Z. Lebensm. Unters.-Forsch. 159, 297--304 (1975) © by J. F. Bergmann, Miinchen 1975

Mikroorganismenin Verdickungsmitteln* I V . )5il~robieller A b b a u y o n d r e i P f l a n z e n e x u d a t e n u n d zwei MeeresalgenexCrakten P e t e r Souw u n d H a n s J i i r g e n R e h m Ymstitut fiir Mikrobiologie der Universit~t Miinster (BRD) Eingegangen am 25. April 1975 Microorganisms in G u m s I V . Microbial D e g r a d a t i o n of P l a n t E x u d a t e s a n d Seaweed E x t r a c t s Summary. The three plant exudates gum traganth, gum arabic, and gum karaya and the two seaweed extracts earrageenan and alginate were degraded by five different Bacilli which were isolated from these gums: Bacillus coagulans, B. lentus, B. cereus, B. lieheni[ormis, and B. litmus. After 14 days all the gums have been degraded by these Bacilli to a different extent after addition of trace elements. The fractions of degraded gums by TLC, GLC, and IR-spectroscopy have been examined with the following results: 1. Except the already known monomers of the above mentioned gums no other monosaccharides could be fotmd. 2. The microbial degradation of gum karaya and alginate resulted in products with a high moleoularweight. Monomers could not be determined. 3. Carrageenan has been degraded to oligosaccharides with molecularweights of about 500, 3,6-anhydrogalactose has been partly identified. 4. Gum arabic has been partly degraded to rhamnose and arabinose. 5. Gum traganth has been partly degraded to ea'abinose and xylose and partly to polysaccharides with molecularweights under 3000. Zusammenfassung. Es wurde der Abbau yon Gumml tragauth, Gummi arabicum, Gummi ~araya, Carrageen und Alginat durch 5 verschiedene aus diesen Verdiekungsmitteln isolierte Bavillus-Arten untersucht: Bacillus coagulans, B. lentus, B. cereus, B. licheni/ormis und B. [irmus. Sgmtliche Verdickungsmittel wurdcn dureh dieso Bacillus-Arten naoh 14 Tagen bei Znsatz yon Spurenelementen mehr oder weniger stark abgebaut. Die DC-, GC- und IR-spektroskopischen Untersuchungen der Fraktionen der Abbauprodukte brachten folgcnde Ergebnisse: 1. Auger den in den genannten Verdickungsmitteln bereits bekannten Monosacchariden wurden keine anderen Zueker nachgewiesen. 2. Der mikrobielle Abbau yon Gummi karaya und Alginat fiihrte zu Verbindungen mit hohem ~[olekulargewicht. Monosaccharide konnten nicht erfa0t werden. 3. Carrageen wurde zu Oligosacchariden mit einem bei ca. 500 liegendem Molekulargewichg abgebaut, z. T. kormte 3,6-Anhydrogalaktose identifiziert werden. 4. Gummi arabicum wurde z. T. zu Rhamnose und Arabinose abgebaut. 5. Gummi traganth wurde z. T. zu Arabinoso und Xylose nnd z. T. zu Polysacchariden mit unter 3000 liegenden Molekulargewichten abgebaut.

Einleitung N a c h d e m in d e n frfiheren Mi~teiILmgen [ I ~ 3 ] fiber d a s V o r k o m m e n a e r o b e r u n d a n a e r o b e r M~kroorganismen sowie fiber die L e b e n s d a u e r y o n Escherichia coli, Streptococcus [aecalis u n d eines eoagulosepositiven Staphylococcus aureus.Stammes i n 7 v e r s e h i e d e n e n t r o c k e n e n V e r d i e k u n g s m i t t e l n b e r i e h t e t w o r d e n war, sollen i m folgenden E r g e b n i s s e fiber d e n mikrobiellen A b b a u d e r 3 B a u m e x u d a t e Gummi traganth, Gummi arabicum und Gummi karaya sowie d e r zwei A l g e n e x t r a k t e Carrageen u n d A l g i n a t d u r e h Bacillus-Arten m i t g e t e f l t werden. Die b e t r e f f e n d e n Bacillus.Arten w a r e n a u s V e r d i e k u n g s m i t t e i n isoliert w o r d e n u n d stellten einen w i e h t i g e n Tefl d e r Mikroflora dieser Subs¢rate dar. Die 3 P f l a n z e n e x u d a t e sind i n i h r e r ehemisehen S t r u k t u r n o e h n i e h t e i n d e u t i g zu chaxakterisieren [4]. Gummi traganth ist aus den Monosaccharid-Bausteinen L-Arabinose, L-Fucose, L-Rhamnose I)-Xylose, D-Galaktose und ])-Galak~uron~ure zusammengesetzt. Jones u. Smith [5] und James u. Smith [6] haben deren starke Verzweigung nachgewiesen. ])as Polysaccharid hat ein Moleknlargewicht yon ca. 840000 [7]. * Diese Untersuchung u~lrde veto Bundesministerium fib. Jugend, ~amilie und Gesundheit unterstiitzt.

