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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2015, 31(2):179-186
木聚糖酶（1，4-β-D-xylanase）是一种糖基水解
酶，以内切方式作用于木聚糖主链内部的 β-1，4-木
糖苷键，其主要水解产物为低聚木糖和少量木糖。
木聚糖酶主要存在于海洋陆地动物、植物和微生物
之中，但其主要来源出自微生物。产木聚糖酶的微
生物种类很多［1］，近年来报道的有曲霉［2］、木霉［3］、
青霉［4］、链霉菌、酵母菌［5］等真菌属和芽孢杆菌［6］
等细菌属［7］。
目前，木聚糖酶已被广泛应用于人们的生产生
活中［8-11］。木聚糖酶可以辅助漂白，改善造纸传统
工艺中剧毒致癌的含氯漂白剂［12］。木聚糖还可用于
饲料、酿酒、面粉、果汁澄清等行业。国外早在 20
世纪中叶就开始对木聚糖酶进行研究，我国到 20 世
纪 80 年代才开始涉足该领域［13］，最初仅应用于工
业化饲料生产中，但随着科学技术的发展，在纺织、
造纸、废纸脱墨等行业中都有广泛的应用，工业化
生产木聚糖酶的报道也越来越多［14］。近些年，因木
聚糖酶可将废弃的生物质材料转化为乙醇、燃料等
收稿日期 ：2014-07-01
基金项目 ：国家“863”计划（2012AA021405），车用生物燃料技术国家重点实验室开放课题（2013024），广西科学研究与技术开发计划
（桂科重 1348004-4）
作者简介 ：王春明，女，硕士研究生，研究方向 ：生物能源 ；E-mail ：aishuiyuasy@sina.com
通讯作者 ：贾红华，男，副研究员，研究方向 ：生物能源 ；E-mail ：hhjia@njtech.edu.cn
一株 Bacillus sublitis JH-1 发酵产木聚糖酶培养基的
响应面优化
王春明1  钟超1  王凤学1  黄凡1  贾红华1  韦萍1  赵印2
（1. 南京工业大学生物与制药工程学院，南京 211816 ；2. 河南天冠企业集团有限公司车用生物燃料技术国家重点实验室，南阳 473000）
摘 要 ： 利用刚果红透明圈法从秸秆堆肥中筛选出一株产木聚糖酶菌株 Bacillus sublitis JH-1，以单因素试验为基础，采用响
应面试验设计对 Bacillus sublitis JH-1 液态发酵产木聚糖酶的培养基进行了优化，得到产木聚糖酶发酵最适条件为 ：培养温度 33℃，
pH 值 6.0，麦芽糖浓度为 2.6%，酵母粉浓度为 1.2%，KH2PO4 浓度为 1.2%，发酵产酶量比优化前提高了 1.8 倍。
关键词 ： Bacillus sublitis JH-1 ；木聚糖酶 ；响应面法
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.02.027
Optimization of Bacillus sublitis JH-1 for Xylanase Production by
Response Surface Analysis
Wang Chunming1 Zhong Chao1 Wang Fengxue1 Huang Fan1 Jia Honghua1 Wei Ping1 Zhao Yin2
（1. Colloge of Biotechnology and Pharmaceutical Engineering，Nanjing Tech University，Nanjing 211816 ；2. State Key Laboratory of Motor
Vehicle Biofuel Biotechnology，Henan Tianguan Group Co. Ltd.，Nanyang 473000）
Abstract ： Xylanase producing strain Bacillus sublitis JH-1 was screened from straw compost by Congo red transparent circle method.
According to the single-factor experiments, response surface methodology was applied to optimize the liquid state fermentation conditions of
Bacillus sublitis JH-1 for xylanase production, with the optimal conditions being listed as follows ：temperature as 33℃, pH value as 6.0, maltose
as 2.6%（m/V）, YE as 1.2%（m/V）, KH2PO4 as 1.2%（m/V）. Increased 1.8 times in average as compared with preliminary culture and
consistent with the maxmum predicted value.
