高海拔新型 Bacillus altitudinis 菌株高效木聚糖酶的工艺优化与部分纯化及其在功能性低聚木糖生产中的应用

本研究针对农业废弃物中木聚糖资源利用率低的问题，通过统计优化方法（PBD-RSM）提升 Bacillus altitudinis XYL17 木聚糖酶产量，酶解木聚糖生成具有抗氧化和益生特性的低聚木糖（XOS），为食品和营养工业提供绿色生物转化方案。

　　

随着全球人口增长，农业废弃物激增，其中富含的木聚糖（xylan）作为第二大植物多糖，其转化利用成为可持续发展的重要课题。传统化学法生产低聚木糖（xylooligosaccharides, XOS）存在毒性副产物问题，而酶解法因环保特性备受关注。然而，工业级木聚糖酶（xylanase）面临产量低、催化效率不足等瓶颈。印度每年产生5亿吨农业废弃物，亟需开发高效生物催化剂实现资源增值。

印度生物技术部资助的研究团队从喜马拉雅高海拔土壤中分离出 Bacillus altitudinis XYL17 菌株，通过两阶段统计优化（Plackett-Burman设计结合响应面法）将木聚糖酶产量提升至6.6 U/mg。该酶在50–55°C、pH 6.5条件下活性最佳，且能在5–65°C和pH 5.0–9.5范围内保持稳定。酶解山毛榉木聚糖（BX）和碱处理玉米芯木聚糖（CCX）时，木二糖（xylobiose）和木三糖（xylotriose）总产率达48%。生成的XOS展现出清除次氯酸（HOCl）、抑制髓过氧化物酶（MPO）的抗氧化能力，并能促进 Lactobacillus acidophilus 和 Limosilactobacillus fermentum 等益生菌生长。

关键技术包括：1）高海拔土壤菌株筛选；2）PBD-RSM统计优化发酵参数；3）12 kDa超滤膜部分纯化；4）DNS法测定还原糖；5）HPLC分析XOS组分。

Enhanced production of xylanase through statistical optimization of parameters
通过17因子PBD筛选出4个关键影响参数（麦麸浓度、MgSO₄·7H₂O、CaCl₂和接种量），经RSM优化后酶活提高2.3倍，证实统计方法可显著提升产量。

Conclusion
该研究建立了低成本高产酶工艺，证明 B. altitudinis XYL17 木聚糖酶具有宽温域、广pH适应性和高效底物转化能力，其产物XOS兼具益生和抗氧化功能，为农业废弃物高值化利用提供了新型生物催化剂。论文发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，为食品与营养工业的可持续发展提供了关键技术支撑。