Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tương tác giữa hỗn hợp enzyme thô từ Cladosporium cladosporioides Ch2-2 thích nghi với môi trường lạnh với xylanase thương mại, đạt được năng suất đường cao với chi phí thấp
Tóm tắt
Hiệu suất và chi phí của các enzyme lignocellulosic hiện nay vẫn hạn chế sản xuất ethanol từ cellulose quy mô lớn trong công nghiệp. Lignin còn lại sau quá trình xử lý làm giảm nghiêm trọng hoạt động của các hydrolase polisaccharide và sự thủy phân của holocellulose. Nếu chúng ta bao gồm enzyme ligninase tham gia vào quá trình phân giải lignin trong sự kết hợp enzyme hydrolase, chủ yếu bao gồm laccase, mangan peroxidases (MnP) và lignin peroxidase (LiP), điều này có thể làm tăng đáng kể năng suất đường lên men. Hệ thống enzyme lignocellulosic tâm lý lạnh của Cladosporium cladosporioides Ch2-2 bao gồm ligninase và hydrolase polisaccharide đã phù hợp cho việc tẩy lignin chọn lọc và thủy phân hiệu quả sinh khối với khả năng thích ứng nhiệt độ rộng. Laccase đã tinh khiết hoạt động tối ưu ở 15°C và pH 3.5, thể hiện độ ổn định nhiệt cao trong một khoảng nhiệt độ rộng (từ 4 đến 40°C). Ngoài ra, peroxidase không phụ thuộc mangan (MIP), một loại ligninase đặc biệt có khả năng oxy hóa dimethyl phthalate (DMP) trong điều kiện không có H2O2 và Mn2+, hoạt động tối ưu ở 20°C và pH 2.5, thể hiện độ ổn định nhiệt cao trong một khoảng nhiệt độ rộng (4 và 28°C), bị ức chế hoàn toàn bởi Fe2+ và không bị ảnh hưởng cơ bản bởi EDTA. Sự cộng hưởng giữa enzyme thô Ch2-2 và xylanase thương mại rõ ràng đã cải thiện thủy phân sinh khối, có thể thay thế hỗn hợp cellulase thương mại đắt tiền. Giá trị tối đa của mức độ tương tác đạt 4.7 tại 28°C, dẫn đến 10.1 mg/mL đường khử. Hệ thống enzyme tâm lý lạnh của C. cladosporioides Ch2-2 với cơ chế tương tác khác nhau có tiềm năng lớn để cải thiện thủy phân sinh khối ở nhiệt độ trung hòa và thấp. Phạm vi ứng dụng của cocktail enzyme lignocellulosic có thể được mở rộng đáng kể bằng cách tối ưu hóa điều kiện hoạt động cụ thể với các đặc tính của ligninase.
Từ khóa
#enzyme lignocellulosic #Cladosporium cladosporioides #enzym thô #năng suất đường #ligninase #thủy phân sinh khốiTài liệu tham khảo
Petersen AM, Aneke MC, Görgens JF: Techno-economic comparison of ethanol and electricity coproduction schemes from sugarcane residues at existing sugar mills in Southern Africa. Biotechnol Biofuels. 2014, 7: 105-10.1186/1754-6834-7-105.
Yuan WJ, Chang BL, Ren JG, Liu JP, Bai FW, Li YY: Consolidated bioprocessing strategy for ethanol production from Jerusalem artichoke tubers by Kluyveromyces marxianus under high gravity conditions. J Appl Microbiol. 2012, 112: 38-44. 10.1111/j.1365-2672.2011.05171.x.
Dyk VJS, Pletschke BI: A review of lignocellulose bioconversion using enzymatic hydrolysis and synergistic cooperation between enzymes-Factors affecting enzymes, conversion and synergy. Biotechnol Adv. 2012, 30: 1458-1480. 10.1016/j.biotechadv.2012.03.002.
Hu J, Arantes V, Saddler JN: The enhancement of enzymatic hydrolysis of lignocellulosic substrates by the addition of accessory enzymes such as xylanase: is it an additive or synergistic effect?. Biotechnol Biofuels. 2011, 4: 1-14. 10.1186/1754-6834-4-1.