Key words ： Bacillus sublitis JH-1 ；xylanase ；Response Surface Methodology
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.2180
能源，由于其巨大的潜力和经济价值，使得越来越
多的学者投入到对它的研究中［16］。
由于木聚糖酶广泛的应用领域及巨大经济潜力，
筛选优化木聚糖酶高产菌株具有重要的研究意义和
应用价值。自然界中很多微生物都能产生木聚糖酶，
针对废弃农作物中半纤维素组分的高效利用，本研
究前期以此筛选到了一株产木聚糖酶的菌株，通过
PCR 提取 16S rDNA 进行测序分析，测序结果通过
GenBank Blast 分析，认定为枯草芽孢杆菌（Bacillus
subtilis），命名为 B. sublitis JH-1。因其产生芽孢能耐
受高温高压，与真菌、放线菌和霉菌的传统固态培
养相比，液态培养具有生产效率高、容易自动化控制、
可对过程进行多种手段精确调控的优势，且具有较
好的稳定性和生物活性，并容易分离。
本研究应用的菌株属于嗜酸性微生物，因此可
以考虑将其应用于饲料加工方面。向家畜养殖的饲
料中添加木聚糖酶，能有效提高动物消化中的酶活
性，促进营养物质有效的消化吸收。此外，被降解
后的木聚糖，转化为低聚木糖能使双歧杆菌增殖，
有效地调节动物肠胃中的微生态环境，达到提高动
物的抗病及生产性能的效果。王修启等［15］验证了
在家畜饲料中添加木聚糖酶，可有效提高家畜的生
产性能。
由于 B. sublitis JH-1 具有良好的发展前景，但
微生物生长受培养条件和培养基成分影响很大，为
了优化其生长环境，本研究在对该菌株木聚糖酶
发酵条件进行单因素优化的基础上，通过 Plackett-
Burman（PB）试验设计、最陡爬坡试验设计和 Box-
Behnken 试验设计 3 个过程，得出影响显著的因子
和水平，通过建立回归拟合方程得出理论最高值，
对培养基组分进行进一步优化，旨在更好地提高该
菌株的产酶量。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 样品 木聚糖酶高产菌株筛选样品来源于南
京工业大学沼气站秸秆堆肥区。
1.1.2 培养基 发酵培养基（%）：蛋白胨 1.0，酵
母粉 0.5，NaCl 1.0，121℃高压灭菌 20 min。
1 mg/mL 刚 果 红 溶 液 ：称 取 1 g 刚 果 红 溶 于
1 000 mL 去离子水中，121℃高压灭菌 20 min。
1% 木糖标准溶液 ：准确称取 1 g 木聚糖溶解后
定容至 100 mL，贮存 4℃备用。
3，5-二硝基水杨酸显色液 ：准确称取 6.3 g 3，5-
二硝基水杨酸置于 262 mL 2 mol/L 氢氧化钠溶液中，
然后加酒石酸钾钠的热溶液 500 mL（182.0 g 酒石酸
钾钠溶于 500 mL 蒸馏水中），再加 5.0 g 重蒸酚和 5.0
g 亚硫酸钠，搅拌至溶解，冷却后定容至 1 000 mL，
贮于棕色瓶中置冰箱一周后使用，用前过滤。
1.2 方法
1.2.1 酶活力测定方法 采用 DNS 法［17］测定酶反
应体系中产生的还原糖，以木糖作标准曲线测定木
聚糖酶的活性。
酶活力单位的定义 ：以木聚糖作为底物，每毫
升稀释酶液每分钟释放 1 μg 还原糖所需的酶量为一
个酶活单位。
1.2.2 单因素试验
1.2.2.1 温 度 对 产 木 聚 糖 酶 的 影 响 将 B. sublitis
JH-1 接入液态发酵培养基中，置于 31℃-39℃ 180
r/min 摇床培养箱中培养 3 d 后，测定酶活，并根据
酶活力的大小，确定最佳的培养温度。
1.2.2.2 初始 pH 对产木聚糖酶的影响 分别配制
0.2 mol/L 的 pH4.0 和 pH5.0 的醋酸缓冲液、pH6.0-
9.0 磷酸盐缓冲液、pH9.0 Tris 盐酸缓冲液，分别添
加液态发酵培养基中。将 B. sublitis JH-1 接入液态发
