全 文 ：第 １３卷第 １期
２０１５年 １月
生　 物　 加　 工　 过　 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ􀆰 １３ Ｎｏ􀆰 １
Ｊａｎ􀆰 ２０１５
ｄｏｉ：１０􀆰 ３９６９ ／ ｊ􀆰 ｉｓｓｎ􀆰 １６７２－３６７８􀆰 ２０１５􀆰 ０１􀆰 ００５
收稿日期：２０１３－１２－３０
基金项目：国家杰出青年基金（２１０２５６２５）；国家高技术研究发展计划（８６３ 计划） （２０１２ＡＡ０２１２０３）；国家科技支撑计划（２０１２ＢＡＩ４４Ｇ０１）；国家
自然科学基金面上基金（２１３７６１１８）；国家自然科学基金青年基金（２１１０６０７０）；长江学者和创新发展计划（ＰＣＳＩＲＴ）；江苏自然科学基
金（ＳＢＫ２０１５０２０７）；江苏省高校优势学科建设工程项目（ＰＡＰＤ）
作者简介：邢亚梅 （ １９８８—），女，江苏南通人，硕士研究生，研究方向：生物催化；陈 　 勇 （联系人），副研究员， Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｃｈｅｎｙｏｎｇ１９８２＠
ｎｊｔｅｃｈ􀆰 ｅｄｕ􀆰 ｃｎ
黑曲霉（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）发酵生产
木聚糖酶的 ｐＨ调控策略
邢亚梅，陈　 勇，应汉杰
（南京工业大学 生物与制药工程学院 国家生化工程技术研究中心，江苏 南京 ２１１８００）
摘　 要：为了提高黑曲霉（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）Ｄ０８生产木聚糖酶的能力，考察了不同 ｐＨ 条件对菌株生长及产酶的影
响，结果发现木聚糖酶发酵过程中菌体生长的最适 ｐＨ 与木聚糖酶合成的最适 ｐＨ 不同，分别为 ３􀆰 ５ 和 ４􀆰 ５。 由此
针对性地提出了两阶段 ｐＨ控制策略：在 ３０ ｈ内控制 ｐＨ 为 ３􀆰 ５；３０ ｈ后 ｐＨ控制为 ４􀆰 ５。 结果表明：分阶段 ｐＨ调控
策略的实施进一步提高了菌体合成木聚糖酶的能力，木聚糖酶比酶活 （２ ２２３􀆰 ３８ Ｕ ／ ｍＬ）和生产强度 （２６􀆰 ４７
Ｕ ／ （ｍＬ·ｈ））分别比恒定 ｐＨ ４􀆰 ５时提高了 １４􀆰 ３％和 ３０􀆰 ６％。 该工艺对提高木聚糖酶活力具有一定的指导意义，为
后续研究和生产奠定了良好的基础。
关键词：ｐＨ调控；木聚糖酶；黑曲霉
中图分类号：Ｑ８１５　 　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 　 文章编号：１６７２－３６７８（２０１５）０１－００２３－０５
Ｔｗｏ⁃ｓｔａｇｅ ｐＨ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｘｙｌａｎａｓｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ
Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８
ＸＩＮＧ Ｙａｍｅｉ，ＣＨＥＮ Ｙｏｎｇ，ＹＩＮＧ Ｈａｎｊｉｅ
（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ａｎｄ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｔｅｃｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１８００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｘｙｌａｎａｓｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８，ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐＨ ｏｎ ｃｅｌｌ ｇｒｏｗｔｈ
ａｎｄ ｘｙｌａｎａｓｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｐＨ ｆｏｒ ｃｅｌｌ ｇｒｏｗｔｈ ｗａｓ ３􀆰 ５，ｗｈｉｌｅ ｔｈａｔ ｆｏｒ
ｘｙｌａｎａｓｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗａｓ ４􀆰 ５． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ， ａ ｔｗｏ⁃ｓｔａｇｅ ｐＨ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｗａｓ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ： ｐＨ ｗａｓ
ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｔ ３􀆰 ５ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ３０ ｈ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｒａｉｓｅｄ ｔｏ ４􀆰 ５ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｍａｉｎｉｎｇ ｔｉｍｅ． Ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｓｔｒａｔｅｇｙ，ｔｈｅ
ｍａｘｉｍａｌ ｘｙｌａｎａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｘｙｌａｎａｓｅ ｒｅａｃｈｅｄ ２ ２２３􀆰 ３８ Ｕ ／ ｍＬ ａｎｄ ２６􀆰 ４７
Ｕ ／ （ｍＬ·ｈ），ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ １４􀆰 ３％ ａｎｄ ３０􀆰 ６％ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｐＨ （ｐＨ ４􀆰 ５）
ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｍｏｄｅｌ． Ｔｈｉｓ ｐＨ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆｆｅｒｓ ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｇｕｉｄｅｌｉｎｅ ｆｏｒ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ
ｘｙｌａｎａｓｅ ｂｙ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８，ｔｈｕｓ ｍａｋｉｎｇ ａ ｇｏｏｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ
ｘｙｌａｎａｓｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐＨ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｘｙｌａｎａｓｅ；Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ
　 　 植物纤维是自然界中储存量最大、最丰富，也是最
廉价的一类可再生资源，其中半纤维素约占 １５％ ～
３０％［１］。 作为半纤维素的主要组成成分，木聚糖广泛
分布于高等植物的细胞壁中，是自然界中存储量仅次
于纤维素的多糖［２］。 木聚糖酶是一类可以将木聚糖降
解成低聚糖和木糖的水解酶类，主要由 β １，４ 内切
木聚糖酶（ＥＣ３􀆰 ２􀆰 １􀆰 ８）和 β 木糖苷酶（ＥＣ３􀆰 ２􀆰 １􀆰 ３７）组
成，其功能分别是切断木聚糖主链中的木糖苷键以及
将寡聚糖进一步降解为单体木糖［３］。
同时，木聚糖酶作为一种工业酶制剂，在诸多领
域具有广泛应用。 在植物性饲料中，添加木聚糖酶可
以降解饲料中的抗营养因子非淀粉多糖（ＮＳＰＳ），从
而提高禽畜对营养物质的利用率［４］。 在食品行业，木
聚糖酶可以将半纤维素含量较高的农业废弃物降解
成为低聚木糖［５］。 在生物能源转化领域，木聚糖酶可