Hu J, Arantes V, Pribowo A, Saddler JN: The synergistic action of accessory enzymes enhances the hydrolytic potential of a “cellulase mixture” but is highly substrate specific. Biotechnol Biofuels. 2013, 6: 112-10.1186/1754-6834-6-112.
Schilling JS, Tewalt JP, Duncan SM: Synergy between pretreatment lignocellulose modifications and saccharification efficiency in two brown rot fungal systems. Appl Microbiol Biotechnol. 2009, 84: 465-475. 10.1007/s00253-009-1979-7.
Chiranjeevi T, Rani G, Chandel AK, Sekhar PVS, Prakasham RS, Addepally U: Optimization of holocellulolytic enzymes production by Cladosporium cladosporioides using taguchi-L’16 orthogonal array. J Biobased Mater Bioenergy. 2012, 6: 148-157. 10.1166/jbmb.2012.1201.
Chiaramonti D, Prussi M, Ferrero S, Oriani L, Ottonello P, Torre P, Cherchi F: Review of pretreatment processes for lignocellulosic ethanol production, and development of an innovative method. Biomass Bioenergy. 2012, 46: 25-35. 10.1016/j.biombioe.2012.04.020.
Berlin A, Balakshin M, Gilkes N, Kadla J, Maximenko V, Kubo S, Saddler J: Inhibition of cellulase, xylanase and β-glucosidase activities by softwood lignin preparations. J Biotechnol. 2006, 125: 198-209. 10.1016/j.jbiotec.2006.02.021.
Grabber JH, Mertens DR, Kim H, Funk C, Lu F, Ralph J: Cell wall fermentation kinetics are impacted more by lignin content and ferulate cross-linking than by lignin composition. J Sci Food Agr. 2008, 89: 122-129. 10.1002/jsfa.3418.
Al-Zuhair S, Ahmed K, Abdulrazak A, El-Naas MH: Synergistic effect of pretreatment and hydrolysis enzymes on the production of fermentable sugars from date palm lignocellulosic waste. J Ind Eng Chem. 2013, 19: 413-415. 10.1016/j.jiec.2012.09.022.
Jong E, Field JA, de Bont JAM: Evidence for a new extracellular peroxidase Manganese-inhibited peroxidase from the white-rot fungus Bjerkandera sp. BOS 55. Febs Lett. 1992, 299: 107-110. 10.1016/0014-5793(92)80111-S.
Palma C, Martinez AT, Lema JM, Martinez MJ: Different fungal manganese-oxidizing peroxidases: a comparison between Bjerkandera sp. and Phanerochaete chrysosporium. J Biotechnol. 2000, 77: 235-245. 10.1016/S0168-1656(99)00218-7.
Paszczyński A, Huynh VB, Crawford R: Comparison of ligninase-I and peroxidase-M2 from the white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium. Arch Biochem Biophys. 1986, 244: 750-765. 10.1016/0003-9861(86)90644-2.
Kuwahara M, Glenn JK, Morgan MA, Gold MH: Separation and characterization of two extracelluar H2O2-dependent oxidases from ligninolytic cultures ofPhanerochaete chrysosporium.Febs Lett 1984, 169:247–250.,
Tuisel H, Sinclair R, Bumpus JA, Ashbaugh W, Brock BJ, Aust SD: Lignin peroxidase H2 from Phanerochaete chrysosporium: purification, characterization and stability to temperature and pH. Arch Biochem Biophys. 1990, 279: 158-166. 10.1016/0003-9861(90)90476-F.
Aslma MS, Aishy A, Samra ZQ, Gull I, Athar MA: Identification, purification and characterization of a novel extracellular laccase from Cladosporium cladosporioioes. Biotechnol Biotec EQ. 2012, 26: 3345-3350. 10.5504/BBEQ.2012.0107.
Halaburgi VM, Sharma S, Sinha M, Singh TP, Karegoudar TB: Purification and characterization of a thermostable laccase from the ascomycetes Cladosporium cladosporioides and its applications. Process Biochem. 2011, 46: 1146-1152. 10.1016/j.procbio.2011.02.002.