酵培养基中，置于 180 r/min 摇床培养箱中 33℃培养
3 d 后，测定酶活，并根据酶活力的大小，确定最佳
的初始 pH。
1.2.2.3 碳源对产木聚糖酶的影响 在液态发酵培
养基中，分别添加浓度为 1%（m /w）的木糖、葡萄糖、
蔗糖、麦芽糖、乳糖、木聚糖、玉米芯，可溶性淀
粉，将 B. sublitis JH-1 接入 pH6 的液态发酵培养基中，
置于 180 r/min 摇床培养箱中 33℃培养 3 d 后，测定
酶活，并根据酶活力的大小，确定最佳的碳源种类。
根据碳源的筛选结果，选择酶活力最高的作为
最适碳源，在 pH6.0 的液态发酵培养基中，分别添
加 0.5%-4% 的麦芽糖，置于 180 r/min 摇床培养箱
中 33℃培养 3 d 后，测定酶活，并根据酶活力的大小，
确定最佳碳源添加量。
2015,31(2) 181王春明等 ：一株 Bacillus sublitis JH-1 发酵产木聚糖酶培养基的响应面优化
1.2.2.4 氮源对产酶的影响 在已优化的 pH、碳源
的液态发酵培养基中，分别添加浓度为 0.4%（m/w）
的 无 机 氮 源 NaNO3、KNO3、NH4Cl、（NH4）2SO4，
有机氮源尿素、牛肉膏、蛋白胨、酵母粉作为单一
氮源，将 B. sublitis JH-1 接入，置于 180 r/min 摇床
培养箱中 33℃培养 3 d 后，测定酶活，并根据酶活
力的大小，确定最佳的氮源种类。
根据氮源的筛选结果，选择酶活力最高的作为
最适碳源，分别添加 0.5%-4% 的酵母粉，置于 180
r/min 摇床培养箱中 33℃培养 3 d 后，测定酶活，并
根据酶活力的大小，确定最佳氮源添加量。
1.2.3 响应面优化设计
1.2.3.1 PB 试验 - 显著影响因素的筛选 在单因素
摇瓶发酵试验的基础上，以下试验都采用 100 mL 摇
瓶，10% 的接种量，90 r/min 转速 33℃摇床培养 2 d
的方式（试验得出的结论，篇幅有限，未在文中列出），
将筛选出的影响 B. sublitis JH-1 产木聚糖酶发酵培养
基的 9 种成分，乳糖、麦芽糖、可溶性淀粉、酵母
粉、蛋白胨、氯化钠、硫酸镁、硫酸铵和磷酸二氢
钾分别作为 PB 试验的考察对象，利用 Minitab 16 软
件，选用 N=12 的 Plackett-Burman 设计，并余 2 个空项
作为误差分析。
表 1 Plackett-Burman 试验因素水平及编码
代码 变量 低水平（-1）/% 高水平（1）/%
X1 乳糖 1 1.5
X2 麦芽糖 1 1.5
X3 虚拟 -1 1
X4 可溶性淀粉 1 1.5
X5 酵母粉 1 1.5
X6 蛋白胨 1 1.5
X7 氯化钠 0.5 1
X8 硫酸镁 0.5 1
X9 硫酸铵 0.5 1
X10 磷酸二氢钾 0.5 1
X11 虚拟 -1 1
1.2.3.2 最陡爬坡试验 根据 PB 试验结果，确定影
响 B. sublitis JH-1 木聚糖酶的 3 个主要因素，根据
PB 试验得到的一次拟合方程系数的正负决定该因素
的爬坡方向和步长的递增和递减。
1.2.3.3 中心组合试验及响应面分析 根据最陡爬
坡试验的结果，选用麦芽糖、酵母粉、磷酸二氢钾
为考察因素，采用 Box-Behnken 中心组合试验设计，
设计 3 因素 3 水平的响应面分析（RSA）试验，试
验因子和编码水平，见表 2。
表 2 试验因素水平及编码水平
因素
编码水平
-1 0 1
麦芽糖 /% 2 2.4 2.8
酵母粉 /% 1 1.2 1.4
磷酸二氢钾 /% 1 1.2 1.4
2 结果
2.1 培养温度、初始pH对产木聚糖酶的影响
如图 1 所示，随着温度的上升产酶量增加，但
当温度高于 33℃时，产酶量明显下降。结果显示，
在 33℃下，B. sublitis JH-1 产木聚糖酶量最大。
图 1 温度对产木聚糖酶的影响
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
40
50
60
70
80
90
100
110
⴨ሩ䞦⍫/% ⑙ᓖ/ć
