Биосинтез экзополисахаридов молочнокислыми микроорганизмами: количественный и качественный анализ

<jats:p>Экзополисахариды (ЭПС) молочнокислых микроорганизмов представляют интерес для пищевой биотехнологии, прежде всего как компоненты, влияющие на текстуру и стабильность ферментированных продуктов. В обзоре сопоставлены опубликованные научные данные о синтезе экзополисахаридов моноштаммами молочнокислых бактерий, рассмотрена связь выхода ЭПС с вязкостью ферментированных систем и проанализированы случаи синтеза ЭПС в микробных консорциумах. Литературные данные показывают, что выход ЭПС существенно зависит от штамма и условий культивирования. При этом увеличение продукции ЭПС не всегда сопровождается пропорциональным ростом вязкости, что указывает на важную роль структуры самого полисахарида. Для консорциумов молочнокислых бактерий в сочетании с дрожжами описан более высокий выход ЭПС по сравнению с монокультурами, однако прямое сопоставление таких результатов ограничено различиями в составе сред, схемах культивирования и методах выделения полисахаридов. С практической точки зрения перспективность продуцента определяется не только выходом ЭПС, но и безопасностью штамма, воспроизводимостью процесса и функциональными свойствами получаемого полисахарида. Настоящий обзор представляет систематизированный анализ количественных данных по синтезу ЭПС моноштаммами молочнокислых бактерий и микробными консорциумами на основе более 50 рецензируемых научных источников. Проанализированы данные по 38 моноштаммам различных родов молочнокислых бактерий и 13 микробным консорциумам. Диапазон продуктивности моноштаммов и консорциумов составил от 170 мг/л до 36 г/л, при этом наибольшие показатели зафиксированы у представителей родов Weissella и Leuconostoc. Показано, что применение микробных консорциумов на основе молочнокислых бактерий и дрожжей может обеспечить повышение выхода ЭПС на 10–48% по сравнению с монокультурами за счет синергетических эффектов. Идентифицированы основные механизмы синергии: quorum sensing регуляция, физический контакт и метаболический обмен, протокооперация. Представлены рекомендации по оптимизации биотехнологических процессов получения ЭПС для пищевой промышленности.</jats:p> <jats:p>Exopolysaccharides (EPS) of lactic acid microorganisms are of interest to food biotechnology as components that affect the texture and stability of products. Data on the synthesis of exopolysaccharides by lactic acid bacteria monostamps are compared, the relationship of EPS yield with the viscosity of fermented systems is considered, and cases of EPS synthesis in microbial consortia are analyzed. The yield of EPS significantly depends on the strain and cultivation conditions. An increase in EPS production is not always accompanied by a proportional increase in viscosity, which indicates the important role of the structure of the polysaccharide itself. For consortia of lactic acid bacteria in combination with yeast, a higher EPS yield has been described compared to monocultures. The producer's prospects are determined by the safety of the strain, the reproducibility of the process, and the functional properties of the resulting polysaccharide. The analysis of EPS synthesis data based on more than 50 peer-reviewed scientific sources is presented. Data on 38 monostamps of various genera of lactic acid bacteria and 13 microbial consortia were analyzed. The productivity range ranged from 170 mg/l to 36 g/l, with the highest values recorded in representatives of the genera Weissella and Leuconostoc. The use of microbial consortia based on lactic acid bacteria and yeast can provide an increase in EPS yield by 10–48% compared with monocultures. The main mechanisms of synergy have been identified: quorum sensing regulation, physical contact and metabolic exchange, and protocooperation. Recommendations on optimizing EPS production processes for the food industry are presented.</jats:p>