地衣芽孢杆菌MA1菌株产碱性蛋白酶的优化及其在废X光片银回收中的应用研究

本研究针对工业用碱性蛋白酶生产成本高、稳定性不足等问题，通过多因素设计（Plackett-Burman和Box-Behnken）优化地衣芽孢杆菌MA1菌株的蛋白酶产量，提升9.6倍。该酶在50℃、pH 9.0条件下活性最高，且具有优异的热稳定性（t0.5达98.97 h）和EDTA耐受性（活性保留93.6%），成功应用于洗涤剂添加剂及废X光片银回收，为工业酶制剂开发提供新策略。

　　

研究背景
每年全球产生约20亿张废X光片，其明胶层中富含银元素，传统焚烧回收法不仅污染环境，还造成资源浪费。另一方面，洗涤剂行业亟需耐高温、耐碱的蛋白酶作为生物添加剂。尽管微生物源碱性蛋白酶（如Bacillus licheniformis产酶）具有应用潜力，但存在产量低、稳定性不足等问题。如何通过低成本培养基优化获得高性能蛋白酶，成为工业生物技术领域的关键挑战。

研究机构与方法
研究人员通过多因素统计设计（Plackett-Burman筛选和Box-Behnken响应面优化），以芝麻饼等农业废弃物为底物，优化B. licheniformis MA1的产酶条件。采用Arrhenius方程分析酶热力学参数（E_a、ΔG*等），并通过明胶水解实验验证其在银回收中的应用潜力。

研究结果
1. 培养基优化
通过PB设计从11种变量中筛选出显著影响因子：芝麻饼（+26.27）、蛋白胨（+37.28）和酵母提取物（+31.49）。BB设计进一步优化后，蛋白酶产量达731.8 U/mL，较初始培养基提升9.6倍。

2. 酶学特性

• 温度/pH适应性：最适活性为50℃和pH 9.0，在pH 11.0下孵育60分钟仍保持100%活性。
• 热稳定性：70℃时t_0.5为20.83 h，ΔH*达69.05 kJ/mol，显示高度热稳定性。
• 抑制剂耐受性：EDTA处理后保留93.6%活性，表明其为金属蛋白酶。

3. 工业应用

• 洗涤剂兼容性：与Tide洗涤剂在40℃共孵育后保留92%活性。
• 银回收效率：1小时内完全水解X光片明胶层，实现4.2%重量损失，优于传统化学法。

结论与意义
该研究通过统计优化将蛋白酶产量提升近10倍，其低K_m（5.56 mg/mL）和高V_max（1250 U/mL）表明催化效率优异。酶的热稳定性（E_d 71.89 kJ/mol）和碱性耐受性使其成为洗涤剂添加剂的理想选择，而高效的明胶水解能力为电子废弃物回收提供了绿色解决方案。研究成果发表于《Microbial Cell Factories》，为工业酶制剂的低成本生产与多场景应用提供了范式。