如图 2 所示，pH>7 时，B. sublitis JH-1 产酶活
性较低，说明枯 B. sublitis JH-1 适合偏酸性环境，中
性或者偏碱都不适合 B. sublitis JH-1 的生长和代谢，
pH 值为 6 时，B. sublitis JH-1 产酶活性最强。
2.2 碳源对产木聚糖酶的影响
如图 3 所示，以麦芽糖作为碳源，对 B. sublitis
JH-1 产酶更有利。
通过研究不同麦芽糖添加量对 B. sublitis JH-1
产木聚糖酶的影响，结果（图 4）显示，其产酶效
果依次为 1.5%>2%>2.5%>1%，可见添加 1%-2.5%
的麦芽糖作为碳源，产酶效果较好，最佳添加量为
1.5%。
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.2182
4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110⴨ሩ䞦⍫/%
pH
图 2 pH 对产木聚糖酶的影响
2.3 氮源对产木聚糖酶的影响
如图 5 所示，分别添加浓度为 0.4% 的不同氮源，
考察他们对 B. sublitis JH-1 产木聚糖酶的影响，结果
图 3 碳源对产木聚糖酶的影响
ᵘ㌆ 㪑㨴㌆ 㭇㌆ ң㌆ 哖㣭㌆ ᵘ㚊㌆⦹㊣㣟 ਟⓦᙗ⏰㊹0102030405060708090
100
110⴨ሩ䞦⍫/% ⻣Ⓚ
图 4 麦芽糖浓度对产木聚糖酶的影响
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
40
50
60
70
80
90
100
110⴨ሩ䞦⍫/% 哖㣭㌆⎃ᓖ/%
发现以酵母粉为氮源，优于其他无机氮源和有机氮
源。分别添加 0.5%-4% 酵母粉考察不同浓度酵母粉
对 B. sublitis JH-1 酶活的影响。如图 6 所示，1%-2%
的酵母粉作为氮源产酶效果较好，最佳含量为 1.5%。
2.4 Plackett-Burman设计筛选及影响产木聚糖酶
的重要因素
PB 试验设计及结果见表 3，由表 4 的结果得到
图 7 的效应 Pareto 图。结果显示，只有麦芽糖、酵
母粉和磷酸二氢钾超过了误差边界。因此，麦芽
糖、酵母粉和磷酸二氢钾是影响 B. sublitis JH-1 影
响木聚糖酶的培养基重要因素。同时由表 4 结果发
现，麦芽糖、酵母粉和磷酸二氢钾的效应分别为（+）
148.41、（-）106.13 和（+）74.83。
图 5 氮源对产木聚糖酶的影响
NH42SO4 NaNO3 KNO3 CH4N2O 㳻ⲭ㜘 ⢋㚹㞿 䞥⇽㊹01020304050607080
90
100
110⴨ሩ䞦⍫/% ≞ⓀNH4Cl
图 6 酵母粉浓度对产木聚糖酶的影响
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110⴨ሩ䞦⍫/% 䞥⇽㊹⎃ᓖ/%
2015,31(2) 183王春明等 ：一株 Bacillus sublitis JH-1 发酵产木聚糖酶培养基的响应面优化
2.5 最陡爬坡试验
最陡爬坡试验的设计及结果（表 5）显示，实
验 5 对应的木聚糖酶酶活为 2 821.19 U/mL，随后木
聚糖酶开始降低，因此选取实验 5 的麦芽糖（2.4%）、
酵母粉（1.2%）和磷酸二氢钾（1.2%）做优化试验
的中心点。
表 5 最陡爬坡试验设计及其结果
编号
因素
酶活 /（U·mL-1）
麦芽糖 /% 酵母粉 /% 磷酸二氢钾 /%
1 0.8 2.0 0.4 752.18±12.3
2 1.2 1.8 0.6 1059.70±16.5
3 1.6 1.6 0.8 1374.66±23.1
4 2.0 1.4 1.0 1876.31±14.2
5 2.4 1.2 1.2 2821.19±19.8
6 2.8 1.0 1.4 2438.65±25.1
7 3.2 0.8 1.6 2437.51±17.9
8 3.6 0.6 1.8 2380.24±19.5
9 4.0 0.4 2.0 2121.40±18.1
