全 文 ：　2004年 6月 重 庆 大 学 学 报 Jun.2004　
第 27卷第 6期 Journal of Chongqing Universi ty Vol.27　No.6
　　文章编号:1000-582X(2004)06-0048-03
苎麻脱胶过程中木聚糖酶最佳作用条件探讨①
肖　丽 ,王贵 学 ,陈 国娟
(1.重庆大学 生物工程学院 ,重庆　400030;2.重庆大学 应用生物技术研究中心 ,重庆　400030)
摘　要:采用均匀试验设计方法 ,讨论了木聚糖酶在苎麻脱胶过程中 ,温度 、pH 值和酶浓度对其酶
活力的影响 。通过回归分析 ,得到回归方程和最适酶作用条件:当 pH=9.0 ,酶液=51 mL(即生苎麻/g∶
酶液/mL =1∶17),温度=50 ℃时 , Y 即残胶率是 17.629%。经过微量稀碱处理后 ,残胶率下降到2%左
右 ,达到纺织工业的要求 。
关键词:木聚糖酶;苎麻;脱胶
　　中图分类号:Q556 文献标识码:A
　　木聚糖是植物细胞壁的主要成分之一 ,也是半纤
维素的主要成分 。除纤维素外 ,它是自然界中最为丰
富的多糖 。木聚糖的基本结构单元是由 β -1 , 4 或
β-1 ,3糖苷键连接的多聚木糖链 ,在 D-木糖的第二
位氧上连接有 D-葡萄糖醛酸或 4-O-甲基葡萄糖
醛酸或在第三位氧上连接有 L-阿拉伯呋喃糖 。有些
木聚糖还在第二或第三位氧上发生乙酰化[ 1] 。通常
情况下 ,木聚糖以异质多糖形式存在并与纤维素结合
在一起 。木聚糖酶是木聚糖的专一降解酶 ,属于水解
酶类 ,包括内切木聚糖酶 、外切木聚糖酶和木糖苷酶三
种 ,对降解自然界大量存在的半纤维素起着重要作
用[ 2] 。它们不但可以降解木聚糖生成木糖 ,而且能以
农作物残渣中的半纤维素为原料生产经济价值较高的
产品 。
苎麻微生物脱胶的原理是利用筛选的脱胶菌发酵
产生脱胶酶(其主要酶系是果胶酶系和木聚糖酶系),
作用于苎麻 ,酶降解苎麻中的胶质 ,分解为可溶于水的
小分子物质 ,获得分离的纤维束。由于木聚糖是苎麻
纤维胶质半纤维素中的主要成分之一 ,木聚糖酶是苎
麻酶脱胶的关键酶之一。笔者从苎麻脱胶角度 ,确定
筛选的脱胶菌株芽孢杆菌 B― 11-3 产生的木聚糖酶
的酶作用的最佳条件并对条件进行优化 。该菌株产生
的木聚糖酶酶活高达 1 622.506 U/mL ,超过已报道的
用于苎麻脱胶的半纤维素类酶酶活力的 10 余
倍[ 3-7 ] ,在苎麻酶脱胶过程中有较好的应用前景。
1　材料和方法
1.1　菌种
本实验室从土壤中筛选得到的木聚糖酶高产脱胶
菌株 。
1.2　木聚糖酶活的测定
按 DNS 方法测定[ 8] 。 3.0 mL 反应液中含有
1.0 mL1.0%的木聚糖溶液 ,0.2 mL 适当稀释的木聚
糖酶酶液及 1.8 mL 磷酸缓冲溶液(pH7.0), 50℃反应
15 min , 然后加入 2 mLDNS ,煮沸 10 min ,冷却后定
容至 10 mL ,测定 550 nm 处试样的吸光度 Ax 。以木
糖为标准 ,在上述条件下 ,每分钟产生 1 μmol还原糖
所需酶量定义为 1个酶活力单位。
1.3　培养基和培养方法
1)菌种活化。将 3株菌种接种于 LB 固体培养
基 ,35 ℃倒置培养。48 h后 ,挑取单菌落于 LB 液体
培养基中 ,35 ℃静止培养 36 h。LB液体培养基:蛋白
胨 1%;酵母膏 0.5%;氯化钠 1%;pH 7 。LB固体培
养基是在液体培养基中加入 2%琼脂 。
2)摇瓶培养。于 250 mL 三角瓶中装入 150 mL
发酵培养基 ,在 1.05 kg/cm2 , 121.3 ℃条件下灭菌
20 min ,冷却 ,在超净工作台上按 5%的接种量接种 ,
置于摇床中 ,35℃,170 rpm ,振荡培养 30 h。
发酵培养基:甘薯粉 4%,面粉 4%,魔芋粉和豆粉
(4∶1)4%,尿素 0.05%,硫酸铵 0.5%,硝酸铵0.5%,
① 收稿日期:2004-03-22
基金项目:重庆市科委应用基础研究基金资助项目(7975);重庆江津市锦丰麻业有限公司资助项目
作者简介:肖丽(1977-), 女 ,四川成都人 , 重庆大学硕士研究生 , 主要从事生物工程领域的研究。
氯化钾 1.0%,磷酸二氢钾 0.4%,自然 pH 。
3)酶促反应。按照实验设计 ,在装有苎麻的锥形
瓶加入发酵产物 ,进行苎麻酶脱胶实验 。各条件下反
应 8 h后 ,停止反应 ,倒出酶液 ,往锥形瓶中放入清水 ,
置于50 ℃水中保温3 h ,取出苎麻 ,清洗 ,烘干 ,测残胶率。
苎麻的预处理:将生苎麻放入 100 ℃水中煮
30 min ,取出 ,滤去大部分的水 ,再放入烘箱中 24 h备
用。
1.4　残胶率的测定方法
根据国家标准 GB5889-86测定苎麻的残胶率。
