CN1418256A - 来自丝状真菌的β葡聚糖 - Google Patents

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Abstract

一种生产β－葡聚糖的方法，非病原腐生丝状真菌或包含它的组合物在提供β－葡聚糖，并由此改善食品结构、构造、稳定性或其组合中的用途；非病原腐生丝状真菌在提供β－葡聚糖并由此提供营养中的用途；真菌或包含它的组合物用在制备预防或治疗免疫疾病、肿瘤或微生物感染的药物或营养组合物中的用途。

Description

来自丝状真菌的β葡聚糖
本发明涉及生产β葡聚糖的方法；利用非病原腐生丝状真菌或包含它的组合物提供β-葡聚糖，且由此改善食物结构，构造，稳定性或其组合；利用非病原腐生丝状真菌产生β-葡聚糖并由此提供营养；将一种真菌或含所述真菌的组合物用于制造用以预防或治疗免疫疾病、肿瘤或细菌感染的药物或营养组合物。
在本发明说明书的上下文中，词语“包含”是指“包含……同时也包含其他物质”。并非是指“仅由……组成”。
在最近十年中人们对来自微生物的生物聚合物产生了极大的兴趣，目的在于替换营养组合物中传统的来自植物和动物的胶。新的生物聚合物可以带来新的、具有所需特性的、更容易生产和纯化的材料的发展。因此，已在生化和遗传水平对外多糖(EPS)的产物鉴定进行了研究。EPS的优势在于其能够在发酵过程中由食品微生物分泌，但使用微生物产生的EPS带来了产量过低(50-500mg/l)的问题，并且一旦EPS被提取出来即破坏了其构造。
EPS的一个实例是β-葡聚糖。β-葡聚糖由1-3或1-6键连接的β-葡萄糖组成，其下述特性使其在食品工业中倍受关注：粘性，乳浊性，稳定性，低温防护性和免疫刺激活性。
引人注目地是已发现真菌可以产生大量(20g/l)的生物多聚体，如β-葡聚糖。一个例子是硬化葡聚糖，一种由某种丝状真菌(例如核盘菌，伏革菌和座盘菌)产生的多糖，根据其物理特性已在炼油中用作润滑剂和压力补偿材料(Wang，Y.，和B.Mc Neil.1996.Scleroglucan.Critical Reviews inBiotechnology 16：185-215)。
硬化葡聚糖是由β(1-3)连接的葡萄糖骨架和不同程度的β(1-6)葡萄糖侧链基团组成。这些侧链基团的存在提高了溶解性并阻止三股螺旋的形成，而形成三股螺旋可能导致其形成凝胶能力降低。硬化葡聚糖溶液的粘性表明其对pH(pH1-11)，温度(在10-90℃范围为常数)和电解质变化(例如5％NaCl，5％CaCl2)的高度耐性。而且，有提议将其在食品工业中用作增稠，悬浮，包衣，胶化的试剂，也有其强烈免疫刺激性，抗肿瘤和抗微生物活性的报道(Kulicke，W.-M.，A.1.Lettau，和H.Thielking.1997，Correlation between immunological activity，molar mass，和molecularstructure of different(1→3)-β-D-glucans.Carbohydr.Res.297：135-143)。
引人注目的是，目前已鉴定并分离出了一类能产生在食品工业中引人注目的真菌外多糖的丝状真菌。EPS的两个引人注意的方面是(a)其良好的构造和(b)在体外和体内的免疫分析中促进免疫刺激作用的能力。所述的真菌EPS可以掺入健康食品中(例如EPS作为低卡路里产品或新的免疫刺激产品的构造脂肪替代品)或单独作为食品添加剂。
令人惊讶的是，已发现这些真菌能够产生很高得率的β-葡聚糖。
因此本发明的第一方面是提供生产β-葡聚糖的方法，其包括发酵含非病原腐生丝状真菌的悬浮液，从悬浮液中提取β-葡聚糖。
本发明的第二方面提供非病原腐生丝状真菌或包含它的组合物在提供β-葡聚糖并由此改善食品结构，构造，稳定性或其组合中的用途。
本发明的第三方面是提供非病原腐生丝状真菌或包含它的组合物在提供β-葡聚糖的来源并由此提供营养物质中的用途。
本发明的第四方面是提供非病原腐生丝状真菌或包含它的组合物制造用以预防或治疗免疫疾病、肿瘤或细菌感染的药物或营养组合物中的用途。
优选地，生产β-葡聚糖的方法的实施方案包括发酵选自下组的非病原腐生丝状真菌：鲜红青霉(Penicillium chermesinum)，赭色青霉(Penicilliumochrochloron)，丝核菌(Rhizoctonia sp.)，茎点霉(Phoma sp.)，或其组合。更优选将这些真菌中的至少三种一起发酵，更优选将所有这些真菌一起发酵。
优选的，生产β-葡聚糖的方法的实施方式包括至少约50小时的发酵步骤，更优选约80小时到约120小时，再更优选约96小时。显然，目前已发现如果按这一时间进行发酵，其有益之处在于可以获得高产率的β-葡聚糖。
