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文献综述
微生物不是作为分散的纯培养单个细胞生存的，而是在界面聚集形成多种微生物聚合物如：膜、网、絮体、沉淀物或者生物膜。在大多数生物膜中，微生物仅占小于10％的干重，而基质可以占到90％以上。基质大多数是微生物自身产生的胞外物质，细胞嵌入其中。当丙酮丁醇梭菌接触固定化介质时，细胞聚集并分泌自聚物将自身包裹，在介质表面形成一个特殊的细胞群体结构生物膜（Biofilm）[1-3]。生物膜中的微生物生活在自身产生的基质中，该基质是水合胞外聚合物，这形成了他们的直接生存环境。胞外聚合物中主要含有多糖、蛋白质、核酸和脂质。它们保证了生物膜的机械稳定性，调节其表面附着力，形成一个相关联的、可快速固定细胞的致密三维网状结构。此外，生物膜通过使胞外酶接近细胞扮演着外部消化系统的角色，使得细胞能够代谢可溶解的、胶体的以及固体的生物聚合物。在这篇综述中，我们描述了使生物膜成为地球上最成功的生命形式EPS（胞外聚合物）基质的功能、特性和成分。
生物膜的形成提供了一个完全不同于游离菌的生活方式。尽管生物膜基质中各种神秘的聚合物的精确的和分子层面的相互作用还不清楚，组成成分对基质完整性的作用在分子水平上还研究的很少，但是一些EPS的功能已经确定了，展现了生物膜形式生命的广泛优点。
EPS稳固了生物膜细胞并使他们相互接近，因此提供了强烈的相互作用，包括细胞间交流，形成协同微团。由于胞外酶的存在，一个多功能的外部消化系统产生了，从而，来源于水相中的溶解物、微粒营养被作为营养和能源的来源。基质也通过保持被溶解的细胞中各组成的功能扮演着回收心的角色[4-5]。
PS（多糖）和PN（蛋白质）是EPS的主要组成成分，两者占EPS质量的70%～80%;以多种纯净物为基质时，PS是主要成分,而污水处理厂的活性污泥中PN是主要组成物质，在EPS中SEPS和BEPS的质量分数在0.6%～44.0%。EPS可分为紧密粘EPS(TightlyboundEPS,TB)和松散附着EPS(LooselyboundEPS,LB)。TB位于内层,与细胞表面结合较紧,稳定地附着于细胞壁外,具有一定外形;LB位于TB外层,具有比较松散的结构,是可向周围环境扩展、无明显边缘的粘液层。EPS有着独特的空间结构和复杂的组成成分,其中BEPS（固着）和SEPS（溶解性）主要起到物质和能量交换、保护和维持作用以及改变混合液粘度等功能,而各种组成成分则能改变污泥的吸附絮凝性、正负电性以及亲疏水性等理化特性。
镧固定处理黄色粘球菌后用透射电镜观察发现,EPS围绕在细菌周围并呈高电子密度的纤维网格状结构。用电镜对非磷酸合成异养菌进行的观察证实生物膜中的EPS是各种微生物产生的空间结构多样化的基质,并且相互间有明显的分隔界限。顾笑梅等证实Enterococcusdurans产胞外多糖EPS-I具五糖重复单元结构。溶解态有机物生物膜EPS中PS的含量要高于胶体态有机物生物膜,PN含量的变化与胶体态有机物的水解过程相一致。研究表明,EPS的存在有利于细菌粘附聚集到载体表面形成生物膜,尤其是对细菌粘附到载体表面的初粘阶段;若EPS含量较少,细菌粘附到载体表面就会受到静电作用力的抑制,若EPS含量较多则会加强细菌的粘附和促进细菌间粘附,可见EPS是生物膜形成所必需的。
EPS的提取和含量的测定方法众多[6-7]，但是没有标准的方法便于研究成果的比较。
用于水处理的活性污泥是由活性微生物、惰性微生物、BEPS和SEPS或溶解性微生物代谢产物(SMP)所构成的复杂的体系。污水生物处理过程中大多数的微生物都会产生EPS，参与生物絮体的形成，它们存在于细胞表面或者游离于混合液中。对于SEPS或SMP的提取较为简单，常采用离心加过滤的方法进行提取。BEPS与细胞体紧密结合，需要采取物理方法或化学的方法使其从细胞体表而分离下来。常用的物理方法包括高速离心法、超声法、热提取法和阳离子交换树脂法(CER)等。化学方法包括硫酸提取法、氢氧化钠提取法、乙二胺四乙酸(EDTA)法、甲醛-氢氧化钠法和戊二醛法等。EPS中核酸的主要来源为死亡细胞，因此其含量的高低可用于监测细胞自溶的状况，判断提取方法对细胞的破坏程度[8-12]。
在提取出来的EPS中通常含有蛋白及其他物质，因此要测定多糖需先将杂质去除。多糖去除蛋白质的方法[13-15]有Sevag法，三氯醋酸法、中性醋酸铅法、乙酸锌和亚铁氰化钾法、三氟三氯乙烷法。因中性醋酸铅法在一定程度上会引起某些多糖的降解，而乙酸锌和亚铁氰化钾法与三氟三氯乙烷法均具有较强的毒性，Sevag法是目前去除蛋白最为常用的一种方法，其原理是蛋白质在氯仿以及正丁醇等有机溶剂中发生变性而被沉淀下来，达到蛋白与多糖分离的目的。去除多糖中含有的小分子杂质通常采用的方法是半透膜透析法，根据多糖的分子量与杂质分子量不同选取合适的半透膜，根据半透膜两侧溶液浓度差不同而使单糖、盐类、以及小分子的寡糖片段等物质扩散到半透膜外侧，达到去除小分子杂质的目的。粗多糖中通常含有色素，主要包括游离色素和结合色素，根据色素性质不同采取不同的脱色方法，目前多糖脱色的方法主要有活性炭吸附法、离子交换法、氧化脱色法以及金属络合法。活性炭吸附法脱色比较彻底，但多糖的损失率较高;过氧化氢作为一种强氧化剂，通过氧化作用可以达到较好脱色效果，但易使多糖发生降解;因此目前最为常用的脱色方法为离子交换法，此种方法不仅能实现多糖与色素的分离，而且能对多糖进行初级纯化。
细菌生物膜多糖的结构十分复杂[17]，但解析多糖的结构对于明确多糖的生物学功能具有重要意义，完整的多糖结构解析应包括对多糖的一级结构及高级结构的测定，但目前对多糖结构的研究，多停留在对多糖的一级结构解析上，对高级结构的分析较少。多糖一级结构的解析主要包括多糖的单糖组成及摩尔比、单糖连接为一式以及糖苷键构型等。目前多糖一级结构测定已经建立了一套比较完整的分析方法，主要包括:1化学分析法，如多糖化学组成的测定、单糖组成分析、糖醛酸还原、部分酸水解、高碘酸氧化、Smith降解、甲基化分析、乙酰解等;2.光谱学方法，如高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)、红外光谱(IR)、核磁共振波谱（NMR)、质谱(MS)、气质联用（GC-MS)、和液质联用(LC-MS)等;3.生化分析法，如酶水解法等。多糖的高级结构的研究，目前主要采用光谱学方法和依赖于计算机分析的分子模型法。
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