Ocena właściwości celulolitycznych Cellulosimicrobium cellulans do biokonwersji polisacharydów słomy rzepakowej

• Autorzy: Kordala N. , Lewandowska M. , Kleina A. , Swiatek K.

Warianty tytułu

EN

Evaluation of cellulolytic properties of microorganisms for bioconversion of food industry wastes .

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celulazy są ważnymi enzymami o zastosowaniu przemysłowym, które mogą być syntetyzowane na podłożach zawierających tanie odpady lignocelulozowe. Przeprowadzono badania, których celem było określenie przydatności bakterii celulolitycznych Cellulosimicrobium cellulans PCM 2385 w produkcji celulaz podczas hodowli z odpadową słomą rzepakową jako głównym źródłem węgla i energii. W doświadczeniu uzyskano aktywność enzymów scukrzających celulozę (FP-az) na poziomie 0,02 FPU ∙ ml-1. Suplementacja podłoża hodowlanego dodatkowymi związkami o charakterze potencjalnie indukującym biosyntezę enzymów nie przyczyniła się do zwiększenia sekrecji celulaz u testowanego szczepu bakterii. Optymalizacja parametrów działania celulaz z zastosowaniem programu Statistica – plan Box-Behnkena wykazała ich najwyższą aktywność hydrolityczną w warunkach: temperatura 40°C i pH 7,5 (aktywność FP-az na poziomie 0,0232 IU ∙ cm-3). W wyniku procesu hydrolizy polisacharydów słomy rzepakowej w ustalonych warunkach, z zastosowaniem płynu pohodowlanego natywnego i zatężonego 50-krotnie uzyskano odpowiednio 1,51 i 14 g ∙ dm-3 cukrów redukujących w medium poreakcyjnym.

EN

Cellulase are industrially important enzymes having application in diverse industries. Substrate cost account for the major fraction of the costs of cellulase production, and the use of cheap lignocellulosic biomass resources as substrates can help reduce cellulase prices. This study was to produce cellulases enzymes using Cellulosimicrobium cellulans grown on rape straw as substrate. The maximum cellulase activity of 0,02 FPU ml-1 of filter paper activity was obtained. The supplementation of culture medium with the inducers of cellulase synthesis did not increase the secretion of enzymes in the tested bacterial strain. The optimization of the operating conditions of the cellulase using Statistica program – a Box- -Behnken design indicated the following parameters: pH 7,5, temperature 40°C (FPase activity reached 0,0232 IU cm-3). The amount of released reducing sugars after 72 hours hydrolysis of rape straw polysaccharides, at optimal parameters designated, using a 5- and 50-fold concentrated post-culture liquid was 1,51 and 14 g ∙dm-3of reaction medium, respectively.

Słowa kluczowe

PL

bakterie; Cellulosimicrobium cellulans; aktywnosc hydrolityczna; celulazy; polisacharydy; biokonwersja surowcow celulozowych; sloma rzepakowa; odpady lignocelulozowe; lignoceluloza

• Wydawca: -
• Czasopismo: Nauki Inżynierskie i Technologie
• Rocznik: 2014
• Numer: 4(15)
• Opis fizyczny: s.43-55,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Kordala N.

• Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Olsztyn

autor

Lewandowska M.

• Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Olsztyn

autor

Kleina A.

• Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Olsztyn

autor

Swiatek K.

• Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Olsztyn

Bibliografia

• Adsul M.G., Ghule J.E., Singh R., Shaikh H., Bastawde K.B., Gokhale D.V., Varma A.J., 2004, Polysaccharides from bagasse: applications in cellulose and xylanase production, Carbohydr. Polym., 57, s. 67-72.
• Agarwal R., Mahanty B., Venkata Dasu V., 2009, Modeling growth of Cellulomonas cellulans NRRL B 4567 under substrate inhibition during cellulase production, Chem. Biochem. Eng. Q., 23 (2), s. 213-218.
• Aslam N., Shiekh M.A., Ashraf M., Jamil A., 2010, Expression pattern of Trichoderma cellulases under different carbon sources, “Pakistan Journal of Botany”, 42 (2), s. 2895-2902.
• Chen M., Xia L., Xue P., 2007, Enzymatic hydrolysis of corncob and ethanol production from cellulosic hydrolysate, Intl. Biodeterioration and Biodegradation, 59, s. 85-89.
• Deka D., Bhargovi P., Sharma A., Goyal D., Jawed M., Goyal A., 2011, Enhancement of cellulase activity from new strain of Bacillus subtilis by medium optimization and analysis with various cellulosic substrates, Enzyme Res., http://dx.doi.org/10.4061/2011/151656.
• FAO, 2004, Statistical yearbook production. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome.
• Grzybowski R.A., 2009, Kierunki rozwoju przemysłu rolno-spożywczego i biotechnologii żywności, I Kongres Nauk Rolniczych, http://www.cdr.gov.pl/kongres1/files/4.1.1.pdf.
• Ghose T.K., 1987, Measurement of cellulase activities, Pure Appl. Chem., 59 (2), s. 257-268.
• Goldbeck R., Ramos M.M., Pereira G.A.G., Mauger-Filho F., 2013, Cellulase production from a new strain Acremonium strictum isolated from the Brazilian Biome using different substrates, Biores. Technol., 128, s. 797-803.
• Gupta P., Samant K., Sahu A., 2012, Isolation of cellulose-degrading bacteria and determination of their cellulolytic potential, http://dx.doi.org/10.1155/2012/578925.
• Gusakov A.V., 2011, Alternatives to Trichoderma reesei in biofuel production, Trends Biotechnol., 29 (9), s. 419-425.
• Hao X-C., Yu X-B., Yan Z-L., 2006, Optimization of the medium for the production of cellulase by the mutant Trichoderma reesei WX-112 using response surface methodology, Food Technol. Biotechnol., 44(1), s. 89-94.
• Janas P., Targoński Z., Mleko S., 2002, New inducers for cellulases production by Trichoderma reesei M-7, EJPAU, 5(1).
• Janowicz L., 2006, Biomasa w Polsce, „Energetyka” 8, s. 601-604.
• Kancelista A., 2012, Biodegradacja odpadów ligninocelulozowych z udziałem grzybów strzępkowych, praca doktorska, Uniwersytet Przyrodniczy, Wrocław,
• http://www.dbc.wroc.pl/Content/17881/Kancelista_A_doktor_048_DBC.pdf?handler=pdf.
• Kaur J., Chadha B.S., Kumar B.A., Saini H.S., 2007, Purification and characterization of two endoglucanases from Melanocarpus sp. MTCC 3922, Biores. Technol., 9, s. 74-81.
• Kristensen J.B., 2009, Enzymatic hydrolysis of lignocelluloses. Substrate interactions and high solids loadings, Forest & Landscape Research 42-2008, Forest & Landscape Denmark, Frederiksberg.
• Liming X., Xueliang S., 2004, High-yield cellulase production by Trichoderma reesei ZU-02 on corn cob residue, Biores. Technol., 91 (3), s. 259-262.
• Lynd L.R., Weimer P.J., Zyl W.H., 2002, Microbial cellulose utilization: fundamentals and biotechnology, Microbiol. Mol. Biol. Rev., 66, s. 506-577.
• Milala M.A., Shugaba A., Gidado A., Ene A.C., Wafar J.A., 2005, Studies on the use of agricultural wastes for cellulase enzyme production by Aspegillus niger, Res. J. Agric. Biol. Sci., 1(4), s. 325-328.
• Miller G.L., 1959, Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar, Anal. Chem., 31 (3), s. 429-418.
• Qing Q., Wyman C.E., 2011, Hydrolysis of different chain length xylooligomers by cellulase and hemicellulase, Bioresour. Technol., 102, s, 1359-1366.
• Qing Q., Yang B., Wyman C.E., 2010, Xylooligomers are strong inhibitors of cellulose hydrolysis by enzymes, Bioresour. Technol., 101, s. 9624-9630.
• Ragauskas A.J., Williams C.K., Davison B.H., Britovsek G., Cairney J., Eckert C.A., Frederick W.J. Jr., Hallett J.P., Leak D.J., Liotta C.L., Mielenz J.R., Murphy R., Templer R., Tschaplinski T., 2006, The path forward for biofuels and biomaterials, “Science” 311(5760), s. 484-489.
• Russel S., Górska E.B., Wyczółkowski A.I., 2005, Enzymy biorące udział w hydrolizie celulozy, „Acta Agrophysica”, Rozprawy i Monografie, 3, s. 27-36.
• Singh R., Kumar R., Bishnoi K., Bishnoi N.R., 2009, Optimization of synergistic parameters for thermostable cellulase activity of Aspergillus heteromorphus using response surface methodology, Biochem. Eng. J., 48, s. 28-35.
• Singhania R.R., Sukumaran R.K., Patel A.K., Larroche C., Pandey A., 2010, Advancement and comparative profiles in the production technologies using solid-state and submerged fermentation for microbial cellulases, Enzyme Microb. Technol., 46, s. 541-549.
• Song J.M., Wei D-Z., 2010, Production and characterization of cellulases and xylanases of Cellulosimicrobium cellulans grown in pretreated and extracted bagasse and minimal nutrient medium M9, Biomass and Bioenerg., 34, s. 1930-1934.
• Sukumaran R.K., Singhania R.R., Pandey A., 2005, Microbial cellulases – production, applications and challenges, J. Scin. Ind. Res., 64, s. 832-844.
• Sukumaran R.K., Singhania R.R., Mathew G.M., Pandey A., 2009, Cellulase production rusing biomass feed stock and its application in lignocellulose saccharification for bio-ethanol production, Ren. En., 34, s. 421-424.
• Suto M., Tomita F., 2001, Induction and catabolite repression mechanisms of cellulase in fungi, J. Biosci. Bioeng., 92(4), s. 305-311.
• Świątek K., Lewandowska M., Juszczuk A., Kordala N., 2014, Otrzymywanie etanolu ze słomy rzepakowej w procesie symultanicznej hydrolizy i fermentacji w systemie półciągłym, NiT 4, artykuł w druku.
• Vintila T., Croitoriu V., Dragomirescu M., Nica D., 2010, The effects of bioprocess parameters of cellulase production with Trichoderma viride CMIT35, Anim. Scin. Biotechnol., 43 (1), s. 337-340.
• Wilson D.B., 2009, Cellulases and biofuels, Curr. Opin. Biotechnol., 20, s. 295-299.

Identyfikatory

DOI

10.15611/nit.2014.4.04