2.6 中心组合试验及响应面分析
利用统计软件 Design-Expert7.1.1 对试验进行设
计和数据分析，根据表 6 的试验结果，对表中数据
进行多元回归拟合，所得到的木聚糖酶酶活（Y）对
麦芽糖（X1）、酵母粉（X2）和 KH2PO4（X3）通过拟
合可得到的二次多项式方程为 ：Y=3670.84+92.63X1-
10.31X2+44.52X3-6.01X1X2-4.01X1X3-76.45X2X3-
104.28X1X1-133.20 X2X2-106.57 X3X3，由此方程可进
行方差分析，结果见表 7。
表 7 显示，建立的回归模型显著（P<0.05），说
明方程拟合度较好 ；Pr 失拟项 = 0.，1126>0.05，说
明失拟项并不显著，残差由于随机误差而引起，模
型选择正确 ；复相关系数 R2=0.976 7，表明预测值
表 3 Plackett-Burman 试验设计及结果
编号 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 酶活 /（U·mL
-1）
1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 1179.24±24.1
2 -1 1 1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 1291.20±13.8
3 -1 1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 1 1167.79±21.2
4 -1 -1 -1 1 1 1 -1 1 1 -1 1 941.59±15.9
5 -1 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 1 1 1211.02±12.1
6 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 1 1 -1 1038.08±20.6
7 1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 1295.20±17.3
8 1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 1 984.54±15.5
9 -1 -1 1 1 1 -1 1 1 -1 1 -1 1054.12±19.1
10 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1078.17±17.9
11 1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 1139.73±14.2
12 1 1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 -1 1061.27±21.9
注 ：X3，X12 为虚拟项 ；其余 10 项为将被优化的培养基成分
表 4 PB 设计结果的各因素效应及评价
项 效应 系数 系数标准误 T P
常量 1120.16 11.62 96.42 0.000
乳糖 -7.64 -3.82 11.62 -0.33 0.774
麦芽糖 148.41 74.21 11.62 6.39 0.024
可溶性淀粉 60.03 30.02 11.62 2.58 0.123
酵母粉 -106.13 -53.07 11.62 -4.57 0.045
蛋白胨 0.48 0.24 11.62 0.02 0.985
氯化钠 -0.76 -0.38 11.62 -0.03 0.977
硫酸镁 -57.74 -28.87 11.62 -2.49 0.131
硫酸铵 -0.86 -0.43 11.62 -0.04 0.974
磷酸二氢钾 74.83 37.41 11.62 3.22 0.084
R-Sq=97.70%，R-Sq（调整）=87.36%
图 7 影响木聚糖酶发酵的 9 成分的 Pareto 图