298

Gummi arabicum hat als Grundbestandteile ])-Galaktose, L-Arabinose, L-Rhamnose und DGlucurons~ure [8], deren Anteile bei verschiedenen Arten variieren. Es wird vermutet, dal3 die chemische Struktur des Molekiils aus Hauptketten yon 1,3-glykosidisch verknfipften Galaktopyranose-Einheiten mit Seitenketten aus 1,6-glykosidisch verknfipften Galaktopyranose-Einheiten besteht, an deren Enden Glucurons~ure oder 4-O-Methyl-glueurons~urereste gebunden sind. ])as Molekulargewicht yon qummi arabicum variiert yon 250000 bis 1000000 [7]. Gummi karaya besteht aus D-Galaktose, L-Rhamnose und D-Galakturons~ure sowie ])Glucurons~ure [9]. Es ist ein komplexes, partiell acetyliertes Polysaccharid mit einem sehr hohen Molekulargowicht yon 9500000. Carrageen is~ aus 1,3 ~-glykosidisch verkniipften Galaktose-Einheiten, gebildet aus mit 3,6-Anhydro-D-galaktose 1,4 fl-glykosidisch verbundener Galaktose, zusammengesetzt. Es hat aul3erdem einen hohen Gehalt an Sulfatestergruppen (20--30%, berechnet als S04) [10]. Die Substitution der Sulfatestergruppen variiert nach Menge und Position, wobei es sich bei den Monosaccharid-Einheiten um D-Galaktose-2-sulfat, -4-sulfat, -2,6-disulfat und in einigen F~llen um 3,6-Anhydro-n,galaktose-2-Sulfathandeln kann [4]. Alginat setzt sich aus 1,4-verknfipften n-Mannurons~ure-Einheiten und L-Gulurons~,ure zusammen. ])as Verh~ltnis yon D-Mannurons~Lurezu L-Gulurons~ure ist yon der Herkunft der Algen abh~ngig. Alginat hat ein Molekulargewicht yon 32000 bis 200000 [7]. t~ber den mikrobiellen Abbau yon Gummi traganth, Gummi arabicum sowie Carrageen sind bisher keine Untersuchungen bekannt geworden. Im Gegensatz zu den Ergebnissen yon Aspinall u. Baillie [11] stellten Raymond u. Nagel [12] lest, dab Gummi traganth durch die Enzyme Peetinase und ttemicellulase angegriffen wird. Raymond u. Nagel [12] haben den Abbau chemisch reinen Gummi karayas (Sterculia urens) dutch Cephalosporium sp, untersueht. Dieser aus der Luft isolierte Stature baute das Gummi kara~a zu 3 Fraktionen ab. Uber den Abbau yon Alginaten durch Mikroorganismen liegen einige Einzeluntersuchungen vor. Waksman u. Mitarb. [13] isolierten aus Bodensuspensionenund Meerwasserproben Bakterien, deren Enzyme Algins~ure in kleinere Mannurons~ure-Einheitenabbauten. Hanson u. K£ss [14] stellten einen Abbau yon Alginaten durch Alginobacter lest. K£ss u. Mitarb. [15] fanden, dab Pseudomonas und Escherichia AIgins~ure abbauten. Diese Arten wurden nach der yon Thjotta u. K~ss [16] vorgeschlagenen Klassifikation als Alginomonas non/ermentans bzw. Alginobacter acidi/aciens bezeichnet. Kooiman [17] berichtete fiber die enzymatische Hydrolyse der Alg~s~ure (lurch ein aus Bodensuspensionen isoliertes Bakterium, das ein die Alginsi~ure bis zur Mannons~ure abbauendes Enzym enth~tt. Bei dieser enzymatischen Hydrolyse traten einige Oligomannroide als Zwischenprodukte auf. I m folgenden w a r d e n A b b a u u n t e r s u c h u n g e n m i t 5 v e r s c h i e d e n e n Bacillus-Arten durchgeftihrt, die als wichtige k o n t a m l n i e r e n d e M i k r o o r g a n i s m e n aus d e n betreffend e n V e r d i c k u n g s m i t t e l n isoliert w o r d e n w a r e n [18].