优选地，一种生产β-葡聚糖的方法的实施方案包括在含有选自下述组中的成分的培养基中发酵悬浮液的步骤，所述的组由NaNO3，KH2PO4，MgSO4，KCl和酵母抽提物组成。更优选其至少包含上述成分中的三种。最优选其包含所有的上述成分。已发现含有这些成分的培养基的有益之处在于可以生产高得率的β-葡聚糖。
优选地，一种生产β-葡聚糖的方法的实施方案包括在基本培养基中培养所述真菌的步骤。优选地，所述的培养基仅包含葡萄糖和盐，其有益之处在于在损害产率的情况下能够分离到高纯度的多糖。这是由于酵母抽提物包含不易与EPS相分离的多糖。最优选地，所述培养基含NaNO3(10mM)，KH2PO4(1.5g/l)，MgSO4(0.5g/l)，KCl(0.5)，C4H12N2O6(10mM)葡萄糖(60)调pH至4.7。
优选地，依照本发明的一方面有关真菌用途的实施方案包含利用下述的真菌：鲜红青霉(Penicillium chermesinum)，赭色青霉(Penicilliumochrochloron)，丝核菌(Rhizoctonia sp.)，茎点霉(Phoma sp.)或其组合。
本发明下述的优选实施方案中描述并明显体现了本发明的其他特点和有益之处。
在一个实施方案中，生产β-葡聚糖的方法包括发酵包含在下述培养基中的真菌的悬浮液，所述的培养基为(g/l)NaNO3(3)，KH2PO4(1)，MgSO4(0.5)，KCl(0.5)，酵母抽提物(1.0)，葡萄糖(30)调pH为4.7。上述发酵在约28℃下进行约96小时并伴随18rpm的振荡。在一种可替代的实施方案中，将开始可能不产生多糖的菌株培养168小时。
下面给出的实施例只是借以阐述本发明并不作为对本发明的限制。
实施例1：真菌β-葡聚糖产物：下述真菌分离物已经分离并分类：
实验室分离物 “意大利语”公开名称 CBS鉴定
P28 鲜红青霉(Penicilliumchermesinum) 平滑青霉(Penicilliumglabrum)(teleomorph*)
P45 赭色青霉(Penicilliumochrochloron) Eupenicillium euglaucum(anamorph**)
P82 丝核菌(Rhizoctonia sp.) Botryosphaeria rhodina(teleomorph)/肉桂枝枯病(Lasiodiplodiatheobromae)(anamorph)
P98 茎点霉(Phoma sp.) N/A
 VT13 茎点霉(Phoma sp.) N/A
 VT14 茎点霉(Phoma sp.) N/A
**anamorph＝无性形式，teleomorph＝有性形式N/A＝未获得。
实施例2标准多糖产物
所用的TB1(g/l)培养基如下：NaNO3(3)，KH2PO4(1)，MgSO4(0.5)，KCl(0.5)，酵母抽提物(1.0)，葡萄糖(30)调pH至4.7。
发酵时间为28℃下96小时伴随180rpm的振荡。对于起初可能不产生多糖的菌株培养时间延长到168小时。
多糖的产量结果如下：真菌菌株                     生物量           多糖       pH    特定产量
                          (g/l)           (g/l)     (g/g)Slerotium glucanicum        9.06±2.06    11.20±0.71   3.79     1.24NRRL3006灰色葡萄孢                   2.64±0.10    5.90±0.57    4.35     2.23(Botritis cinerea)P3油菜核盘菌                   1.16+0.16     1.61±0.13    2.50     1.38(Sclerotinia sclerotiorum)P4大刀镰孢                     6.51±1.05    0.82±0.13    7.70     0.13(Fusarium culmorum)P8未鉴定的P9                   5.43±0.53    1.32±0.02    4.00     0.24鲜红青霉                    4.08±1.17    0.68±0.11    3.30     0.17(Penicillium chermesinum)P28 赭色青霉                    10.53±2.87   0.45±0.07    3.50     0.04(Penicillium ochrochloron)P45镰孢                         8.60±2.12    1.25±0 35    7.44     0.15(Fusariiii