Vijaykumar MH, Veeranagouda Y, Neelakanteshwar K, Karegoudar TB: Decolorization of 1: 2 metal complex dye Acid blue 193 by a newly isolated fungus, Cladosporium cladosporioides. World J Microbiol Biotechnol. 2006, 22: 157-162. 10.1007/s11274-005-9013-4.
Bonugli-Santos RC, Durrant LR, Da Silva M, Sette LD: Production of laccase, manganese peroxidase and lignin peroxidase by Brazilian marine-derived fungi. Enzym Microb Technol. 2010, 46: 32-37. 10.1016/j.enzmictec.2009.07.014.
Duncan SM, Farrell RL, Thwaites JM, Held BW, Arenz BE, Jurgens JA, Blanchette RA: Endoglucanase-producing fungi isolated from Cape Evans historic expedition hut on Ross Island, Antarctica. Environ Microbiol. 2006, 8: 1212-1219. 10.1111/j.1462-2920.2006.01013.x.
Margesin R, Schinner F: Properties of cold-adapted microorganisms and their potential role in biotechnology. J Biotechnol. 1994, 33: 1-14. 10.1016/0168-1656(94)90093-0.
Kasana RC, Gulati A: Cellulases from psychrophilic microorganisms: a review. J Basic Microb. 2011, 51: 572-579. 10.1002/jobm.201000385.
Hamid B, Rana RS, Chauhan D, Singh P, Mohiddin FA, Sahay S, Abidi I: Psychrophilic yeasts and their biotechnological applications-a review. Afr J Biotechnol. 2014, 13: 2188-2197.
Fan H, Yang JS, Gao TG, Yuan HL: Removal of a low-molecular basic dye (Azure Blue) from aqueous solutions by a native biomass of a newly isolated Cladosporium sp.: kinetics, equilibrium and biosorption simulation. J Taiwan Inst Chem Eng. 2012, 43: 386-392. 10.1016/j.jtice.2011.11.001.
Han Y, Chen H: Improvement of corn stover bioconversion efficiency by using plant glycoside hydrolase. Bioresour Technol. 2011, 102: 4787-4792. 10.1016/j.biortech.2011.01.015.
Sticklen MB: Plant genetic engineering for biofuel production: towards affordable cellulosic ethanol. Nat Rev Genet. 2008, 9: 433-443. 10.1038/nrg2336.
Dong XQ, Yang JS, Zhu N, Wang ET, Yuan HL: Sugarcane bagasse degradation and characterization of three white-rot fungi. Bioresour Technol. 2013, 131: 443-451. 10.1016/j.biortech.2012.12.182.
Zhang J, Moilanen U, Tang M, Viikari L: The carbohydrate-binding module of xylanase from Nonomuraea flexuosa decreases its non-productive adsorption on lignin. Biotechnol Biofuels. 2013, 6: 1-8. 10.1186/1754-6834-6-1.
Gerday C, Aittaleb M, Bentahir M, Chessa JP, Claverie P, Collins T, D’Amico S, Dumont J, Garsoux G, Georlette D, Hoyoux A, Lonhienne T, Meuwis MA, Feller G: Cold-adapted enzymes: from fundamentals to biotechnology. Trends Biotechnol. 2000, 18: 103-107. 10.1016/S0167-7799(99)01413-4.
Shi H, Zhang Y, Li X, Huang Y, Wang L, Wang Y, Ding H, Wang F: A novel highly thermostable xylanase stimulated by Ca2+fromThermotoga thermarum: cloning, expression and characterization.Biotechnol Biofuels 2013, 6:26.,
Rosgaard L, Pedersen S, Cherry JR, Harris P, Meyer AS: Efficiency of new fungal cellulase systems in boosting enzymatic degradation of barley straw lignocellulose. Biotechnol Prog. 2006, 22: 493-498. 10.1021/bp050361o.
Brunecky R, Alahuhta M, Xu Q, Donohoe BS, Crowley MF, Kataeva IA, Yang SJ, Resch MG, Adams MWW, Lunin VV, Himmel ME, Bomble YJ: Revealing nature’s cellulase diversity: the digestion mechanism of Caldicellulosiruptor bescii CelA. Science. 2013, 342: 1513-1516. 10.1126/science.1244273.