Material und Methoden Mikroorganismen: Bacillus coagulans (S 10), B. lentus (S 24), B. cereus (S 26), B. llcheni/ormis (S 33) und B./irmus (S 15). Methodik der mibrobiellen Abbauversuche: Verdickungsmittel mit .~thylenoxid sterilisieren und als 0,5°/oigew~Brige LSsung herstellen. Diese mit 5 ml einer Sporensuspension (abgeschwemmt yon Schr~gagar) der jeweiligen Bacillus-Arten beimpfen und nach einem Zusatz yon 2 ml SpurenelementlSsung nach Hoagland pro 1 1 Substrat bei 30°C 14 Tage unter Schfitteln bebrfiten. W~hrend dieser Zeit in Abst~nden yon 48 Std Proben entnehmen. Ohne Zusatz yon Spurenelementen entwickelten sich die Bacillus-Arten nicht, auch wenn zus~tzlich Glucose, Arabinose, Lactose und Saccharose den Verdickungsmittelnzugesetzt warden. Au/trennung der Abbauproclu~te durch Gel/iltration: Die Abbauprodukte der Verdickungsmittel nach Abzentrifugieren der Bakterien zur Erleichtertmg der Trennbarkeit der FrakCionen mit 0,2 n-NaC1-LSsung versetzen. Die Gelfiltration mit aqua dest. als Elutionsmittel durchffihren, um die Substanz ohne vorheriges Entsalzen anschlie~end welter umsetzen zu kSnnen. Fraktionierungen mit Biogel P 2 kombiniert mit Biogel P 4 und P 60. Die Abbauprodukte in den einzelnen Fraktionen dfinnsehichtehromatographisch nachweisen, die Kohlenhydrate mit Hilfe yon aNaphthol/konz. Schwefels~ure (Disehe, 1962) identifizieren. Im AnschluI3 an die Gelfiltration die isolierten Fraktionen gefriertroeknen. Viskositdtsmessungen: Die Viskosit~ten mit einem ltSppler Kugelfall-Viskosimeter bei 20° C durchffihren. Die Bakterienzellen bei geringen Restviskosit~ten vor Durchffihrung der Messungen abzentrifugieren (10000 U/rain). D~nnschichtchromatographie: mit Kieselgel G (Merck), 0,25 mm Dieke mit 0,02 m-Natriumacetat impri~gniert [19]. :DiePIatten nach Trocknung bei 110° C mit einer frisch bereiteten LSstmg aus 20 mg Naphthoresorein (Merck), 10 ml _~thanot und 0,5 ml konz. Schwefels~ure besprfihen und 5 rain bei 110° C erhitzen [20]. Fliei3mittel: Isopropanol/J~thylacetat/Wasser (6 -{- 2 -{- 2). Gaschromatographie: mit Ger~ 5750 der Fa. Hewlett-Paekard mit einem :Dual Flammen-