与纤维素酶系协同作用，将植物纤维降解为戊糖和己
糖，并以其作为发酵底物，进一步通过微生物生产乙
醇［６－７］。 在生物制浆漂白领域，木聚糖酶可以作为生
物漂白助剂应用于造纸工业［８］。
目前，木聚糖酶主要依靠微生物发酵法获得，
现已知能够合成木聚糖酶的微生物主要涉及真菌、
链霉菌、细菌和酵母等［１］。 曲霉属菌株（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ
ｓｐ􀆰 ）是生产木聚糖酶的优良菌株，成为国内外木聚
糖酶生产研究的重点［９］。 为了提高曲霉属产木聚
糖酶的能力，我国科研工作者已在菌种选育［１０－１１］、
发酵优化［１２－１４］、酶学性质［１０，１５］等方面开展了大量的
研究工作。 在发酵培养过程中，ｐＨ、温度均是影响
微生物合成木聚糖酶的重要因素。 针对菌体生长
和木聚糖酶合成的最适温度不一致这一特性，Ｙｕａｎ
等［１６］提出了一种分阶段的温度调控策略，使木聚糖
酶的生产强度得到提高。 受上述研究的启发，本文
尝试研究 ｐＨ 对木聚糖酶发酵过程不同阶段的影
响，并以此为基础开发新的 ｐＨ 控制策略，旨在提高
微生物合成木聚糖酶的能力。
本文着重考察 ｐＨ 对黑曲霉（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）
Ｄ０８菌株生长及产木聚糖酶能力的影响，并结合发
酵动力学参数分析，导向性地采用分阶段 ｐＨ 调控
策略，以初步实现木聚糖酶的高效生产，旨在提高
微生物合成木聚糖酶的能力。
１　 材料与方法
１􀆰 １　 菌种
黑曲霉（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）Ｄ０８，由南京工业大学
国家生化工程技术研究中心实验室诱变筛选并保藏。
１􀆰 ２　 主要试剂
山榉木木聚糖、 ３， ５ 二硝基水杨酸 （ ＤＮＳ）
（Ｓｉｇｍａ公司），马铃薯、麸皮粉和玉米芯粉均购自南
京近郊（麸皮粉和玉米芯粉粉碎后过 ０􀆰 １７７ ｍｍ 筛
使用），其他试剂为化学纯或分析纯试剂。
１􀆰 ３　 主要仪器
ＷＦＪ７２００型可见分光光度计，尤尼柯（上海）仪
器有限公司；ＨＶＥ ５０型高压灭菌锅，日本 Ｈｉｒａｙａｍａ
公司；ＰＹＸ ＤＨＳ ４０×５０ ＢＳ型隔水式电热恒温箱，
上海跃进医疗器械厂；ＺＱＺＹ Ｃ型震荡培养箱，上海
知楚仪器有限公司；Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆ ５８１０Ｒ 高速冷冻离心
机，德国 Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆ公司；ＢＩＯＱ ＰＨ１２高通量生物反
应器，汇合堂生物工程设备（上海）有限公司。
１􀆰 ４　 培养基
斜面培养基：马铃薯葡萄糖琼脂（ＰＤＡ）培养基。
种子培养基（ｇ ／ Ｌ）：麸皮 ５０、蔗糖 １０。
发酵培养基（ｇ ／ Ｌ）：麸皮 ４０、玉米芯 ２８􀆰 １、ＮａＮＯ３
４􀆰 ２、ＫＨ２ＰＯ４ １􀆰 ０、ＭｇＳＯ４·７Ｈ２Ｏ ０􀆰 ５、吐温 ８０ ０􀆰 ５。
以上培养基在 １２１ ℃、１０５ Ｐａ条件灭菌 １５ ｍｉｎ，
待用。
１􀆰 ５　 培养方法
１）菌种活化　 将保藏菌种接种于 ＰＤＡ 斜面培
养基中，置于 ３０ ℃恒温培养箱培养 ３ ｄ 后，接入装
有 ５０ ｍＬ种子培养基的 ２５０ ｍＬ 摇瓶中，３０ ℃、２２０
ｒ ／ ｍｉｎ培养 ２４ ｈ。
２） 菌种培养　 将培养好的种子以 ３％（体积分
数）的接种量接入 １２ 通道的 １ Ｌ 生物反应器中，装
液量为 ４００ ｍＬ，搅拌转速为 ２００ ｒ ／ ｍｉｎ，通气量为
０􀆰 ８ ｖｖｍ（１个 ｖｖｍ表示每分钟通气量与罐体实际料
液体积的比值），温度 ３０ ℃，以 ＮａＯＨ（１ ｍｏｌ ／ Ｌ）和
稀 ＨＣｌ（１ ｍｏｌ ／ Ｌ）调节发酵过程的 ｐＨ。
１􀆰 ６　 粗酶液的制备
发酵液用冷冻离心机 ５ ０００ ｒ ／ ｍｉｎ离心 １０ ｍｉｎ，
吸取上清液，即粗酶液。
１􀆰 ７　 生物量的测定
过滤法收集发酵培养物中的菌丝球，洗涤数次
后移至干燥箱中，８０ ℃恒温干燥 ２４ ｈ，称质量。
１􀆰 ８　 木聚糖酶活的测定
取适当稀释的粗酶液 ５０ μＬ，加入 ０􀆰 ４５ ｍＬ 的
