Box–Behnken响应面方法在优化耐盐芽孢杆菌（Bacillus halodurans）CM1木聚糖酶生产发酵过程中的应用

《Biocatalysis and Biotransformation》：Box–Behnken response surface methodology in optimising fermentation of Bacillus halodurans CM1 xylanase enzyme production

本研究通过Box-Behnken响应面法优化枯草芽孢杆菌CM1产木薯粉诱导的xylose酶条件，最佳参数为诱导剂2%、37℃、pH9、200rpm，酶活达33.8 U/mg。金属离子（Mg2+、Cu2+激活；Zn2+、Ni2+抑制）及有机溶剂（乙醇、甲醇抑制）影响酶活性，非离子表面活性剂不影响，离子型如SDS抑制。该耐热耐碱酶适用于纸浆、废纸回收及食品工业。

　　

摘要

木聚糖酶是一种能够分解半纤维素的酶，可将木聚糖葡萄糖聚合物分解为木聚糖寡糖和D-木糖。木聚糖酶可由细菌或真菌通过发酵过程产生。Bacillus halodurans CM1已被确定为一种具有潜在木聚糖酶生产能力的细菌，可用于纸浆和造纸等行业。本研究旨在利用经济型矿物盐培养基（MSM）和木聚糖作为诱导剂，通过Box–Behnken设计响应面方法（BBD-RSM）优化B. halodurans CM1的木聚糖酶生产过程。研究重点在于确定最佳发酵条件（木聚糖浓度、温度、pH值和搅拌速率），并评估金属离子、溶剂和表面活性剂对酶活性和稳定性的影响。实验结果表明，当木聚糖诱导剂浓度为2%、温度为37°C、pH值为9以及搅拌速率为200 rpm时，木聚糖酶的比活性达到最高值（33.8 U/mg）。B. halodurans CM1木聚糖酶在温度70°C、pH值为9时的活性最强。金属离子活化剂Mg²⁺、Cu²⁺、K⁺、Na⁺、Co²⁺和Ca²⁺可增强其活性，而金属离子Zn²⁺、Ni²⁺、Fe³⁺以及有机溶剂（如乙醇、甲醇、DMSO、甲醛和氯仿）则会抑制其活性。非离子表面活性剂（如Triton X、Tween-80、EDTA和Chem 9201）对酶活性无显著影响，而离子表面活性剂SDS、Tween-20和Teepol则表现出抑制作用。B. halodurans CM1木聚糖酶具有耐热和耐碱的独特特性，在纸浆和造纸、脱墨、生物质利用以及食品饲料等行业具有广泛的应用前景。