299 ionisationsdetektor. Identifizierung der TMS-methylglykoside des Carrageens dureh eine Glas. s~ule mit 1,5°/o OV 17 auf Chromosorb G AWDMCS (80--100 mesh), 1,80m lang und 4 mm ~ . Bedin~oamgen: Temperaturprogramm 140--180 ° (2°/rain), Injektor 270 ° C, FID 340 ° C, Tr~gergas 40 ml N2/min. Die Bestimmung yon Alditacetat mit einer Glass~ule mit 3% ECNSS M auf Chromosorb Q (100--120 mesh), 2,40 m lang und 4 m m ~ durchffihren. - - Bedingungen: Ofentemperatur 180 ° C, Injektor 270 ° C, F I B 340 ° C, Trggergas 34 ml N2/min bzw. 40 ml I~/min. IR-Spektroskopie: Aus dem Vergleich der IR-Spektren yon unbehandeltem Carrageen und durch Bacillus-Arten abgebautem Carrageen [21] lieB sich die Zusammensetzung (Struktur) des Carragcens n~her bestimmen. Aufnahme yon IR-Spektren mit einem Perkin Elmer 700 im Institut fiir Lebensmittelchemie der Universit~t Mfmster. Die Proben wurden als KBr-Prefllinge gemessen. Hydrolyse: 2 nag Substanz in einem Rundkolben (25 ml) mit 5 ml 2 n-Schwefels~ure 15sen und 4 Std unter RfickfluB erhitzen, ansehlieBend mit aqua dest. verdfinnen, mit Bariumcarbonat neutralisieren und filtrieren. ])as Hydrolysat nach den jeweiligen Effordernissen weiter umsetzen oder direkt ffir die DC verwenden. Methanolyse: 5 mg Substanz in zugeschmolzenen Ampullen in 2 ml methanolischem 0,8 n-HCI fiir 24 Std bei 80° C (Wasserbad) erhitzen und ansehlieBend mit Ag2COa (Merck) neutralisieren. :Nach der Filtration das klare Filtrat bis zur Trockne cindampfen (Rotationsverdampfer bei 40° C). Redu~ion und Acetylierung: 3 mg Substanz mit 3 ml aqua dest. 16sen, mit 4 mg Natriumborhydrid versetzen und 3 Std bei Raumtemperatur belassen. Anschlieflend mit Eisessig neutralisieren und die LSsung fiber einen Kationenaustauscher Lewatit S 100 (Fa. Bayer) geben. Das Eluat eindampfen und durch zweimalige Gabe yon je 10 ml absol. Methanol zur Entfernung yon Borsgure trocknen. Den Rfickstand in 1 ml einer Mischung gleieher Teile (v/v) Acetanhydrid und absol. Pyridin 15sen und unter FeuchtigkeitsausschluB in abgeschmolzenen Ampullen 3 Std auf 100° C erhitzen (Wasserbad) [22]. Durch mehffache Codestillation mit Toluol das Acetylierungsreagens entfernen. Die aliquoten Teile des in wenig Aceton gelSsten rotbraunen Rfiekstands ffir die Gasehromatographie verwenden. Nach diesem Veffahren die Alditacetate der folgenden monomeren Zucker als Vergleiehssubstanzen herstellen: Erythrose, Arabinose, Galaktose, Mannosc, Fueose, Rhamnose und Xylose. Herstellung yon TMS-Methylglykosid [23]: Dem Rfiekstand der Methanolyse 2 ml Silylierungsreagensgemisch (5 Vol. Pyridin, getrocknct fiber KOH; 2 Vol. Hexamethyldisilazan; 1 Vol. Trimethylchlorsilan) zusetzen und stark schiitteln, l~ach dem Niederschlag yon Ammoniumchlorid die aliquoten Teile ffir Gaschromatographie entnehmen.

Ergebnisse Veriinderung der VislcositSt durch mikrobieUen Abbau N a c h 14t~giger B e b r f i t u n g der V e r d i c k u n g s m i t t e l w u r d e d e r mikrobielle A b b a u d u t c h Messung d e r R e s t v i s k o s i t ~ t gemessen, wobei die A n f a n g s v i s k o s i t g t d e r Verd i c k u n g s m i t t e l gleich 100 % gesetzt w u r d e (Tab. 1).