０􀆰 ０５ ｍｏｌ ／ Ｌ 的柠檬酸缓冲液 （ ｐＨ ４􀆰 ８）及 １ ｍＬ、
１􀆰 ２％（质量分数）的木聚糖底物，在 ５０ ℃条件下反
应 ３０ ｍｉｎ。 木糖生成量的测定参照文献［１７］进行。
４２ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １３卷　
酶活定义（Ｕ）：在 ５０ ℃条件下反应 ３０ ｍｉｎ，每分
钟降解底物生成 １ μｍｏｌ木糖所需的酶量。
１􀆰 ９　 菌体比速率的计算
菌体的比生长率、木聚糖酶的比合成率分别用
公式 μ ＝ １
ｘ
ｄｘ
ｄｔ
、 ｑ ＝ １
ｘ
ｄｐ
ｄｔ
表示，其中 ｘ 为生物量
（ｇ ／ Ｌ），ｐ 为木聚糖酶的比酶活（Ｕ ／ ｍＬ）， ｔ 为时间
（ｈ）。 对菌体生长与木聚糖酶合成的数据进行非线
性拟合，然后对拟合数据进行微分计算，按照上述
公式求解得到不同时刻的菌株比生长速率 μ与木聚
糖酶的比合成速率 ｑ。
２　 结果与讨论
２􀆰 １　 未控制 ｐＨ条件下 Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８ 发酵
合成木聚糖酶的特性
　 　 在 １ Ｌ 高通量生物反应器中考察初始 ｐＨ 为
６􀆰 ０时菌体的发酵特征，结果如图 １所示。
图 １　 初始 ｐＨ为 ６􀆰 ０时 Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８在发酵过
程中 ｐＨ、木聚糖比酶酶活及菌体生长的变化情况
Ｆｉｇ􀆰 １　 Ｔｉｍｅ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｐＨ，ｘｙｌａｎａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｂｉｏｍａｓｓ
ｉｎ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８ ａｔ
ｉｎｉｔｉａｌ ｐＨ ｏｆ ６􀆰 ０
由图 １ 可知：菌体生长经过短暂的延滞期后很
快进入指数生长期，发酵至 ４８ ｈ 菌体生长进入稳定
期。 ２４ ｈ内菌株产木聚糖酶的能力较弱，２４ ｈ 后迅
速产酶， ９６ ｈ 时比酶活达到最大值 （ １ ６２１􀆰 ２２
Ｕ ／ ｍＬ），随后趋于稳定。 木聚糖酶活力的增长趋势
明显滞后于菌体生长，这再一次证明了黑曲霉合成
木聚糖酶的过程属于部分生长耦联型［１８］。
随后观察菌株发酵过程中 ｐＨ 的变化情况，可
发现 ｐＨ呈现先降低，后升高的趋势：在 ３６ ｈ 内，ｐＨ
由 ６􀆰 ０下降至 ２􀆰 ２，而后随着培养时间的延长，ｐＨ
缓慢上升至 ４左右。 这一现象可能是因为在发酵前
期，菌体快速生长的过程中产生大量有机酸［１６］，导
致 ｐＨ降低；随着细胞生长逐渐进入稳定期，代谢产
物积累，代谢活动降低，菌体细胞呼吸作用减弱，使
得发酵体系中 ｐＨ上升。
ｐＨ影响培养基中部分营养物质的解离状态、菌
株细胞膜的生理功能及细胞内各种酶的活性［１９］，进
而影响微生物的生长和产物的合成。
２􀆰 ２　 不同 ｐＨ条件下 Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８ 发酵合
成木聚糖酶的特性
　 　 为了进一步了解 ｐＨ对菌株生长及产酶能力的
影响，考察不同 ｐＨ 条件下菌体的生长和产酶情况
结果见图 ２。
图 ２　 不同 ｐＨ对 Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８生长及
产木聚糖酶的影响
Ｆｉｇ􀆰 ２　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐＨ ｏｎ ｔｈｅ ｃｅｌｌ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ
ｘｙｌａｎａｓｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８
由图 ２可知：ｐＨ的升高致使菌体生长及产物合
成产生延迟现象；同时，随着 ｐＨ的升高，菌体的生长
速率及生物量呈现下降趋势，然而木聚糖酶的活性则
