微球芽孢杆菌6i菌株纤维素酶生产优化及酶学特性表征研究

《Annals of Microbiology》：RSM and ANN driven optimization and thermodynamic characterization of CMCase and FPase for enhanced biomass degradation from locally isolated Bacillus mycoides strain 6i in submerged fermentation

　　**摘要**纤维素酶是具有重要工业价值的酶类，在生物加工技术领域发挥着关键作用。本研究主要采用16S rRNA测序技术对新鉴定的一种芽孢杆菌菌株进行分离、鉴定及系统发育分析。此外，利用响应面法（RSM）和人工神经网络（ANN），以芒果核为底物，通过液体发酵法对微球芽孢杆菌6i菌株（*Bacillus mycoides* strain 6i）纤维素酶的生产条件进行了统计优化。RSM和ANN均成功优化了CMCase（羧甲基纤维素酶）和FPase（滤纸酶）。采用Plackett-Burman设计（PBD）筛选出最显著的影响因素（X5 = 胰蛋白胨、X6 = NaCl和X7 = (NH?)?SO?），并利用中心复合设计（CCD）对微球芽孢杆菌6i菌株的目标酶生产条件进行优化。在24小时培养、1.25%胰蛋白胨、1% NaCl和0.5% (NH?)?SO?条件下，CMCase的最大产酶量为118.08 IU/mL/min。在24小时培养、0.09%胰蛋白胨、0.65% NaCl和0.3% (NH?)?SO?条件下，FPase的最大产酶量为118.0003 IU/mL/min。CMCase在70°C、pH 7时表现出最大酶活性；FPase在70°C、pH 5时表现出最大酶活性。此外，还对酶的特性进行了表征，包括温度、pH值、金属离子、溶剂、表面活性剂和洗涤剂等方面的分析。CMCase和FPase的活化能（Ea）分别为33.20和11.33 kJ/mol，焓变（ΔH）分别为44.0和11.4 kJ/mol，熵变（ΔS）分别为49.84和42.21 J·mol?1·K?1。通过RSM分析计算，CMCase和FPase的R2值分别为94.55%和94.65%。通过ANN分析计算，CMCase和FPase的R2值分别为95.794%和95.241%。ANN相比RSM更好地捕捉了变量间的非线性关系，这从更高的R2值可以看出。本研究为新鉴定芽孢杆菌菌株中纤维素降解酶的生产、优化和表征提供了有益见解。