Tabelle 1. Abbau der 5 VerdickungsmRtel durch 5 verschiedene JBacillus.Arten naeh 14 Tagen (30 ° C, Schfittelkultur, 0,5%ige w~Brige LSsung)

Bacillus-Arten

B. coagulans (S 10) B. lentu8 (S 24) B. cereus (S 26) B. llvheni/orml8 (S 33) JB. litmus (S 15)

Restviskosi~t der folgenden Verdickungsmittel in %

Gummi traganth

Gummi arabicum

qummi karaya

Carrageen

Alginat

28,3 87,2 74,6 70,4 54,9

55,3 52,7 60,5 50,9 59,6

32,2 34,1 31,7 31,7 27,3

49,4 48,3 45,9 53,9 37,9

38,5 27,8 64,2 55,4 39,4

S/imtliche u n t e r s u c h t e n Bacillus-Arten sind in d e r Lage, die 5 V e r d i c k u n g s m i t t e l n a c h 14 T a g e n zu e i n e m Tell a b z u b a u e n . E i n e Veri~nderung d u r c h H y d r o l y s e i s t wegen des a n n ~ h e r n d n e u t r a l e n p H - W e r t e s u n d d e r T e m p e r a t u r y o n 30 ° C n i c h t zu erwarten.

300 W£hrend Gumml traganth im allgemeinen sehw~cher abgebau~ wird, wird Gummi I~araya relativ stark mikrobiell vert~nder~. Gummi arabicum, Gummi karaya sowie Carrageen werden zumeist gleiehm~13ig yon st~mtlichen Bacillus-Arten abgebau~. A m A b b a u yon Gummi traganth und Alginat zeigen sich deutlieh Untersehiede in der Abbau~t~higkeit der Bacillus.Arten.

Di~nnschichtchromatogra19hlsche Au]trennung der mil~robieUen Abbauproclul~te aus de~ V erdiclcungsmitteln Die durch den EinfluB der Bacillus.Arten entstandenen Abbauprodukte der Verdiekungsmittel Gummi traganth, Gummi arabicum und Carrageen wurden durch die DC-Au~trennung erfal3t (vgl. Abb. 1). Die Abbauprodukte yon Gummi karaya und Algina~ lieBen sich naeh der DC-Methode, offensichtlich wegen der hohen Molekulargewichte der Abbauproduk~e, nicht effassen. Dies stimmt hinsichtlich des Gummi karayas mit den Ergebnissen yon R a y m o n d u. Nagel [12] tiberein. Die in Abstt~nden yon 48 Std vorgenommenen DC-Untersuchungen ergaben, dab Bacillus coagulans bereits nach viertt~giger Bebrfitung begann, Gummi traganth bis zu Fraktion 3 (vgl. Abb. 1) abzubauen. Ein Beginn des Abbaus durch die iibrigen Bacillus-Arten war ers~ nach insgesumt 10tt~giger Bebriitung nazhweisb~r. Gummi arabicum wurde durch B. coagulans nach 14tt~giger ~ebrtitung zu 2 Fraktionen abgebuut (vgl. Abb. 1). Die Frak~ionen der Abbauprodukte durch die tibrigen BacillusArten wurden durch die DC-Untersuchung nieht erfal~. St~mtliche Bacillus-Arten begannen bereits nach 10tt~giger Bebrtitung Carrageen abzubauen. Ers~ nach insgesamt 14tt~giger Bebrfitung baute B. coagulans Carrageen bis zu Fraktion 1 und 2, B. cereus a n d B. licheni]ormis bis zu Fraktion 1 ab. Au]trennung der mikrobiellen Abbauprodukte und Identi/izierung der Monosaccharide der einzelnen Praktione~ 1. A u]trennung der einzelnen Fraktionen dutch Gel]iltration Dutch Geliiltration (an Biogel P 2) liel~en sich yon Gummi traganth die Fraktionen 1 und 2 (vgl. Abb. 1) nich~ voneinander trennen. Es handelt sich um Subs~anzen mi~ einem unter 500 liegenden Mol.-Gew. Die Fraktionen 3 und 4 (vgl. Abb. 1) konnten ers~ an Biogel P 4 getrennt werden. Aufgrund des Elutionsverhaltens lieB sich anschliel]end feststellen, dab die Molekulargewichte der Fraktion 1 und 2 bei 200, y o n Fraktion 3 und 4 bei weniger als 3000 lagen.