呈现先升高后降低的趋势，在 ｐＨ 为 ４􀆰 ５ 时最高，在
ｐＨ为 ５􀆰 ０时最低。 当 ｐＨ为 ３􀆰 ５，发酵 ４８ ｈ时生物量
达到最大值（１０􀆰 ４５ ｇ ／ Ｌ），之后细胞生长进入稳定期；
木聚糖酶的合成滞后于菌体生长，在发酵至 ７２ ｈ 时
达到最大比酶活（１ ４８７􀆰 ３６ Ｕ ／ ｍＬ）。 当 ｐＨ高于 ３􀆰 ５，
细胞生长缓慢，生物量下降，木聚糖酶比酶活达到最
大值的时间相应向后推迟。 ｐＨ ４􀆰 ５ 条件下，木聚糖
酶比酶活最高（１ ９４５􀆰 ４６ Ｕ ／ ｍＬ）；但菌体生长缓慢，发
酵 ９６ ｈ木聚糖酶酶活才达到最大值，相比 ｐＨ ３􀆰 ５条
件下推迟了 ２４ ｈ。 当 ｐＨ升至 ５􀆰 ０时，细胞生长缓慢，
生物量下降，合成木聚糖酶的能力也下降。
５２　 第 １期 邢亚梅等：黑曲霉（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）发酵生产木聚糖酶的 ｐＨ调控策略
由图 ２分析可得，相对较高的 ｐＨ 更有利于菌
体合成木聚糖酶，但是过高的 ｐＨ 又不利于菌体生
长。 为了进一步研究不同 ｐＨ 条件对菌体生长及合
成木聚糖酶的影响，考察了不同 ｐＨ 条件下细胞比
生长速率和木聚糖酶比合成速率的动力学过程曲
线，结果见图 ３、图 ４。 由图 ３和图 ４可知：ｐＨ ３􀆰 ５时
细胞最大比生长速率为 ０􀆰 ２２ ｈ－１，菌体生长达到对
数生长末期［２０］（比生长速率小于 ０􀆰 ０２ ｈ－１）仅用了
３０ ｈ，相比 ｐＨ ４􀆰 ５ 时缩短了 ３４ ｈ。 当 ｐＨ 由 ３􀆰 ５ 升
至 ４􀆰 ５，菌体合成木聚糖酶的最高比速率逐渐增大，
在 ｐＨ ４􀆰 ５时达到最大（６􀆰 ９０ Ｕ ／ （ｍｇ·ｈ）），但其木聚
糖酶的比合成速率达到峰值的时间相比 ｐＨ ３􀆰 ５ 条
件下推迟了 ２４ ｈ。 当 ｐＨ 升至 ５􀆰 ０ 时，菌体比生长
速率，木聚糖酶比合成速率均偏低。 以上结果表
明，当 ｐＨ控制为 ３􀆰 ５ 时最适合菌体生长，而 ｐＨ 控
制为 ４􀆰 ５时最适合木聚糖酶的合成。
图 ３　 ｐＨ对 Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８的比生长速率的影响
Ｆｉｇ􀆰 ３　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐＨ ｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃｅｌｌ ｇｒｏｗｔｈ ｒａｔｅ
ｉｎ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８
２􀆰 ３　 Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８发酵合成木聚糖过程中
分阶段 ｐＨ控制策略的确定及验证
　 　 虽然 ｐＨ对菌体的生长和产物的合成均有显著
影响，但菌体在生长阶段和产酶阶段的最适 ｐＨ 不
同，ｐＨ ３􀆰 ５最适合菌体生长，ｐＨ ４􀆰 ５ 最适合木聚糖
酶的合成，而在 ｐＨ ４􀆰 ５条件下菌体生长和产物合成
均表现出明显的延迟现象，木聚糖酶酶活达到最高
值的时间过长。 为了进一步提高木聚糖酶的生产
水平，针对性提出两阶段 ｐＨ控制策略：发酵 ０～３０ ｈ，
图 ４　 ｐＨ对 Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８合成
木聚糖酶的比合成速率的影响
Ｆｉｇ􀆰 ４　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐＨ ｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｘｙｌａｎａｓｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｒａｔｅ ｉｎ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８
控制 ｐＨ为 ３􀆰 ５，以缩短细胞生长延滞期并促进菌体
生长；３０ ｈ至发酵结束控制 ｐＨ 为 ４􀆰 ５，利于细胞合
成木聚糖酶，从而提高木聚糖酶的活力和生产强