sp.)P58油菜核盘菌                   2.10±0.00    0.86±0.00    3.80     0.41(Sclerotinia sclerotiorum)P62油菜核盘菌                     4.08±0.54     1.33±0.04    3.30     0.33(Sclerotinia sclerotiorum)P63Botritisfabae                  19.70±0.00    0.50±0.00    4.94     0.03(Botritisfabae)P65大豆黑痣病菌                   12.52±0.40    1.55±0.07    8.60     0.12(Rhizoctonia fragariae)P70草莓黑斑病菌                   6.01±0.89     1.05±0.07    7.00     0.17(Colletotrichum acutatum)P72盘多毛孢.                      8.70±0.28     1.90±0.28    6.30     0.22(Pestalotia sp.)P75刺盘孢                         12.00±1.95    0.65±0 07    6.50     0.05(Colletotrichum sp)P80刺盘孢                         5.10±0.71     0.80±0.00    5.70     0.16(Colletotrichum sp.)P81丝核菌                         5.70±0.28     8.90±1.56    6.50     1.56(Rhizoctonia sp.)P82支顶孢.                        4.69±0.62     1.45±0.07    7.20     0.31(Acrernonium sp.)P83支顶孢.                        5.50±0.00     1.30±0.00    7.20     0.24(Acrernonium sp.)P84支顶孢.                        3.90±0.71     1.00±0.14    5.85     0.26(Acrernonium sp.)P86支顶孢.                        8.08±0.01     0.73±0.18    4.40     0.09(Acrernonium sp.)P90未鉴定的P91                    10.50±0.14    1.28±0.31    6.83     0.12毛壳霉                         8.30±1.43     1.00±0.28    7.40     0.12(Chaetomium sp.)P94草茎点霉                       13.61±2.34    0.98±0.22    7.50     0.07(Phoma herbarum)P97茎点霉                         11.01±1.07    2.89±0.01    8.00     0.26(Phoma sp.)P98茎点霉                11.76±1.66   0.66±0.04    6.45      0.06(Phoma sp.)P99
*当EPS产量最大时给出的值。给出的数据是两次独立实验的平均值±标准偏差。
实施例3理想的多糖产量
研究了丝核菌(Rhizoctonia sp.)P82，茎点霉(Phoma sp.)P98和鲜红青霉(Penicillium chermesinum)P28的多糖产量。结果如下：在TB1上培养的碳源的作用：
I.丝核菌(Rhizoctonia sp.)P82的EPS产量碳源**      生物量         多糖         pH    特定产量