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CD

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Abb. 1. Dtinnszhichtchromatogramme der Abb&uproduk~ yon Gumml traganth (I), Gumml arabicum {II) und C~rrageen (III). Zeichenerkl~rung: A = Abb&u durch Bacillus coagulans; B -----Abbau dutch B. lentus lieB sich bei I I und I I I nicht erfassen; C = Abbau durch B. cereus liel3 sich bei I I nicht erfassen; D = Abbau durch B. licheni]ormis lieB sich bei I I nicht effassen; E -----Abbau dutch B. [irmus lieB sich bei I, I I und I I I nizht effassen. - - St -~ Start, F = Fraktion, ~ r = Front

301 A u c h bei Gummi arabicum lieBen sich die F r a k f i o n 1 u n d 2 (vgl. Abb. 1) d u r c h Biogel P 2 nicht voneinander ~rennen. Aus dem Elutionsverhalten war zu ersehen, dub es sich u m Substanzen mit einem Molekulargewich~ y o n 200 handelte. A u c h die A b b a u p r o d u k t e y o n Carrageen waren durch Gelfiltration an Biogel P 2 nicht in die Fraktionen 1 u n d 2 (vgl. Abb. 1) aufzutrennen; Mol.-Gew. ca. 500.

2. Identi/izierung der Monosaccharid.Bausteine der einzelnen Fra#tionen Zur Identifizierung der Monosaccharid-Bausteine w a r d e n die einzelnen Fraktionen hydrolysiert, neutralisiert u n d mit Hilfe der DC bestimmg. N a c h Ubefffihrung obiger H y d r o l y s a t e in Alditacetate, mit A u s n a h m e y o n Carrageen, das in TMSMethylglykosid fiberfiihrt wurde, wurden diese weiterhin gaschromatographisch untersucht. A u f g r u n d der nahezu iibereinstimmenden Rf-Werte der Diinnschichtc h r o m a t o g r a m m e (vgl. Abb. 1) der einzelnen Fraktionen der A b b a u p r o d u k t e aller Verdickungsmittel wurden zur weiteren Identifizierung jeweils nur die Abbaup r o d u k t e y o n Bacillus coagulaus einer weiteren U n t e r s u c h u n g unterzogen, sofern keine anderen Angaben g e m a c h t sind.

a) Di~nnschichtchromatographische Untersuchung der Monosaccharide. Die durch DC erfaBten Monosaccharide der einzelnen Fraktionen der A b b a u p r o d u k t e gibt die Abb. 2 wieder: Die Fraktionen 1 u n d 2 y o n Gummi traganth bestehen aus Xylose bzw. Arabinose, die F r a k t i o n 3 besteht aus Arabinose u n d Xylose, auBerdem waren Spuren y o n Rhamnose, Fucose und Galakturons&ure vorhanden, die F r a k t i o n 4 besteht aus Arabinose, Xylose, R h a m n o s e und Fucose, mib Spuren y o n Galakturons&ure. Die Frak~ion 1 y o n Gumm¢ arabicum bes~eht aus R h a m n o s e mi~ Spuren y o n Arabinose, die F r a k t i o n 2 aus Arabinose und Rhamnose. Die Fraktionen enthielten jeweils Spuren der anderen Fraktionen, da diese durch die Gelfiltration nicht vollst~ndig voneinander getrennt werden konnten. Die F r a k t i o n e n y o n Carrageen bestanden immer aus Galaktose, auch A n h y d r o galaktose, wobei diese durch S~urehydrolyse Jn GMaktose fiberffihr~ worden war.

abc

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aabbccddee

Fr

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dd aa

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g h

ff

Fr

0

0

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I

-St

II.

