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中国年产约3000万吨的玉米芯，然而作为富含纤维素、半纤维素的农业废弃物，除了少量用于生产木糖醇、糠醛等外，绝大部分在田间放火焚烧，既浪费资源又污染环境。木聚糖是植物半纤维素的最主要成份，其水解产物可应用于饲料、造纸及工业原料生产等多个领域。因此，寻找高产木聚糖酶系的菌株并深入研究提高菌体产酶活性的方法势在必行。
本文以微生物教研室保存的一株黑曲霉为出发菌株，以玉米芯为主要原料，进行该菌株固体发酵产木聚糖酶的条件优化研究，旨在提高玉米芯的利用率的同时为黑曲霉产木聚糖酶的大规模工业化生产和应用提供参考。
1材料和方法
1?1材料菌株
黑曲霉菌株(Aspergillus niger)，东北师范大学生科院微生物教研室保存;固态基础发酵培养基：麸皮1g，玉米芯9g，含水量15ml，pH值自然。
1?2木聚糖酶酶活定义及酶活力测定方法
木聚糖酶酶活力国际单位定义为：标准反应条件下，每分钟生成1umol木糖所需要的酶量(以木聚糖为底物)为1个酶活单位。酶活检测采用DNS还原糖测定法。
1?3固体发酵粗酶液的制备
在培养后的固体发酵物中加入100ml自来水，震荡摇匀，尼龙纱布过滤后，取1?5ml至离心管中，12000r/min、4℃离心20min除去孢子，10倍稀释后测定酶活。
2结果与分析
2?1Mandel盐对发酵产酶的影响
对照组采用固态基础发酵培养基，实验组在对照组基础上添加Mandel盐溶液(A盐：溶液=10%，B盐：溶液=0?1%)，28℃培养72h，测定并比较酶活力。由表1可知，相对于不加Mandel盐的对照组，加盐后酶活显著升高1?4倍。说明广泛应用于纤维素酶与半纤维素酶培养的Mandel盐对菌株产酶具有较强的促进作用。故以下单因素研究中加入Mandel盐。
表1Mandel盐对酶活力的影响
对照组(无Mandel盐)实验组(有Mandel盐)酶活IU/g293?76425?87
2?2不同氮源对酶活的影响
分别采用单一的有机或无机氮源进行试验，对照组为无氮的Mandel盐，试验组分别为0?15%(NH4)2SO4，0?15%NH4Cl，0?1%NH4NO3，0?25%NaNO3，0?2%牛肉膏，0?2%蛋白胨，0?2%酵母膏，0?8%黄豆粉，28℃培养72h。结果表明(图1)，在固体基础发酵培养基中添加NaNO3作为氮源时，酶活最高，对黑曲霉产木聚糖酶具有明显的促进作用，为最优氮源。并且黑曲霉在含有无机氮源培养基中的生长要优于在有机氮源中。
2?3含水量对酶活的影响
水分的高低会影响到基质的透气性和菌丝生长状况，也会影响代谢活动和目的产物的合成。由图2可知，含水量在5ml～35ml之间时，酶活力与含水量成正相关。当初始含水量为35ml时，黑曲霉生长最旺盛，产酶量最高，酶活力达最高峰，所以35ml为最佳初始含水量。
图1不同氮源对酶活的影响
图2含水量对酶活的影响
2?4不同接种量对酶活的影响
在无菌条件下，分别向培养基中接入不同量的菌株(106个/ml)，28℃培养72h。结果如图3所示，曲线较为平缓，酶活力总体水平差别不大，影响不是很显著，其中当接种量为0?2ml时，酶活力最高。
2?5初始PH对值酶活的影响
将菌种分别在不同初始pH下进行培养，测定结果如图4所示，当pH值为4～5时，黑曲霉生长和产酶明显被促进，酶活力达到最高峰;当pH值高于5后，酶活逐渐降低，不利于黑曲霉生长和产酶。经检测固态基础发酵培养基自然pH值在5?5左右，为降低工业生产成本，提高生产效率，最优pH值取自然pH值。
图3接种量对酶活的影响
图4初始pH对酶活的影响
2?5培养时间对酶活的影响
培养过程中，每间隔24h取一次样，结果如图5所示，木聚糖酶的酶活力随培养时间延长发生明显变化，大致可分为4个时期：
2?5?1迟缓期：0～48h;
2?5?2指数期：48h～72h;
2?5?3稳定生长期：72h～96h;
2?5?4快速下降期：96h之后。
由图可知，当培养时间为96h时酶活力达最高峰，但菌株在72h～96h期间，酶活均维持在一个较高的水平上，这段时期内酶活力无显著差异。为降低生产成本，提高生产效率，72h为最优培养时间。
2?6培养温度对酶活力的影响
由图6可知，当培养温度低于25℃时，菌体生长较为缓慢，产酶量较少，而当培养温度过高时，菌株虽然生长速度较快，但易衰老死亡，且分解代谢速度加快，其中产生的热量使培养基温度进一步升高，从而使产酶量下降。当培养温度为32℃时，黑曲霉生长最旺盛，酶活力达到最高峰，所以32℃为最佳培养温度。
图5培养时间对酶活的影响
图6培养温度对酶活的影响
6结论
通过以上多种单因子的优化实验得到固态发酵黑曲霉产木聚糖酶的优化培养基配方：碳源：麸皮：玉米芯=1：9，氮源：0?25%NaNO3，含水量：35ml，Mandel盐;优化培养条件为：接种量0?2ml，初始pH值4～5，培养温度为32℃，培养时间为3天。经测定，培养基经优化后，酶活力从原来的450?1IU/g增加到893?5IU/g，显著提高了1?985倍。
参考文献
[1]薛业敏等.利用玉米芯木聚糖酶法制备低聚木糖的研究[J].中国酿造，2003(06).
[2]付晓蕾.促进黑曲霉发酵提高木聚糖降解酶系活性的研究[D].北京化工大学，2010.
[3]张云.黑曲霉木聚糖酶固体发酵及酶学特性研究[D].东北师范大学，2008.作者简介：王娟(1987-)，女，汉族，东北师范大学生命科学学院微生物专业2010年硕士，研究方向：应用微生物。
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