         (g/l)          (g/l)               (g/g)葡萄糖      3.74±0.80    18.55±0.57    5.48    4.96果糖        4.20±0.58    21.10±0.89    5.60    5.02半乳糖      4.21±0.19    16.67±1.20    6.52    3.96木糖        3.45±0.53    15.94±2.42    6.07    4.63山梨醇      5.19±0.80    4.70±0.21     6.16    0.91甘油        5.25±0.60    1.54±0.42     6.15    0.29蔗糖        4.03±0.59    14.07±0.64    5.61    3.49麦芽糖      4.07±0.32    12.22±0.34    5.28    3.00乳糖        4.63±0.47    8.78±0.59     6.34    1.90淀粉        5.77±0.95    17.36±0.69    6.26    3.01
*当EPS产量最大时给出的值。给出的数据是三次独立实验的平均值±标准偏差。
**将碳源以30g/l加到培养基。
II.茎点霉(Phoma sp.)P98的EPS产量碳源**       生物量         多糖        pH       特定产量
          (g/l)         (g/l)                  (g/g)葡萄糖      11.99±0.64    1.97±1.22    7.31      0.16果糖        11.11±0.76    1.22±0.45    7.35      0.11半乳糖    10.35±0.78       4.12±0.03    7.44       0.40木糖      11.47±1.40       2.57±0.27    7.35       0.22山梨醇    11.17±0.69       7.54±1.10    7.10.      0.68甘油      11.00±0.37       0.63±0.05    7.29       0.06蔗糖      12.93±0.44       2.91±0.55    7.36       0.23麦芽糖    12.50±0.18       2.65±0.98    6.92       0.21乳糖      9.77±0.01        1.06±0.14    7.05       0.11淀粉      13.51±1.65       2.28±0.11    7.43       0.17
*当EPS产量最大时给出的值。给出的数据是三次独立实验的平均值±标准偏差。
**将碳源以30g/l加到培养基。
III.鲜红青霉(Penicillium chermesinum)P28*的EPS产量碳源**         生物量         多糖        pH    特定产量(g/g)
             (g/l)        (g/l)葡萄糖        11.69±0.04    0.59±0.13    3.51      0.05果糖          12.91±1.20    0.46±0.06    3.64      0.04半乳糖        8.64±2.09     0.00±0.00    5.23      0.00木糖          10.68±0.06    0.41±0.13    3.57      0.04山梨醇        8.58±1.67     109±0.01     5.07      0.13甘油          13.06±1.05    0.18±0.04    3.57      0.01蔗糖          13.11±0.80    0.59±0.11    3.44      0.05麦芽糖        10.90±11.1    0.61±0.16    3.53      0.06乳糖          9.38±0.34     0.00±0.00    4.69      0.00淀粉          9.92±2.04     0.50±0.05    3.58      0.05
*当EPS产量最大时给出的值。给出的数据是三次独立实验的平均值±标准偏差。
**将碳源以30g/l加到培养基。
B葡萄糖培养浓度对TB1的作用：
I.丝核菌(Rhizoctonia sp.)P82*的EPS产量葡萄糖    生物量         多糖        pH    特定产量(g/l)      (g/l)         (g/l)              (g/g)30      3.74±0.80    18.55±0.57    5.85    4.9640      7.29±0.42    21.40±0.89    6.03    2.9450      8.30±0.74    30.20±1.47    5.67    3.6460      8.17±1.34    35.26±1.64    6.13    4.32