度，结果见图 ５。
图 ５　 分阶段控制 ｐＨ对 Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８
产酶及生长的影响
Ｆｉｇ􀆰 ５　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐＨ ｓｈｉｆｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｘｙｌａｎａｓｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ａｎｄ ｃｅｌｌ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８
由图 ５可知：采用分阶段 ｐＨ 调控策略，显著提
高了菌株合成木聚糖酶的能力。 在两阶段 ｐＨ 调控
模式下，在 ４８ ｈ时，菌体达到生物量最大值，比恒定
ｐＨ ４􀆰 ５ 模式下提前 ２４ ｈ；最终，木聚糖酶比酶活
（２ ２２３􀆰 ３８ Ｕ ／ ｍＬ）和生产强度（２６􀆰 ４７ Ｕ ／ （ｍＬ·ｈ））
比恒定 ｐＨ ４􀆰 ５ 模式下分别提高了 １４􀆰 ３％和 ３０􀆰 ６％
（表 １）。
表 １　 两阶段 ｐＨ控制策略与恒定 ｐＨ ４􀆰 ５模式下发酵参数
Ｔａｂｌｅ １　 Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｘｙｌａｎａｓｅ ｆｅｒｍｅｎｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｐＨ ４􀆰 ５ ａｎｄ ｉｎ ｐＨ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ
ｐＨ策略 生物量 ／（ｇ·Ｌ－１）
木聚糖酶比酶活 ／
（Ｕ·ｍＬ－１）
木聚糖酶生产强度 ／
（Ｕ·ｍＬ－１·ｈ－１）②
恒定 ｐＨ ４􀆰 ５ ８􀆰 ８９ １ ９４５􀆰 ４６ ２０􀆰 ２７
两阶段 ｐＨ控制① １０􀆰 ３４ ２ ２２３􀆰 ３８ ２６􀆰 ４７
　 　 　 　 　 注：①—０～３０ ｈ，ｐＨ ３􀆰 ５；３０～１２０ ｈ，ｐＨ ４􀆰 ５。 ②—木聚糖酶生产强度＝木聚糖酶比酶活 ／发酵时间。
６２ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １３卷　
３　 结论
本文详细分析了木聚糖酶发酵过程中 ｐＨ 对
Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８菌体生长及产木聚糖酶能力的
影响，结果表明：菌体生长的最适 ｐＨ 与木聚糖酶合
成的最适 ｐＨ 不同，分别为 ３􀆰 ５ 和 ４􀆰 ５。 在此基础
上，为进一步提高木聚糖酶的生产效率，针对性地
提出了两阶段 ｐＨ 调控策略：０ ～ ３０ ｈ 控制 ｐＨ 为
３􀆰 ５，３０ ｈ后控制 ｐＨ为 ４􀆰 ５。 通过该策略，木聚糖酶
比酶活和生产强度比恒定 ｐＨ ４􀆰 ５ 模式下分别提高
了 １４􀆰 ３％和 ３０􀆰 ６％。
基于两阶段 ｐＨ 控制策略，Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ｄ０８
合成木聚糖酶的能力显著提高，为后续研究酶的分
离纯化、酶学性质及酶分子的定向改造奠定了基
础，并有利于木聚糖酶的规模化生产应用。
参考文献：
［ １ ］　 Ｐｏｌｉｚｅｌｉ Ｍ，Ｒｉｚｚａｔｔｉ Ａ Ｃ Ｓ，Ｍｏｎｔｉ Ｒ，ｅｔ ａｌ．Ｘｙｌａｎａｓｅｓ ｆｒｏｍ ｆｕｎｇｉ：
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ［ Ｊ］ ． Ａｐｐｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ ａｎｄ
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（责任编辑　 荀志金）
７２　 第 １期 邢亚梅等：黑曲霉（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）发酵生产木聚糖酶的 ｐＨ调控策略