Production of lignocellulolytic enzymatic complex using pretreated carnauba straw as carbon source and application on sugarcane bagasse hydrolysis

• DOI: 10.1007/s13399-020-00815-w
• Publication Date: 2020-06-18T02:02:16Z
• Authors: Francinaldo Leite...; Emilianny Rafaely...; Ana Laura Oliveir...; Everaldo Silvino ...
• Keywords: 0106 biological sciences; Pulp and paper industry; Lignocellulosic Biomass; Biomedical Engineering; FOS: Medical engineering; Biochemistry; 01 natural sciences; 7. Clean energy; 630; Bagasse; Food science; Engineering; Biochemistry, Genetics and Molecular Biology; Carnauba; Cellulolytic enzymes; Molecular Biology; Biology; 0105 earth and related environmental sciences; 2. Zero hunger; Xylanase; Hydrolysis; Metabolic Engineering and Synthetic Biology; Life Sciences; Straw; 600; Agronomy; Biofuel Production; Chemistry; Solid state fermentation; Catalytic Conversion of Biomass to Fuels and Chemicals; Enzymatic hydrolysis; Enzyme; Physical Sciences; Carbon source; Technologies for Biofuel Production from Biomass; Pretreatment; Inorganic chemistry; Biotechnology

تتمتع إنزيمات Lignocellulolytic بإمكانات تكنولوجية حيوية كبيرة. وقد ازداد استغلالهم التجاري بشكل كبير في السنوات الأخيرة. ومع ذلك، فإن تطبيقه الصناعي في تحويل الكتلة الحيوية الليجنوسلولوزية إلى وقود حيوي يعتمد على تطوير عمليات وتقنيات أكثر اقتصادا لإنتاج إنزيم الليجنوسلولوزية. في هذه الدراسة، تم تحسين إنتاج السليولاز والزيلاناز بواسطة إنتاج Trichoderma reesei CCT -2768 الناجم عن قش الكرنوبا المعالج مسبقًا مع بيروكسيد الهيدروجين القلوي (A - HP) وتم تطبيق مستخلصه الخام المنتج في التحلل المائي الأنزيمي لقصب قصب السكر. هنا، تم تنفيذ ثلاثة شروط تتكون من تغيير التحميل الصلب، ووقت المعالجة المسبقة، وتركيز بيروكسيد الهيدروجين. تم قياس أنشطة FPase و CMCase و xylanase و β - glucosidase للمستخلصات الخام المنتجة. كان لقش الكرنوبا المعالج مسبقًا إنتاج أعلى من السليولاز الكلي (2.4 ميكروغرام من الركيزة الجافة) وإنزيمات الزيلاناز (172 ميكروغرام من الركيزة الجافة). سمحت السليولات المنخفضة (8.0 وحدة/جم من الركيزة الجافة) وشحنات الزيلانيز العالية (544 وحدة/جم من الركيزة الجافة) الموجودة في المستخلص المنتج والمطبقة في التحلل المائي لقصب قصب السكر المعالج مسبقًا بكفاءة تحلل مائي تبلغ 86.96 ٪. يمكن أن يمثل إنتاج إنزيم lignocellulolytic في الموقع تقدمًا ذا صلة في المستقبل في عملية التحلل المائي الأنزيمي لخفض التكلفة الإجمالية للمواد lignocellulosic.<br/>Les enzymes lignocellulolytiques ont un grand potentiel biotechnologique. Leur exploitation commerciale a considérablement augmenté ces dernières années. Cependant, son application industrielle dans la conversion de la biomasse lignocellulosique en biocarburants dépend du développement de procédés et de technologies plus économiques pour la production d'enzymes lignocellulolytiques. Dans cette étude, l'amélioration des cellulases et des xylanases par la production de Trichoderma reesei CCT-2768 induite par la paille de carnauba prétraitée au peroxyde d'hydrogène alcalin (A-HP) a été réalisée et son extrait brut produit a été appliqué dans l'hydrolyse enzymatique de la bagasse de canne à sucre. Ici, trois conditions ont été réalisées consistant à modifier la charge solide, le temps de prétraitement et la concentration de peroxyde d'hydrogène. Les activités FPase, CMCase, xylanase et β-glucosidase des extraits bruts produits ont été mesurées. La paille de carnauba prétraitée avait une production plus élevée d'enzymes cellulase totale (2,4 U/g de substrat sec) et xylanase (172 U/g de substrat sec). Les faibles cellulases (8,0 U/g de substrat sec) et les charges élevées en xylanase (544 U/g de substrat sec) présentes dans l'extrait produit et appliquées dans l'hydrolyse de la bagasse de canne à sucre prétraitée ont permis une efficacité d'hydrolyse de 86,96 %. La production d'enzymes lignocellulolytiques in situ peut représenter une avancée importante à l'avenir dans le processus global d'hydrolyse enzymatique des matériaux lignocellulosiques réduisant les coûts.