2920䞥⇽㊹⼧䞨Ҽ≒䫮ਟⓦᙗ⏰㊹亩 ң㌆⺛䞨䭱哖㣭㌆⺛䞨䬥≟ॆ䫐㳻ⲭ㜘
0 1 2 3 4ḷ߶ॆ᭸ᓄ 5 6 7
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.2184
与实测值之间具有比较高的相关性 ；调整性决定系
数 R2Adj=0.946 6 表明方程模型可信度比较高，能够
较好地描述本次试验的结果。
由回归方程所作出的响应面立体分析图（图 8-
图10）显示，它们分别反映了麦芽糖（X1）、酵母粉
（X2）和 KH2PO4（X3）这 3 个因素之间两两交互作
用对响应值的影响。麦芽糖和酵母粉对木聚糖酶
的影响如图 8 所示，X1 因素（麦芽糖）与 X2 因素
（酵母粉）交互作用显著，X1 因素（麦芽糖）对木
聚糖酶酶活的影响较大，为主效应因子。如图 9 所
示，X1 因 素（ 麦 芽 糖 ） 与 X3 因 素（KH2PO4）， 当
KH2PO4 的浓度一定时，木聚糖酶的酶活随着麦芽糖
表 6 中心组合试验设计及结果
编号
因素
酶活 /（U·mL-1）
麦芽糖 /% 酵母粉 /% 磷酸二氢钾 /%
1 0 0 0 3689.621±25.9
2 1 1 0 3528.132±18.1
3 0 0 0 3693.057±11.9
4 1 0 1 3559.055±16.1
5 0 0 0 3655.261±17.3
6 -1 -1 0 3326.557±13.8
7 0 -1 1 3589.979±21.7
8 -1 0 -1 3352.899±15.9
9 -1 1 0 3329.993±19.2
10 0 1 -1 3425.054±9.1
11 0 1 1 3404.438±12.3
12 0 0 0 3643.808±15.4
13 0 0 0 3672.441±17.4
14 -1 0 1 3406.729±24.9
15 0 -1 -1 3304.796±26.4
16 1 -1 0 3548.747±19.8
17 1 0 -1 3521.26±13.5
表 7 木聚糖酶酶活的多项式回归模型及方差分析
方差来源 平方和 自由度 均方 F 值 Prob > F
Model 296683 9 32964.725 32.541 < 0.0001
X1 68638 1 68638.175 67.756 < 0.0001
X2 850.01 1 850.00633 0.8391 0.3901
X3 15859 1 15859.078 15.655 0.0055
X1X2 144.62 1 144.61913 0.1428 0.7167
X1X3 64.275 1 64.27517 0.0634 0.8084
X2X3 23378 1 23378.125 23.077 0.0020
X1
2 45787 1 45787.132 45.198 0.0003
X2
2 74704 1 74703.847 73.743 < 0.0001
X3
2 47821 1 47820.74 47.206 0.0002
残差 7091.2 7 1013.0273
失拟项 5268.9 3 1756.3081 3.8552 0.1126
纯误差 1822.3 4 455.56666
总回归 303774 16
R2=0.9767 R2Adj=0.9466
3700
3600
3500
3400
3300
1.40⼧䞨Ҽ≒䫮䞦⍫U
·m
L-
1 
䞥⇽㊹1.30 1.20 1.10
1.00 1.00
1.10
1.20
1.30
1.40
3700
3605
3510
3415
3320
1.40䞥⇽㊹䞦⍫U
·m
L-
1 
哖㣭㌆1.30 1.20 1.10 1.00 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80
3700
3602.5
3505
3407.5
3310
1.40⼧䞨Ҽ≒䫮䞦⍫
U
·m
L-
1 
哖㣭㌆1.30 1.20 1.10 1.00 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80
