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木聚糖酶（EC 3.2.1.8）在多领域应用广泛，但生产成本高昂。研究人员利用黑曲霉（A. niger），借助 Taguchi 优化法，添加金属氧化物纳米颗粒生产木聚糖酶。结果显示产量显著提升，且酶在纸浆处理效果良好，为经济生产及环保造纸提供新途径。
在当今工业领域，木聚糖酶（xylanases，EC 3.2.1.8）可谓是一颗 “潜力之星”。它能够分解植物细胞壁中复杂多糖木聚糖（xylan）的 β - 1,4 骨干，在饲料生产、制药、食品加工、纸浆和纺织制造等众多行业都有着不可或缺的地位。不仅如此，木聚糖酶在纳米技术领域也崭露头角，参与多种纳米颗粒的生物合成，进一步拓展了其应用边界。
然而，这颗 “星星” 却被高昂的生产成本所笼罩。为了降低成本，科研人员尝试利用大量农业废弃物作为微生物发酵的底物，同时探索各种优化技术来提升产量。玉米芯作为一种全球产量丰富（年产量约 20.3 亿吨）的农业废弃物，含有约 36% 的纤维素、26% 的木聚糖或半纤维素以及 17% 的木质素 ，成为了生产木聚糖酶的理想底物。
在此背景下，来自国外的研究人员开启了一项意义非凡的探索之旅。他们旨在通过将生物合成的氧化锌（ZnO）和氧化钙（CaO）纳米颗粒添加到以玉米芯为基础的培养基中，利用黑曲霉（Aspergillus niger）生产木聚糖酶，并借助 Taguchi 优化技术提升产量。随后，研究人员对生产出的木聚糖酶在纸浆废水生物脱墨和纸浆生物漂白方面的能力进行评估。这项研究成果发表在《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》上，为木聚糖酶的生产和应用开辟了新的道路。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过 DNA 扩增、内部转录间隔区（ITS）基因测序和系统发育分析，对所使用的黑曲霉菌株进行分子鉴定。接着，利用紫外 - 可见光谱（UV - Vis spectroscopy）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和透射电子显微镜（TEM）对生物合成的纳米颗粒进行表征。最后，采用 Taguchi 正交阵列（OA）实验设计优化木聚糖酶的生产过程。
研究结果如下：
- 纳米颗粒的合成与表征：研究人员利用木聚糖酶成功生物合成了氧化锌纳米颗粒（XA - ZnONPs）和氧化钙纳米颗粒（XA - CaONPs）。通过 UV - Vis 光谱分析发现，XA - ZnONPs 和 XA - CaONPs 分别在 314nm 和 370nm 处显示出特征性的表面等离子体共振峰。FTIR 分析表明，纳米颗粒中富含胺基功能团。TEM 显示，这些纳米颗粒的尺寸在 10.13 - 38.79nm 之间 。
- 木聚糖酶产量的优化：经过 Taguchi 优化后，添加 XA - ZnONPs 使真菌木聚糖酶产量提高了 3.61 倍，达到 103.55U/ml；添加 XA - CaONPs 则使产量提高了 14.57 倍，达到 418.09U/ml。金属氧化物纳米颗粒对酶效价提升的贡献率为 74.17 - 85.47% 。
- 木聚糖酶在纸浆处理中的应用：在纸浆废水处理实验中，木聚糖酶展现出了出色的脱墨能力，墨水去除效率达到 78.21 - 86.25%。在纸浆处理方面，墨水脱离效率为 37.04 - 82.70% 。
综合来看，这项研究意义重大。研究人员成功证明了在低成本的玉米芯基液体培养基中，添加 ZnONPs 和 CaONPs，结合 Taguchi 优化技术，能够显著提高黑曲霉 SF - 01 生产木聚糖酶的产量。同时，这些木聚糖酶在纸浆废水处理和纸浆脱墨方面表现优异，为实现经济高效的木聚糖酶生产以及环保型纸张回收利用提供了新的策略。这不仅有助于降低木聚糖酶的生产成本，推动其在工业领域的广泛应用，还为纳米技术在生物过程优化中的应用提供了新的思路，展现出跨学科研究在解决实际工业问题中的巨大潜力。