<br/>Las enzimas lignocelulolíticas tienen un gran potencial biotecnológico. Su explotación comercial se ha incrementado considerablemente en los últimos años. Sin embargo, su aplicación industrial en la conversión de biomasa lignocelulósica en biocombustibles depende del desarrollo de procesos y tecnologías más económicas para la producción de enzimas lignocelulolíticas. En este estudio se realizó la mejora de celulasas y xilanasas por producción de Trichoderma reesei CCT-2768 inducida por paja de carnauba pretratada con peróxido de hidrógeno alcalino (A-HP) y se aplicó su extracto crudo producido en la hidrólisis enzimática de bagazo de caña de azúcar. En la presente, se llevaron a cabo tres condiciones que consisten en cambiar la carga de sólidos, el tiempo de pretratamiento y la concentración de peróxido de hidrógeno. Se midieron las actividades FPasa, CMCasa, xilanasa y β-glucosidasa de los extractos brutos producidos. La paja de carnauba pretratada tuvo una mayor producción de enzimas celulasa total (2,4 U/g de sustrato seco) y xilanasa (172 U/g de sustrato seco). Las bajas celulasas (8.0 U/g de sustrato seco) y las altas cargas de xilanasa (544 U/g de sustrato seco) presentes en el extracto producido y aplicadas en la hidrólisis de bagazo de caña de azúcar pretratado permitieron una eficiencia de hidrólisis del 86.96%. La producción de enzimas lignocelulolíticas in situ puede representar un avance relevante en el futuro en el proceso general de hidrólisis enzimática reductora de costos de materiales lignocelulósicos.<br/>Lignocellulolytic enzymes have a great biotechnological potential. Their commercial exploitation has been considerably increased in recent years. However, its industrial application in the conversion of lignocellulosic biomass to biofuels depends on the development of more economical processes and technologies for the lignocellulolytic enzyme production. In this study, the improvement of cellulases and xylanases by Trichoderma reesei CCT-2768 production induced by pretreated carnauba straw with alkaline hydrogen peroxide (A-HP) was performed and its crude extract produced was applied in the enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse. Herein, three conditions were carried out consisting of changing solid loading, pretreatment time, and hydrogen peroxide concentration. The FPase, CMCase, xylanase, and β-glucosidase activities of produced crude extracts were measured. Pretreated carnauba straw had a higher production of total cellulase (2.4 U/g dry substrate) and xylanase (172 U/g dry substrate) enzymes. The low cellulases (8.0 U/g dry substrate) and high xylanase charges (544 U/g dry substrate) present in the produced extract and applied into pretreated sugarcane bagasse hydrolysis allowed a hydrolysis efficiency of 86.96%. The in situ lignocellulolytic enzyme production can represent a relevant advance in the future in overall cost reducing enzymatic hydrolysis process of lignocellulosic materials.<br/>