-St

III

Abb. 2. Diinnschichtchromatogramme der Monosaccharide der Einzelfraktionen der Abbauprodukte yon Gummi traganth (I), Gumml arabicum (II) und Carrageen (III). Zeichenerkl~rung: a -----Fraktion 2 (I); b = Fraktion 1 (I); c ----Fraktion 3 (I); d = Fraktion 4 (I); e = Fraktion 2 (II); [ = Fraktion 1 (II) ; g = Fraktion 1 und 2 yon I I I durch Bacillus coagulans; h = Fraktion 1 (III) dutch B. cereus bzw. B. licheni[ormis. - - aa = Rhamnose; bb = Xylose; cc = Fucose; d d = Arabinose; ee = Galakturonsgure; ]] = Galaktose. - - ~t = Start, Fr = Front

302

b) Gaschromatographische Untersuchung der Monosaccharide. Die Abbfldung 3 a - - c zeigt die Gaschromatogramme der Fraktionen der Abbauprodukte yon Gummi traganth. Aus Abb. 3c ist ersichdich, dal~ neben Arabinose als Hauptbestandteil der Fraktion 4 auch Rhamnose, l~ucose und Xylose auftraten. Fraktion 4 (vgl. Abb. 3b) hatte ebenfalls Arabinose als Hauptbestandteil. Rhamnose und Xylose waren gegeniiber Frak¢ion 4 stark reduziert, Fucose wurde nicht effaBt. Die Fraktionen 1 und 2 wurden, wie schon aus dem Diinnschichtchromatogramm (vgl. Abb. 3a) ersichtlich, als die Monosaccharide Xylose und Arabinose identifiziert. Durch diese gaschromatographische Untersuchung wurden die Ergebnisse der dfinnschichtchromatographischen Untersuchung best~tigt. I n Abb. 4 sind die gaschromatogralohisch effal~ten l~raktionen der Abbauprodukte yon Gummi arabicum wiedergegeben. Sie lieferte auch hier die gleichen Ergebnisse wie die DC-Untersuchung (vgl. Abb. 2). Abbildung 4 li~Bt erkennen, da{~ Fraktion 1 aus Rhamnose und Fraktion 2 aus Arabinose bestand.

e

lC.d

e

b 8 i6min

0

3a

8 'i6min

0

3b

8 'i6min

0

3c

8

'i6min

3d

3 14 3/,

(~ 4

8

~min

0

1'0 2"Omin 0 5a

1() 5b

20rain

0

1'0 ;~Omin 5c

Abb. 3a--c. Gaschromaf~gramme der Monosaceharide yon Gummi traganth. (a) Gasehromatogramm der Fraktionen 1 (]) und 2 (e); (b) Gaschromatogramm der Fraktion 3; (c) Gaschromatogramm der Fraktion 4; (d) Gaschromatogramm der Vergleichsmonosaccharide: b ~ Erythrose, c -----Rhamnose, d = l~ucose, e = Arabinose, / = Xylose Abb. 4. Gaschromatogramm der l~Ionosaccharide der Fraktionen 1 (c) und 2 (e) yon Gumml arabicum. Vergleieh der ~Ylonosaeeharidesiehe Abb. 3d Abb. 5a--c. Gaschromaf~gramme der Monosaeeharide der FrakCionen yon Carrageen. (a) Gaschromatogramm der Fraktionen 1 und 2 durch Bacillus coagulaus; (b) Gasehromatogramm der Fraktion 1 dureh B. cereus bzw. B. licheni/ormis; (c) Gasehromatogramm yon Carrageen (unbehandelt). Naeh [24, 4] wurde Peak 1, das Produkt der Methanolyse, als 3,6-Anhydrogalak~osedimethylaceSal und Peak 2, 3 und 4 als Galaktose bes$imm$

303

Die Abb. 5a gibt das Gasehromatogramm des unbehandelten Carrageens wieder, Abb. 5a und 5b die Gasehromatogramme der Fraktionen der Abbauprodukte yon Carrageen. Bei den Fraktionen 1 und 2 der durch Bacillus coagulans abgebauten Produkte (vgl. Abb. 5b) handelte es sieh um Galaktose und 3,6-Anhydr0galaktose. Die Fraktionen der durch B. cereus und B. licheni/ormis abgebauten Produkte konnten als Galaktose bestlmmt werden (vgl. Abb. 5c).

