黄原胶的降解

黄原胶是一种高聚合度的微生物多糖类物质，根据其分子量不同应用在不同的领域。当其以高聚合度状态存在，往往利用其高粘度及较高的稳定性等物理性质应用在食品、化工和医药等领域。然而黄原胶超乎寻常的稳定性本身也是一把双刃剑，在增加其普及度的同时也产生了一些问题。比如在采油业中，由于使用黄原胶而增加了溶液的粘度，从而大大增加了后续工艺如油料运输及产品纯化的成本。唯有将其降解才能使对黄原胶的应用做到“进可攻，退可守”。

随着分子生物学和医学的发展，寡糖的生物活性引起了研究者的瞩目，因而造就了目前寡糖工程在国际上竞相研究、炙手可热的局面。由植物致病菌分泌的黄原胶所降解的寡糖是否也拥有某种生物活性的疑问也激起了人们强烈的兴趣。随之而来的问题就是降解，如何降解，降解到何种程度。
尽管黄原胶的主链与纤维素相同，但由于规则的螺旋结构的保护，以及侧链所产生的位阻，使得一般的蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶等都很难将其降解。多糖的降解，通常可用酸（如盐酸、次氯酸）或强氧化剂（如过硼酸钠、过硫酸铵），尽管这在实验室效果不错，但在实际应用中效果不理想。

1980 年，M.Rinaudo 等人第一次报道用一种纤维素酶对处于不规则构象的黄原胶主链进行随机降解，然而，对于一般规则的螺旋构象的黄原胶而言，该酶几乎没有降解作用。随后，1981 年，Cripps 等人的研究小组发现了一种能以黄原胶为唯一碳源生长的土壤棒状杆菌，命名为 NCIB11535。用薄层层析分析其降解产品，降解产物有九种，而对于脱乙酰的黄原胶而言，降解产物只有四种，分别是甘露糖，甘露糖与丙酮酸的缩酮产物，以及两种寡糖产品（专利 WO0030393）。

Ruijssenaars 等（1999）在一株类芽孢杆菌（Paenibacillus）中发现了几种能降解黄原胶的酶。这株菌的酶能够降解约整个黄原胶分子的 1/3，而不会攻击其分子骨架。最近，日本京都大学的 Murata 等人详细报道了用一株芽孢杆菌降解黄原胶的途径。降解黄原胶所需要的酶有黄原胶水解酶、葡聚糖酶、葡萄糖苷酶、葡萄糖醛酸水解酶以及甘露糖苷酶。由于胞外黄原胶水解酶的作用，降解首先开始于黄原胶侧链上丙酮酰基化的甘露糖与葡萄糖醛酸残基之间糖苷建的断裂；接着黄原胶受到胞外 β-D-葡聚糖酶的攻击，产生一个四元糖，这个四元糖就是没有末端甘露糖残基的黄原胶重复单位；然后，这个四元糖被带入细菌细胞内，被 β-D-葡萄糖苷酶转化，产生不饱和的葡萄糖醛酸-乙酰甘露糖-葡萄糖三糖；随后，葡萄糖醛酸水解酶水解产生一个不饱和的葡萄糖醛酸和甘露糖-葡萄糖双糖；降解的最后一步是 α-甘露糖苷酶将双糖水解为甘露糖和葡萄糖。

有关微生物黄原胶侧链酶的基因克隆和结构研究代表了这一领域最新、最重要的进展。通过将黄原胶侧链酶的基因克隆到适于工业化生产的宿主细胞，可以使黄原胶侧链酶的发酵产率得到大幅度提高。此外，对黄原胶侧链酶结构的详细了解为基因的克隆提供了必要信息的同时，使合适的酶在工业化生产中得到应用成为可能。毫无疑问，微生物黄原胶侧链酶的基因克隆对酶的生产和黄原胶寡糖结构鉴定方面有着深远的影响。