基于响应面法优化双水相系统纯化热带假丝酵母木糖还原酶及其在木糖醇生产中的应用

本研究针对木糖还原酶(XR)纯化成本高的问题，通过响应面法(RSM)优化聚乙二醇/磷酸钾双水相系统(ATPS)，实现了从腰果苹果渣(CAW)水解物中高效纯化XR（活性达0.4 U/mg），显著降低木糖醇生产成本。该成果为生物酶法生产甜味剂提供了经济可行的纯化方案，发表于《Food Chemistry》。

　　

在全球食品需求激增与资源浪费并存的背景下，腰果苹果渣(CAW)这类农业副产品如何变废为宝成为研究热点。CAW富含木糖，可通过微生物转化为高附加值产品木糖醇——这种低热量甜味剂在食品和医药领域需求旺盛。然而，传统生产工艺中，关键酶木糖还原酶(xylose reductase, XR)的纯化成本居高不下，成为制约产业化的瓶颈。

来自中国的研究团队在《Food Chemistry》发表的研究中，创新性地将响应面法(response surface methodology, RSM)应用于双水相系统(aqueous two-phase system, ATPS)的优化，成功建立了低成本、高效率的XR纯化工艺。研究采用1%硫酸水解CAW获得含30 g/L木糖的底物，利用热带假丝酵母(Candida tropicalis CCT 1516)发酵生产XR，最终通过优化聚乙二醇(PEG)与磷酸钾(PP)的配比，使XR活性提升至0.41 U/mg，同步实现木糖醇产量15.4 g/L。

关键技术包括：1）CAW的酸水解预处理；2）热带假丝酵母的发酵工艺控制；3）基于RSM的ATPS参数优化（PEG 1.6-2.4 g/L，PP 1-1.3 g/L）；4）酶活性测定与产物分析。

【Raw material】
研究证实CAW经160°C酸水解后，其12.5%含水量和30 g/L木糖含量适宜作为发酵底物，为后续工艺奠定基础。

【Results and discussion】
发酵动力学显示：XR活性在28小时达峰值（0.4 U/mg），而木糖醇产量在40小时最高（15.4 g/L）。RSM分析揭示PEG浓度对XR纯化效率呈正相关，而PP影响不显著。优化后的ATPS使纯化步骤成本降低50%以上。

【Conclusion】
该研究不仅验证了CAW作为XR生产底物的可行性，更通过ATPS-RSM联用技术，建立了较传统方法成本降低50%的纯化工艺。这一突破对推动生物酶法生产食品添加剂的产业化具有双重意义：既提升了农业废弃物的利用价值，又解决了酶制剂生产成本高的行业痛点。

研究团队特别指出，该工艺的放大生产仍需验证，但已为开发其他高值化生物转化途径提供了技术范式。成果获得巴西Polpa Ideal公司提供的CAW原料及FAPESQ-PB等机构的资助，体现了产学研合作在可持续生物制造中的重要性。