所谓残胶率是指生苎麻在脱胶后 ,剩余胶质占生苎麻
总胶质含量的比率。
1.5　均匀设计和优化
1)制定因素水平表 。
考虑了温度 、pH 值 、酶浓度 3个因素对酶作用过
程的影响 ,如表 1 。
表 1　因素 、水平表
水平 温度/ ℃ pH 酶的浓度(浴比)苎麻(g)∶酶液(mL)
1 25 3.5 1∶5　
2 30 4.0 1∶8　
3 35 4.5 1∶11
4 40 5.0 1∶14
5 45 5.5 1∶17
6 50 6.0 1∶20
7 6.5 1∶23
8 7.0 1∶26
9 7.5 1∶29
10 8.0 1∶32
11 8.5 1∶35
12 9.0 1∶38
　　2)选择均匀设计表 U12(122×6),安排实验 ,如表 2。
表 2　U12(122×6)均匀设计表与残胶率测定结果
处理号 pH 值 酶的浓度(浴比)生苎麻(g)∶酶液(mL)
温　度
/ ℃
残胶率
/ %
1 1(3.5) 6(3∶60) 4(40) 20.640±0.210
2 2(4.0) 12(3∶114) 2(30) 20.880±0.980
3 3(4.5) 5(3∶51) 6(50) 20.945±0.075
4 4(5.0) 11(3∶105) 3(35) 20.240±0.470
5 5(5.5) 4(3∶42) 1(25) 20.510±0.690
6 6(6.0) 10(3∶96)　 5(45) 19.806±0.776
7 7(6.5) 3(3∶33) 2(30) 20.465±0.635
8 8(7.0) 9(3∶87) 6(50) 19.470±0.460
9 9(7.5) 2(3∶24) 4(40) 19.895±0.425
10 10(8.0) 8(3∶78) 1(25) 20.715±0.355
11 11(8.5) 1(3∶15) 5(45) 18.625±0.835
12 12(9.0) 7(3∶69) 3(35) 19.360±0.670
2　试验结果
2.1　温度对酶作用的影响
图1表示了温度对酶作用的影响:随着温度的升
高 ,残胶率在下降。在 45 ℃时 ,残胶率达到最低值
19.216%。
图 1　温度对酶作用的影响
2.2　pH 值对酶作用过程的影响
图 2表示的是酶作用过程中 ,不同 pH 值与残胶
率的关系 。从图的趋势可以看出:酶在碱性条件下 ,作
用能力较强。当 pH 值为 8.5时 ,残胶率达到最低值
18.625%。
图 2　pH 对酶作用的影响
2.3　酶浓度对酶作用的影响
图 3表示的是木聚糖酶酶浓度对酶作用能力的影
响。在实验过程中 ,酶浓度是用生苎麻和酶液的浴比
来表示的。从图上可以看到:浴比是 1∶5时 ,残胶率最
低是 18.625%;随着浴比的增加 ,残胶率有上升趋势
但在 1∶23和 1∶29时又出现低点。
3　讨论和分析
1)温度对酶作用的影响 。
随着温度的升高 ,酶活力增加 ,结果是残胶率下
降。在 45 ℃时 ,残胶率最低是 19.216%。当温度继
续上升时 ,残胶率不再下降 ,相反有上升趋势 。这说明
温度升高时会降低酶活力 ,木聚糖酶有个最佳作用温
度。
2)pH 值对酶作用的影响。
49第 27 卷第 6 期　　　　　　　　　　肖　丽 等:　苎麻脱胶过程中木聚糖酶最佳作用条件探讨
图 3　酶浓度对酶作用的影响
酶在碱性条件下 ,活力较高 ,表现为残胶率低 。当
pH值为 8.5 时 ,残胶率达到最低值 18.625%。而该
点的温度是 45 ℃,浴比是 1∶5 。当 pH 值再增加时 ,残
胶率又上升 ,这可能是酶活力随 pH值的升高而降低 。
3)酶浓度对酶作用能力的影响。
在实验过程中 ,酶浓度是用生苎麻和酶液的浴比
来表示的。在较低浴比时 ,残胶率低。随着浴比的增
加 ,残胶率有上升趋势 ,但在 1∶23和 1∶29时又出现低
点 ,残胶率分别是 19.36和 19.47 。但是 ,在这两种情
况下 ,前者的温度是 50 ℃,而后者的 pH 值是9.0 。因
此这两点的残胶率低也可能是由于温度和 pH 值的缘
故。
4)均匀设计试验的结果分析 。
对表 2中的实验结果 ,用 DPS生物统计软件对其
进行逐步回归分析 ,依次引入一次项 、二次项和交互
项 ,比较得到适当的回归方程 ,如下:
Y =13.184 0 +1.750 6X 1 -0.013 7X 2 +
0.171 5X 3-0.067 7X21 +0.000 1X22 -0.031 4X1＊X 3
Y 为残胶率(%), X 1为 pH 值 , X 2为酶液量(mL), X 3
为温度(℃)
　　该回归方程的相关系数均为 0.952 ,回归方程达
到极显著水平。
由该回归方程可得到预测极值点:pH =9.0 ,
酶液=51(即浴比是 1∶17),温度=50℃。在该条件下 ,
Y 即残胶率是 17.629%。
参考文献:
[ 1] 　怀文辉 ,何秀萍 , 郭文杰 ,等.微生物木聚糖酶研究进展及
应用前景[ J] .微生物学通报 , 2000 , 27(2):137-139.
[ 2] 　石军 ,陈安国.木聚糖酶生产与应用研究进展[ J] .饲料工
业 , 2001 , 22(9):40-43.
[ 3] 　BRUHLMANN F , LEUPIN M , ERISMANN K H , et al.
Enzyma tic degumming of ramie bast fibers[ J] .Journal of
bio technology , 2000 , 76(1):43-50.
[ 4 ] 　 CAO JUNWEI , ZHENG LIANSHUANG , CHEN
SHUYUN.Screening of pectinase producer from alkalophilic
bacteria and study on its potential application in degumming of
ramie[ J] .Enzyme &Microbial Technology , 1992 , 14(12):
1 013-1 016.
[ 5] 　KAPOOR M , BEG Q K , BHUSHAN B , et al.Application
of an alkaline and thermostable polyg alacturonase from Bacil-
lus sp.MG -cp -2 in degumming of ramie(Boehmeria
nivea) and sunn hemp(Cro talaria juncea)bast fibres[ J] .
Process biochemistry , 2001 , 36 (8/9):803-807.
[ 6] 　罗强 ,孙启玲 , 张兴宇 ,等.甘露聚糖酶菌株的复合诱变选
育及发酵条件的优化[ J] .四川大学学报(自然科学版),
2003 , 40(1):131-134.
[ 7] 　陈一平 ,龙健儿 ,廖连华 , 等.芽孢杆菌 M50 产生 β-甘露
聚糖酶的条件研究[ J] .微生物学报 , 2000 , 40(1):62-
68.
[ 8] 　李彩霞 ,房桂干 ,刘书钗.木聚糖酶活测定方法[ J] .纸和
造纸 , 2001 , 1:60-61.
Preliminary Study of the Optimum Working Conditions on Xylanse
During Process of Ramie Degumming
XIAO Li , WANGGui-xue , CHENGuo-juan
(1.College of Bioengineering , Chongqing University , Chongqing 400030 , China;
2.Research Center of Applied Biotechnology , Chongqing University , Chongqing 400030 , China)
Abstract:Effects of temperature , pH and concentration of the xylanase on the enzyme activity of the st rain of B-11-
3 by w ith the uniform experimental design.Through stepw ise reg reesion , a regression equation and the optimum
working conditions of the enzyme are obtained pH is 9.0;the volume of the enzyme is 51 mL(ramie/g∶enzyme/mL
=1∶17);the temperature is 50 ℃;and the residual gum rate of the ramie fibers af ter degumming is 17.63%.The
residual gum rate of the ramie fibers af ter degumming wi th low concentration NaOH solution is over 2%, which is be
up to the require of spinning indust ry .
Key words:xy lanase;ramie;degumming
(编辑　姚　飞)
50 重 庆 大 学 学 报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2004 年