图 8 麦芽糖和酵母粉对木聚糖酶酶活影响的响应面立体分
析图
图 9 麦芽糖和磷酸二氢钾对木聚糖酶酶活影响的响应面立
体分析图
图 10 酵母粉和磷酸二氢钾对木聚糖酶酶活影响的响应面
立体分析图
2015,31(2) 185王春明等 ：一株 Bacillus sublitis JH-1 发酵产木聚糖酶培养基的响应面优化
添加浓度的增加而增大，但当麦芽糖的添加浓度大
于 2.577% 时，木聚糖酶酶活逐渐呈下降趋势 ；当麦
芽糖的添加浓度一定时，随 KH2PO4 添加浓度的增加，
木聚糖酶的酶活先增加后降低。如图 10 所示，酵母
粉和 KH2PO4 的浓度一定时，另一因素的浓度增加
到达最适浓度时，木聚糖酶酶活随之增大，浓度超
过最适浓度后继续增加，木聚糖酶酶活随之降低。
从响应面图可分析得出，对于各因素之间的
交互影响中，3 个因素中麦芽糖对木聚糖酶酶活影
响最大，KH2PO4 次之，酵母粉最弱。通过 Design-
Expert 软件分析，可得到 B. sublitis JH-1 液态发酵
产木聚糖酶，最佳培养基配方为 ：麦芽糖添加浓度
为 2.577%，酵母粉添加浓度为 1.176%，KH2PO4 添
加浓度为 1.248%，在此条件下木聚糖酶酶活预测
值可达 3 697.37 U/mL。结合实际试验操作的方便性
和方差分析的结果，将最终确定培养基配方为 ：麦
芽糖添加浓度为 2.6%，酵母粉添加浓度为 1.2%，
KH2PO4 添加浓度为 1.2%。为了验证 B. sublitis JH-1
液态发酵产木聚糖酶响应面模型的精确性，对该
模型进行试验验证，按照最终确定的培养基参数进
行 3 次重复试验验证，可得木聚糖酶酶活平均值为
3 693.91 U/mL，表明此模型实际值与预测值有较好
的拟合性，是可行有效的，具有较高的实践参考价值。
3 讨论
本研究中，培养条件对微生物生长影响很大，
温度越高，微生物生长代谢越快，次级代谢产物的
合成速度也加快。但由于有些中间代谢酶类对温度
变化比较敏感，过高的温度反而会降低其活性，从
而影响相关代谢产物的积累。初始 pH 的变化会直
接影响微生物细胞膜的电荷状态，从而影响微生物
的生理代谢功能。
培养基成分是影响微生物生理代谢的最重要因
素，直接关系到酶等次级代谢产物的产生和积累，
对碳源、氮源等培养基成分进行优化，不仅可以降
低成本，更充分发挥菌株产酶潜能，提高产酶率。
推测菌体不仅可利用麦芽糖作为生长代谢的来源，
乳糖也可能是木聚糖酶合成的较强的诱导物，麦芽
糖含量过低不能达到好的诱导效果，过量则可能反
过来抑制 B. sublitis JH-1 的生长及产酶。陈熊等［18］
报道通过添加不同的碳源，特别是麦芽糖，可显著
提高微生物木聚糖酶产量，张云雁等［19］也报道麦
芽糖对木聚糖酶表达具有诱导作用，与本研究结果
一致。氮是微生物生长代谢的关键元素，也是各种
生物活性物质的重要组成部分。其原因可能是酵母
粉不仅为 B. sublitis JH-1 生长提供了氮源，满足生长
代谢的需求，还能提供辅助的生长因子及丰富的氨
基酸促进其代谢产物的合成。江国忠等［20］也报道
添加酵母粉为氮源培养 B. sublitis JH-1，酶活力显著
高于其他氮源。
本研究筛选的 B. sublitis JH-1 还可通过离子束诱
变育种技术、蛋白质工程、基因工程，固定化细胞
技术［21］等技术手段，进一步提高 B. sublitis JH-1 的
木聚糖酶产量，研究其酶学性质，充分挖掘其应用
潜力。
4 结论
对 B. sublitis JH-1 木聚糖酶产量有显著影响的
3 个因素为麦芽糖、酵母粉和 KH2PO4 ；在此最优培
养基条件下，该菌株木聚糖酶产量可达到 3 693.91
U/mL，发酵产酶量比优化前提高了 1.8 倍。用响应
面法优化 B. sublitis JH-1 产木聚糖酶的发酵培养基是
有效可行的。
参 考 文 献
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（责任编辑 马鑫）