利用计算 - 常规方法提高暹罗芽孢杆菌（BIOSMNF45）热稳定果胶酶的产量：开启工业酶生产新征程

《Scientific Reports》：Improved production of thermostable pectinase from novel Bacillus siamensis (BIOSMNF45) using computational-conventional approach

在全球商业市场对热稳定果胶酶需求剧增的背景下，研究人员为优化发酵条件以提高热稳定果胶酶产量，对嗜热果胶分解菌（BIOSMNF45）进行研究。通过单因素试验（OVAT）和响应面法（RSM）优化培养基成分，结果使果胶酶产量提高 6.7 倍，该研究为工业生产提供了重要参考。

　　在生物酶的广阔天地里，微生物酶可是其中的 “明星选手”，尤其是果胶酶，它在食品、纺织、制药等众多领域都有着不可或缺的地位，能像一把把神奇的 “小剪刀”，精准地分解植物中的果胶。然而，目前微生物果胶酶的生产成本较高，成为了制约其大规模应用的 “拦路虎”。同时，热稳定果胶酶的获取也面临挑战，在工业生产中，很多流程都需要在高温下进行，这就急需大量热稳定的果胶酶。在这样的背景下，来自印度贾坎德邦兰契市贝拉技术学院（Birla Institute of Technology）生物工程与生物技术系的研究人员挺身而出，开启了一项意义非凡的研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为解决这些难题带来了新的曙光。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是样本采集与菌株筛选技术，从不同来源（如 Suraj Kund 温泉的泥样和水果废料）采集样本，筛选出具有果胶水解能力的菌株；二是 16S rRNA 测序技术，用于鉴定筛选出的菌株；三是酶活性测定技术，采用改良的方法测定果胶酶活性；四是单因素试验（OVAT）和响应面法（RSM），优化发酵条件。
下面我们来详细看看研究结果。
一、嗜热果胶分解菌的分离与筛选
研究人员从泥样和水果废料中分离出多种细菌，根据形态差异挑选出部分菌株进行果胶利用能力筛选。在筛选过程中，他们发现约 47% 的嗜热菌株具有果胶分解活性。通过进一步分析果胶降解指数（PDI%）和酶指数（EI%），挑选出了 3 株潜力菌株，其中 BIOSMNF45 表现最为突出。
二、果胶酶活性的定量测定与菌株鉴定
对选定菌株进行果胶酶活性定量测定，发现 BIOSMNF45 在 24 小时孵育时产生的果胶酶活性最高。通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）分析，确定了该菌株的形状和大小，并且经 16S rRNA 测序鉴定其为暹罗芽孢杆菌（Bacillus siamensis）。
三、利用传统单因素试验优化理化参数
选择 BIOSMNF45 菌株，采用单因素试验优化其发酵条件。研究发现，温度对果胶酶产量影响显著，45℃时产量最高，且该酶在 45℃下保温 30 分钟仍能保持 99.98% 的活性，60 分钟后还保留 78.33% 的活性，展现出良好的热稳定性。培养基 pH 也对果胶酶生产有重要影响，pH 6.00 时酶活性最高。碳源（果胶）浓度为 1.00%（w/v）时，果胶酶产量最佳，过高浓度会抑制酶的产生。无机氮源（硫酸铵）对果胶酶生产有抑制作用，而 0.40%（w/v）的酵母提取物作为有机氮源能促进酶的合成。
四、利用响应面模型优化理化参数
以单因素试验的结果为基础，研究人员运用响应面法（RSM）中的 D - 最优二次设计对发酵条件进行进一步优化。构建的模型显示，碳浓度和温度对果胶酶产量影响最大。优化后的发酵条件使热稳定果胶酶产量提高了 6.7 倍，且模型的各项指标（如R2=0.996 、Q2=0.962等）表明该模型具有良好的可靠性和预测性。
在研究结论和讨论部分，研究人员成功从众多菌株中筛选出暹罗芽孢杆菌（BIOSMNF45），它是最具嗜热性且产热稳定果胶酶能力最强的菌株。单因素试验确定了最佳发酵条件，响应面法进一步提升了果胶酶产量。该研究不仅为降低微生物果胶酶生产成本提供了有效途径，还为热稳定果胶酶在工业中的广泛应用奠定了坚实基础，有助于推动相关产业的发展，让果胶酶在更多领域发挥更大的作用。