*当EPS产量最大时给出的值。给出的数据是三次独立实验的平均值±标准偏差。
II.茎点霉(Phoma sp.)P98*的EPS产量山梨醇       生物量       多糖          pH      特定产量(g/l)         (g/l)       (g/l)                  (g/g)30         8.60±0.88    5.78±0.61    7.22       0.6740         12.08±0.71   8.76±0.40    7.12       0.7350         13.22±1.43   10.70±0.48   7.13       0.8160         16.47±0.21   13.11±0.33   7.56       0.80
令人惊奇的是，从这些结果中可以看出，如果增加碳源(对于丝核菌(Rhizoctonia sp.)P82和茎点霉(Phoma sp.)P98分别为葡萄糖和山梨醇)的浓度，则每种菌株的EPS产量显著增加(大约增加100％)，分别达到35.2和13.1g/l的最高值。
C.氮源培养浓度对TB1的作用：
I.丝核菌(Rhizoctonia sp.)P82*的EPS产量氮源            生物量         多糖          pH      特定产量
            (g/l)          (g/l)                  (g/g)NaNO3         3.74±0.80    18.55±0.57    5.53      4.96NH4NO3       4.05±0.29    13.07±1.87    2.58      3.23尿素            5.54±0.35    21.20±0.14    5.43      3.82(NH4)2HPO4  3.09±0.81    14.26±0.52    2.44      4.61(NH4)2SO4   2.39±0.49    8.91±0.58     2.23      3.73
*当EPS产量最大时给出的值。给出的数据是三次独立实验的平均值±标准偏差。
II.茎点霉(Phoma sp.)P98.的EPS产量氮源            生物量        多糖        pH    特定产量
            (g/l)        (g/l)               (g/g)NaNO3        11.46±0.85  3.24±0.63    7.22    0.28NH4NO3      6.12±0.33   1.17±0.43    2.33    0.19尿素           8.09±1.01   3.57±0.97    6.18    0.44(NH4)2HPO4 6.53±0.44   0.00±0.00    2.43    0.00
*当EPS产量最大时给出的值。给出的数据是三次独立实验的平均值±标准偏差。
除了硝酸钠以外，使用其它氮源如尿素、硝酸铵、磷酸铵和硫酸铵。明显地，使用尿素时，丝核菌(Rhizoctonia sp.)P82和茎点霉(Phoma sp.)P98的EPS产量达到相同的水平
实施例4
EPS产量和表征
将丝核菌(Rhizoctonia sp.)P82、茎点霉(Phoma sp.)P98和鲜红青霉(Penicillium chermesinum)P28产生的EPS纯化。多糖仅由糖构成，因此表明意外高水平的纯度。薄层层析(TLC)和气相色谱(GC)分析表明来自丝核菌(Rhizoctonia sp.)P82和茎点霉(Phoma sp.)P98的EPS仅由葡萄糖构成。作为对照，来自chermesinum P28的EPS由半乳糖和痕量的葡萄糖构成。
通过凝胶渗透色谱法，使用100×1cm SepharoseCL4B凝胶(Sigma)柱估计来处自丝核菌(Rhizoctonia sp.)和Phoma sp的EPS的分子量(MW)，它们均大约为2.106Da。
在甲基化、全部水解、还原和酰化之后通过GCms和GC法测定来自丝核菌(Rhizoctonia sp.)P82和茎点霉(Phoma sp.)P98的EPS中的糖苷键的位置。通过GCms分析鉴定主要产物为2，4-二-O-甲基-四乙酰化葡萄糖醇、2，4，6-三-O-甲基-三乙酰化葡萄糖醇和2，3，4，6-四-O-甲基-二乙酰化葡萄糖醇，表明这二种EPS的特征均在于β-1，3和β-1，6键连接的单糖。对于来自茎点霉的EPS的情况，GC分析表现出三个定量比率的典型葡聚糖峰和许多分枝；除了以上的反应产物之外，相同类型的分析表明来自丝核菌的EPS产生清楚地表明为一种未完全甲基化的其它反应产物如五-和esa-O-甲基-乙酰化化合物。
