Exopolysaccharide (EPS) sind langkettige Polymere, die in der Lebensmittelindustrie breite Anwendung als Verdickungs-, Stabilisierungs- und Geliermittel finden. In jüngster Zeit werden sie auch als Dekontaminationsmittel eingesetzt und ihre biologischen Funktionen wie Antikrebs-, antioxidative und präbiotische Aktivitäten gewinnen zunehmend an Bedeutung. Milchsäurebakterien (LAB) sind eine natürliche Quelle für EPS und spielen eine wichtige Rolle bei der Kontrolle der Viskosität und Textur von fermentierten Milchprodukten.
EPS von LAB können in zwei Gruppen eingeteilt werden: Homopolysaccharide und Heteropolysaccharide. Homopolysaccharide bestehen aus sich wiederholenden Einheiten des gleichen Monosaccharids (D-Glucose oder D-Fructose). Im Gegensatz dazu werden Heteropolysaccharide aus sich wiederholenden Einheiten gebildet, die üblicherweise eine Kombination aus D-Glucose, D-Galactose und L-Rhamnose enthalten, und in einigen Fällen N-Acetylglucosamin (GlcNAc), N-Acetylgalactosamin (GalNAc) oder Glucuronsäure (GlcA). Manchmal sind auch Nicht-Kohlenhydrat-Gruppen wie Phosphat, Acetyl und Glycerol vorhanden. Das Molekulargewicht dieser Polymere reicht von 40 bis 6000 kDa.
Die Extraktion, Reinigung und Analyse von Exopolysacchariden wurde in der Forschung umfassend entwickelt, von einfachen osmotischen Verfahren mit Wasser bis hin zur Größenausschlusschromatographie zur Herstellung von reinem EPS. Einige Autoren verwenden Trichloressigsäure (TCA) zur Ausfällung von Proteinen, Osmose zur endgültigen Reinigung von EPS aus Zucker oder mehrfache Fällung mit Ethanol und/oder Aceton. Andere Verfahren zur Reinigung von EPS umfassen Mikrofiltration, Ultrafiltration und Nanofiltration, die einzeln oder in Kombination mit der Ethanol-Fällung durchgeführt werden können.
In dieser Studie haben wir die EPS-Fraktionen, die aus Reinkulturen von Lactococcus lactis SLT10, Lactobacillus plantarum C7 und Leuconostoc mesenteroides B3 gewonnen wurden, charakterisiert, um den Einfluss des Reinigungsverfahrens auf die Ausbeute, Zusammensetzung und das Molekulargewicht der EPS zu bewerten. Die beiden untersuchten Reinigungsmethoden sind die Ethanol-Fällung und die Ultrafiltration.
Zur Isolierung von EPS wurden zwei Reinigungsmethoden verwendet: Ethanol-Fällung und Ultrafiltration (UF) über eine 10 kDa-Membran. Die Molmassengrenze von 10 kDa wurde basierend auf einer Vorstudie gewählt, die zeigte, dass die Polysaccharidfraktionen der Bakterien ein Molekulargewicht von mehr als 10 kDa aufweisen. Die Ergebnisse zeigten, dass die EPS-Ausbeute mit UF signifikant höher war als mit der Ethanol-Fällung für Lc. lactis SLT10 und Lb. plantarum C7. Für Ln. mesenteroides B3 lieferten jedoch beide Methoden ähnliche Ergebnisse.
Der niedrige Proteingehalt (ca. 1 %) aller untersuchten Proben belegt die Wirksamkeit dieser Methoden bei der Abtrennung von Proteinen von Polysacchariden und liefert hochreine Extrakte.
Die Analyse der Monosaccharid-Zusammensetzung der Polysaccharidfraktionen wurde mittels Methanolyse und Per-Trimethylsilylierung durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Zusammensetzung und das Molverhältnis der Monosaccharide in EPS-ETOH und EPS-UF zwischen den Bakterienstämmen unterschieden. Dies deutet darauf hin, dass die Bakterienstämme entweder EPS-Gemische mit unterschiedlichen Strukturen oder unterschiedliche Molverhältnisse mit den gleichen Monosacchariden synthetisiert haben. Es wird angenommen, dass die Ethanol-Fällung nur ein Polymer mit dem höchsten Molekulargewicht ausfällt, während die Ultrafiltration alle Polymere im Retentat zurückhält.
Das Molekulargewicht der EPS wurde mittels Hochleistungs-Größenausschlusschromatographie (HPSEC) bestimmt. Die Ergebnisse zeigten, dass das Molekulargewicht der EPS-ETOH-Fraktionen höher war als das der EPS-UF-Fraktionen.
Fourier-Transformations-Infrarotspektren (FTIR) zeigten Ähnlichkeiten in der Verteilung der funktionellen Gruppen (O-H, C-H, C=O, -COO und C-O-C) zwischen den aus den drei Bakterienstämmen isolierten EPS. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ultrafiltration und Ethanol-Fällung zwei gängige Methoden zur Reinigung von EPS sind. Die Wahl des Reinigungsverfahrens beeinflusst jedoch die Ausbeute, die Zusammensetzung und das Molekulargewicht der gewonnenen EPS.