Srebotnik E, Hammel KE: Degradation of nonphenolic lignin by the laccase/1-hydroxybenzotriazole system. J Biotechnol. 2000, 81: 179-188. 10.1016/S0168-1656(00)00303-5.
Dias AA, Freitas GS, Marques GSM, Sampaio A, Fraga IS, Rodrigues MAM, Evtuguin DV, Bezerra RMF: Enzymatic saccharification of biologically pre-treated wheat straw with white-rot fungi. Bioresour Technol. 2010, 101: 6045-6050. 10.1016/j.biortech.2010.02.110.
Salvachúa D, Martínez AT, Tien M, López-Lucendo MF, García F, Ríos V, Martínez MJ, Prieto A: Differential proteomic analysis of the secretome of Irpex lacteus and other white-rot fungi during wheat straw pretreatment. Biotechnol Biofuels. 2013, 6: 115-10.1186/1754-6834-6-115.
Chen CL, Qi W, Wang JY: Microbial cocktail for bioconversion of green waste to reducing sugars. J Biosci Bioeng. 2013, 115: 82-85. 10.1016/j.jbiosc.2012.08.014.
Morales-Sánchez D, Tinoco-Valencia R, Kyndt J, Martinez A: Heterotrophic growth of Neochloris oleoabundans using glucose as a carbon source. Biotechnol Biofuels. 2013, 6: 1-13. 10.1186/1754-6834-6-100.
Isikhuemhen OS, Mikiashvilli NA: Lignocellulolytic enzyme activity, substrate utilization, and mushroom yield by Pleurotus ostreatus cultivated on substrate containing anaerobic digester solids. J Ind Microbiol Biotechnol. 2009, 36: 1353-1362. 10.1007/s10295-009-0620-1.
Dinis MJ, Bezerra RMF, Nunes F, Dias AA, Guedes CV, Ferreira LMM, Cone JW, Marques GSM, Barros ARN, Rodrigues MAM: Modification of wheat straw lignin by solid state fermentation with white-rot fungi. Bioresour Technol. 2009, 100: 4829-4835. 10.1016/j.biortech.2009.04.036.
Pribowo AY, Hu J, Arantes V, Saddler JN: The development and use of an ELISA-based method to follow the distribution of cellulase monocomponents during the hydrolysis of pretreated corn stover. Biotechnol Biofuels. 2013, 6: 1-15. 10.1186/1754-6834-6-80.
Mamo G, Hatti-Kaul R, Mattiasson B: A thermostable alkaline active endo-β-1-4-xylanase from Bacillus halodurans S7: purification and characterization. Enzym Microb Technol. 2006, 39: 1492-1498. 10.1016/j.enzmictec.2006.03.040.
Lin LL, Thomson JA: An analysis of the extracellular xylanases and cellulases of Butyrivibrio fibrisolvens H17c. FEMS Microbiol Lett. 1991, 84: 197-204. 10.1111/j.1574-6968.1991.tb04596.x.
Herpoël I, Moukha S, Lesage-Meessen L, Sigoillot J, Asther M: Selection of Pycnoporus cinnabarinus strains for laccase production. FEMS Microbiol Lett. 2000, 183: 301-306. 10.1016/S0378-1097(99)00616-3.
Archibald FS: A new assay for lignin-type peroxidases employing the dye azure B. Appl Environ Microbiol. 1992, 58: 3110-3116.
Bentivenga G, Bonini C, D’Auria M, Bona AD, Mauriello G: Singlet oxygen mediated degradation of Klason lignin. Chemosphere. 1999, 39: 2409-2417. 10.1016/S0045-6535(99)00168-X.
Ververis C, Georghiou K, Christodoulakis N, Santas P, Santas R: Fiber dimensions, lignin and cellulose content of various plant materials and their suitability for paper production. Ind Crop Prod. 2004, 19: 245-254. 10.1016/j.indcrop.2003.10.006.
Miller GL: Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Anal Chem. 1959, 31: 426-428. 10.1021/ac60147a030.
Lowry OH, Rosebrough NJ, Farr AL, Randall RJ: Protein measurement with the Folin phenol reagent. J Biol Chem. 1951, 193: 265-275.