令人惊奇的是，NMR分析证明这两种多糖均是纯的，仅由葡萄糖构成，并且它们的特征在于β-1，3和β-1，6键。
实施例5EPS的免疫刺激作用
将来自丝核菌(Rhizoctonia sp.)P82和茎点霉(Phoma sp.)P98的EPS进行体外和体内实验。将得自S.glucanicum NRRL 3006的经纯化硬化葡聚糖用作对照。通过声波振荡将纯化的EPS随机断裂为不同分子量(1·106-1·104Da)的片断。声波振荡的样品的自由葡萄糖浓度没有增加，因此表明没有分枝破裂。用高MW的EPS(HMW，天然EPS)、中等MW(MMW，大约5·105Da)和低MW(LMW，大约5·104Da)完成实验。
通过测定对TNF-α产量、噬菌作用诱导、淋巴细胞增殖和IL2产量对免疫刺激作用进行体外评价。
所有EPS刺激单核细胞产生TNF-α因子；它们的含量随多糖浓度的增加而增加，并在使用中等和低MW时最大。
为了评价EPS对噬菌作用的效果，使用两种方法(吞噬试验(Phagotest)和显微荧光吞噬试验)。结果很好地表明高浓度EPS改进噬菌作用。
相反，当将EPS单独或与植物凝集素(PHA)一起加入时，没有观察到对淋巴细胞增殖和IL-2产量的显著效果。此外，没有观察到细胞毒素作用。
使用来自丝核菌(Rhizoctonia sp.)P82的MMW(大约5·105Da)葡聚糖进行体内研究以完成对EPS免疫刺激活性的评价。
将雌性小鼠经皮下(SC)接种三次和/或在1、8、28天后口服(ORF)MMW EPS(2mg/100g重量)和嗜酸乳酸杆菌(Lactobacillus acidophilus)(1细胞/100g重量)。13和33天后取血。通过ELISA试验比较抗体产量，来评价体内免疫刺激作用。
无论接种的葡聚糖的浓度如何，所有接受OR细菌的小鼠(3、4和5组)的抗体浓度均没有增加。但是，SC接种了细菌的小鼠中观察到抗体产量的差异。而且，仅SC接受细菌的小鼠的抗体水平明显高于(P＜0.01，Tukey试验)接受葡聚糖和细菌均经SC以及葡聚糖经OR和细菌经SC的小鼠。
有趣的是，结果表明来自丝核菌的EPS引起抗体浓度的降低。从这个结果可以明显看出，来自丝核菌的葡聚糖导致单核细胞抗菌活性的活化(见上述关于TNF-α产量和吞噬作用诱导所述的效果)，从而降低细菌数，进而导致抗体产量同时降低。
总之，三种丝状真菌丝核菌(Rhizoctonia sp.)P82，茎点霉(Phomasp.)P98和鲜红青霉(Penicillium chermesinum)P28具有良好潜在价值的细胞外多糖的能力。具体而言，丝核菌(Rhizoctonia sp.)P82有用之处在于发酵时间短，EPS产量水平高及其在EPS生产阶段不存在葡聚糖酶活性。而且，它的EPS和来自茎点霉(Phoma sp.)P98的EPS者是以β-1，3和β-1，6键为特征的葡聚糖。此外，与由丝核菌(Rhizoctonia sp.)P82产生的葡聚糖的免疫刺激作用相关的结果表现出良好刺激活性的可能性。
应该理解，本文所述的优选的实施方案的各种改变和修正对本领域技术人员来说是显而易见的。这些改变和修正可以在不背离本发明的构思和范围，且不消除本发明附带的优点的情况下作出。因此，这些改变和修正意欲被所附的权利要求覆盖。

Claims (8)

1.一种生产β-葡聚糖的方法，该方法包括发酵含非病原腐生丝状真菌的悬浮液和从所述悬浮液中提取β-葡聚糖。
2.如权利要求1所述的方法，其中，非病原腐生丝状真菌选自鲜红青霉、赭色青霉、丝核菌、茎点霉或其组合。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述的非病原腐生丝状真菌鲜红青霉、赭色青霉、丝核菌、茎点霉是一起发酵的。
4.如前述任何一项权利要求所述方法，其中，发酵步骤至少进行约50小时。
5.如前述任何一项权利要求所述方法，其中，发酵步骤是在含有选自NaNO3，KH2PO4，MgSO4，KCl和酵母抽提物的组分的培养基中进行的。
6.如前述任何一项权利要求所述方法，其中，发酵步骤是在仅包含葡萄糖和盐的基本培养基中培养所述的真菌而进行的。
7.如前述任何一项权利要求所述方法，其中，发酵步骤是在下述培养基中培养所述的真菌进行的，所述培养基含NaNO3(10mM)，KH2PO4(1.5g/l)，MgSO4(0.5g/l)，KCl(0.5)，C4H12N2O6(10mM)葡萄糖(60)，调pH至4.7。
8.非病原腐生丝状真菌或包含它的组合物在提供β-葡聚糖，且由此改善食物结构，构造，稳定性或其组合中的用途。
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