c) In/rarot.speIctroslcopische Untersuchung der .Fralctionen der Abbauprodul~te yon Carrageen. I m Ansehlnl~ an die gasehromatographische Untersuehung yon Carrageen wurden unbehandeltes Carrageen und durch Bacillus coagulans, B. cereus sowie B. licheni/ormis abgebautes Carrageen einer IR-spektroskopischen Untersuchung unterzogen. Aus dem Vergleich der IR-Spektren lleB sieh erkennen, welcher Art die Verknfipfung der Monosaccharide war und ob die 3,6-AnhydrogMaktose abgebaut worden war. Stanley [21] bestimmte die Bande bei 935 cm -1 als 3,6-Anhydrogalaktose-Bande, die Banden bei 1015 cm -1 und 1070 em -1 als a 1,3-glykosidisehe Verknfipfung bzw. fl 1,4-glykosidisehe Verknfipfung. I m IR-Spektrum des unbehande]ten, nicht abgebauten Carrageens ¢rat die Valenzschwingungsbande bei 935 cm -1 intensiv auf, im IR-Spektrum des durch B. coagulans abgebauten Carrageens war die Bande bei 935 cm -1 noch vorhanden, wenn auch stark reduziert, dies bedeute¢, dab Spuren yon 3,6-Anhydrogalaktose vorhanden waren. Dadurch wurden die GC-Ergebnisse untermauert. I m IR-Spektrum des dureh B. cereus bzw. B. licheni]ormis abgebauten Carrageens ~rat die VMenzsehwingungsbande bei 935 cm -1 niche auf. Dies best~tigt die Ergebnisse der GC-Untersuchung, dab die 3,6-Anhydrogalaktose durch B. cereus bzw. B. licheni/ormls abgebaut wurde. Die in den IR-Spektren des dutch B. coagulans, B. cereus und B. licheni/ormis abgebauten Carrageens bei 1015 cm -1 und 1070 cm -1 auftretenden Valenzschwingungsbanden lassen vermuten, dab nach dem Abbau des Carrageens noch mindestens zwei 1,3-glykosidiseh bzw. fl 1,4-glykosidisch verknfipfte Galaktosemolekfile vorhanden waren. Diskussion der Ergebnisse Die Ergebnisse haben gezeigt, dal~ die 5 untersuchten Bacillus-Arten in der Lage waren, die 5 verschiedenen Verdickungsmittel in w~Briger L5sung -- Mlerdings nur bei Zugabe yon Spurenelementl5sung -- mehr oder weniger stark abzubauen. Die entstandenen Saceharide werden hierbei offensiehtlich im Stoffwechsel verwerte~. I m allgemeinen geht die mikrobielle Spaltung relativ schnell vonsta%en. Da der Abbau durch die Bacillus-Arten nur nach Zusatz yon Spurenelemen~15sung vor sieh geht -- auch Raymond u. Nagel [12] gelang ein Abbau yon chemisch reinem Gummi karaya durch Cephalosporium sp. nach Zusatz yon Mineralstoffen ist zu erwarten, dab die genannten Verdickungsmittel nomalerweise bel der Lagerung keinem wesentlichen mil~robiellen Abbau im untersuchten Zeitraum unterliegen werden, natfirlich nur unter der Voraussetzung, dal~ sic in geniigender Reinheit gewonnen warden. Werden die Verdickungsmi%el Lebensmitteln zugesetzt, ist allerdings zu erwarten, dal3 dureh die bereits im Verdickungsmittel ¥orh~ndene Mikroflora, besonders durch Bacillus.Arten, unter geeigneten Bedingungen ein Abbau auch der Verdickungsmittel relativ schnell beginn~. Hierbei ist besonders Bacillus cereus yon Bedeutung, denn dieses Bakterium wurde in mehr als sechsfaeher ~[~ufigkeit im Vergleich zu den anderen vier Arten isoliert. Eine zus~tzliche Bfldung extracefluliirer Toxine dutch B. cereus [25] is~ nicht auszusehliel3en. Die Enzymaktivitgten der Bacillus-Arten in bezug auf den Abbau der Verdiekungsmittel bediirfen noch einer ngheren Charakterisierung. 20

Z. Lebensmitt.-Untersuch., Band 133

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