysaccharide-producing Weissella and Lactobacillus and their application as adjunct cultures in Cheddar cheese / K. M. Lynch [et al.] // International Dairy Journal. 2014. Vol. 34(1). https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2013.07.013
35. Tang, W. Structural characterization and antioxidant property of released exopolysaccharides from Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus SRFM-1 / W. Tang [et al.] // Carbohydrate Polymers. 2017. Vol. 173. P. 654–664. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.06.039
36. Dubois, M. A colorimetric method for the determination of sugars / M. Dubois [et al.] // Nature. 1951. Vol. 4265(168). 167. https://doi.org/10.1038/168167a0
37. Cerning, J. Isolation and characterization of exopolysaccharides from slime-forming mesophilic lactic acid bacteria / J. Cerning [et al.] // Journal of Dairy Science. 1992. Vol. 75. P. 692–699. https://doi.org/10.3168/JDS.S0022-0302%2892%2977805-9
38. Nwosu, I. G. Production of microbial exopolysaccharide by cost-effective medium opimization method / I. G. Nwosu, G. O. Abu, K. O. Agwa // Journal of Advances in Microbiology. 2019. Vol. 19(2). P. 1–13. https://doi.org/10.9734/jamb/2019/v19i230189
39. Maunatin, A. The isolation of exopolysaccharide-producing lactic acid bacteria from lontar (Borassus flabellifer L.) sap / A. Maunatin [et al.] // Iranian Journal of Microbiology. 2020. Vol. 12(5). P. 437–444. https://doi.org/10.18502/ijm.v12i5.4605
40. Macedo, M. G. Quantification of exopolysaccharide, lactic acid, and lactose concentrations in culture broth by near-infrared spectroscopy / M. G. Macedo, M. F. Laporte, C. Lacroix // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2002. Vol. / 50(7). P. 1774–1779. https://doi.org/10.1021/jf0110093
41. Wolter, A. Evaluation of exopolysaccharide producing Weissella cibaria MG1 strain for the production of sourdough from various flours // Food Microbiology. 2014. Vol. 37. P. 44–50. https://doi.org/10.1016/j.fm.2013.06.009
42. Zhu, Y. Exopolysaccharides produced by yogurt-texture improving Lactobacillus plantarum RS20D and the immunoregulatory activity / Y. Zhu [et al.] // International Journal of Biological Macromolecules. 2019. Vol. 121. P. 342–349. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.09.201
43. Tukenmez, U. The relationship between the structural characteristics of lactobacilli-EPS and its ability to induce apoptosis in colon cancer cells in vitro / U. Tukenmez [et al.] // Scientific Reports. 2019. Vol. 9(1). 8268. https://doi.org/10.1038/s41598-019-44753-8
44. Chen, Y.-C. Monosaccharide composition influence and immunomodulatory effects of probiotic exopolysaccharides / Y.-C. Chen, Y.-J. Wu, C.-Y. Hu // International Journal of Biological Macromolecules. 2019. Vol. 133. P. 575–582. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.04.109
45. Abid, Y. Production and structural characterization of exopolysaccharides from newly isolated probiotic lactic acid bacteria / Y. Abida [et al.] // International Journal of Biological Macromolecules. 2018. Vol. 108. P. 719–728. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.10.155
46. Kanauchi, M. Lactic acid bacteria / M. Kanauchi. – New York: Springer New York, 2019. – 194 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-8907-2
47. Wei, D. Research methods for structural analysis of lactic acid bacteria induced exopolysaccharides / D. Wei [et al.] // Chinese Journal of Analytical Chemistry. 2018. Vol. 6(46). P. 875–888. https://doi.org/10.1016/S1872-2040(18)61091-6
48. De Vuyst, L. Production by and isolation of exopolysaccharides from Streptococcus thermophilus grown in a milk medium and evidence for their growth-associated biosynthesis / L. De Vuyst [et al.] // Journal of Applied Microbiology. 1998. Vol. 84(6). P. 1059–1068. https://doi.org/10.1046/j.1365-2672.1998.00445.x
