苏州大学基础医学与生物科学学院的朱灿灿、陈 晨、王大慧、卫功元*考察不同底物条件对普鲁兰分批发酵产量和分子质量的影响，并从发酵动力学、关键酶活性以及胞内物质和能量代谢等角度对普鲁兰生物合成的生理生化机制进行解析，研究结果将为具有不同应用潜力的普鲁兰的工业化生产提供理论依据。
1、不同底物对普鲁兰分批发酵的影响
与细胞生长不同的是，底物对普鲁兰生物合成具有较大的影响。利用蔗糖可以获得更高的普鲁兰合成速率和产量，最终普鲁兰产量比利用葡萄糖和木糖时分别提高了15.5%和19.1%；而利用葡萄糖更有利于获得较高的分子质量，普鲁兰的最大分子质量和最终分子质量（120 h）均高于利用蔗糖和木糖时的水平。
2、普鲁兰合成能力和降解酶活性
可以看出，无论细胞利用何种糖作为碳源，发酵前期（18 h）的细胞均具有更高的普鲁兰合成能力，而发酵后期（72 h）的胞外普鲁兰降解酶系具有更高的活性。与此同时，相较于葡萄糖和木糖，蔗糖不仅提高了普鲁兰的合成能力，而且也提升了胞外普鲁兰降解酶系的活性。
3、普鲁兰合成关键酶活性
可以发现，不论细胞利用葡萄糖、蔗糖还是木糖，3 种关键酶均在发酵前期保持较高的活性，随后逐渐下降。此外，在普鲁兰合成期（18、36 h），蔗糖存在下的PGM、UGP和FKS活性均高于葡萄糖和木糖；至72 h时，不同底物条件下的各关键酶活性差异不大。由此可见，蔗糖比葡萄糖和木糖更有利于将3 种关键酶活性维持在较高的水平，从而促进普鲁兰的生物合成。
4、胞内UDPG水平
细胞在利用葡萄糖、蔗糖和木糖合成普鲁兰时，胞内UDPG在发酵前期（36 h）比后期（72 h）具有更高的水平。同时，细胞利用蔗糖后能将底物更多地转化为UDPG并积累在胞内，这为普鲁兰的进一步过量合成提供了更高的内在驱动力。
5、胞内能量物质水平
在快速生长期（18 h），细胞利用葡萄糖和蔗糖后胞内NADH和ATP含量明显高于利用木糖的结果；至36 h时，利用蔗糖的细胞其胞内NADH和ATP含量最高；而在72 h时，胞内NADH和ATP含量均处于较低水平。由此可见，在普鲁兰合成期，蔗糖可提供比葡萄糖和木糖更多的能量物质，以保障普鲁兰过量合成对ATP的需求。
讨 论
综上，考察葡萄糖、蔗糖和木糖3 种底物对普鲁兰分批发酵的影响，发现蔗糖有利于普鲁兰的高产而葡萄糖有助于获得更高的分子质量。在分析发酵动力学参数的基础上，结合关键酶活性以及胞内物质和能量代谢水平，部分解析了不同底物影响普鲁兰生物合成的生理生化机制。研究结果增加了对普鲁兰产量和分子质量影响因素的认识，同时也为深入探究不同分子质量普鲁兰的高产提供思路。
