Mejoramiento de la extracción de carotenoides y capsaicinoides del ají nativo (Capsicum baccatum), asistido con enzimas celulolíticas

Se realizó la producción de celulasas de Aspergillus niger ATCC 10864 mediante fermentación en biopelículas (FB). Los extractos de celulasas se usaron para hidrolizar la celulosa del fruto de Capsicum baccatum "ají escabeche", para ello los frutos de ají fueron deshidratados y molidos a un tamaño de partícula menor a 0.425 mm. Luego se mezcló ají seco: celulasas y se hidrolizó en condiciones de agitación, tiempo y temperatura controlada. Se filtró el medio y se separó el sobrenadante de la torta de ají hidrolizado, este último se secó a 10% de humedad y se lixivió con una mezcla de hexano:acetona:etanol para extraer los carotenoides y capsaicinoides, los cuales fueron cuantificados por HPLC. El rendimiento de oleorresina extraída era cinco veces mayor comparado al método convencional; así mismo en los tratamientos T2 y T5, se logró mayor extracción de carotenoides y capsaicinoides totales, respectivamente, comparado a los otros tratamientos. La acción hidrolítica de las celulasas, sobre las estructuras moleculares de la celulosa del fruto ají escabeche, favorecieron mayor liberación de los carotenoides y capsaicinoides totales comparado a los métodos convencionales.

The production of cellulases of Aspergillus niger ATCC 10864 was carried out by fermentation in biofilms (FB). The extracts of cellulases were used to hydrolyze the cellulose of Capsicum baccatum "escabeche chili" fruit, for this the chili fruits were dehydrated and ground to a particle size < 0.045 mm. Then dry chili: cellulase was mixed and hydrolyzed under conditions of agitation, controlled time and temperature. The medium was filtered and the supernatant of the hydrolyzed chili cake was separated, the latter was dried at 10% humidity and leached with a mixture of hexane:acetone:ethanol to extract the carotenoids and capsaicinoids, which were quantified by HPLC. The extraction yield of oleoresin was five times higher compared to the conventional method; likewise in the T8 and T5 treatments, greater extraction of carotenoids and total capsaicinoids was achieved compared to the other treatments. The hydrolytic action of the cellulases, on the molecular structures of the cellulose of the red drop chili fruit, favored greater release of the carotenoids and total capsaicinoids compared to conventional methods.

Cellulases production on paper and sawdust using native Trichoderma asperellum / Producción de celulasas en papel y aserrín usando Trichoderma asperellum / Produção de celulases em papel e serragem usando Trichoderma asperellum

Abstract Microbial cellulases are industrially used enzymes that catalyze the cleavage of the glycosidic bonds of cellulose. This hydrolysis yields sugars that can be used in processes such as bioethanol production. These enzymes are mainly produced by fungi belonging to the genus Trichoderma via submerged or solid state fermentation with cellulosic materials as substrates. Recent publications have increasingly demonstrated that alternatives to T. reesei enzymes in the production of second-generation biofuels exist. Here, cellulolytic activities of crude extracts obtained from a native isolate of T. asperellum from coffe pulp and a strain of T. reesei were evaluated. Solid state fermentations were performed using paper and sawdust as substrates. The activities were measured after 12 days of incubation. The extracts obtained from T. reesei showed higher cellulase and endoglucanase activities (6.5 and 5.8 U/g) than those obtained using T. asperellum (5.6 and 4.1 U/g) with paper as substrate. There were no significant differences between isolates when grown on sawdust. It was possible to verify that native T. asperellum was able to produce cellulases on lignocellulosic material such as moistened paper and sawdust without having undergone a chemical pretreatment.

Resumen Las celulasas microbianas son enzimas utilizadas industrialmente, que catalizan la ruptura de enlaces glicosídicos de celulosa. Esta hidrólisis produce azúcares que pueden utilizarse en procesos tales como la producción de bioteanol. Estas enzimas son producidas principalmente por hongos pertenecientes al género Trichoderma vía fermentación en estado sólido o sumergido, con materiales celulósicos como sustratos. Las publicaciones recientes han demostrado de forma creciente que existen alternativas a las enzimas de T. reesei en la producción de biocombustibles de segunda generación. En este estudio se evaluaron las actividades celulolíticas de extractos crudos obtenidos de un aislamiento nativo de T. asperellum de pulpa de café y una cepa de T. reesei. Las fermentaciones en estado sólido se llevaron a cabo usando como sustratos papel y aserrín. Las actividades se midieron después de 12 días de incubación. Los extractos obtenidos de T. reesei mostraron mayor actividad de celulasa y endoglucanasa (6.5 and 5.8 U/g) que los obtenidos usando T. asperellum (5.6 and 4.1 U/g) con papel como sustrato. No hubo diferencias significativas entre los dos aislamientos cuando crecieron en aserrín. Se pudo verificar que T. asperellum nativa fue capaz de producir celulasas en material lignocelulósico, como papel humedecido y aserrín, que no había pasado por un pretratamiento químico.

Resumo As celulases microbianas são enzimas utilizadas industrialmente, que catalisam o rompimento das ligações glicosídicas da celulose. Esta hidrólise produze açúcares que podem ser utilizados em processos como a produção de bioetanol. Estas enzimas são produzidas principalmente por fungos pertencentes ao gênero Trichoderma, via fermentação em estado sólido ou submerso, com materiais celulósicos como substrato. As publicações recentes veem demonstrando de maneira crescente que existem alternativas as enzimas de T. reesei na produção de biocombustíveis de segunda geração. Neste estudo foram avaliadas as atividades celulolíticas de extratos brutos obtidos de um isolamento nativo de T. asperellum da polpa de café e uma cepa de T. reesei. As fermentações em estado sólido se realizaram usando como substrato papel e serragem. As atividades foram medidas depois de 12 dias de incubação. Os extratos obtidos de T. reesei mostraram maiores atividades de celulase e endoglicanase (6.5 e 5.8 U/g) que os obtidos usando T. asperellum (5.6 e 4.1 U/g) com papel como substrato. Não houve diferenças significativas entre os dos isolamentos quando cresceram em serragem. Foi possível verificar que T. asperellum nativa foi capaz de produzir celulases em material lignocelulósico, como papel humedecido e serragem, que não haviam passado por um pré-tratamento químico.

Bacillus subtilis with endocellulase and exocellulase activities isolated in the thermophilic phase from composting with coffee residues / Bacillus subtilis con actividades de endocelulasa y exocelulasa aislado en la fase termofílica del compostaje con residuos de café

The goal of this study was to isolate, select and characterize bacteria with cellulolytic activity from two different coffee residue composting piles, one of which had an internal temperature of 57 -#9702;C and pH 5.5 and the other, a temperature of 61 -#9702;C, and pH 9.3. Culture media were manipulated with carboxymethylcellulose and crystalline cellulose as sole carbon sources. The enzyme activity was assessed by hydrolysis halo formation, reducing sugar production and zymograms. Three out of twenty isolated strains showed higher enzymatic activity and were identified as Bacillus subtilis according to their morphological, physiological, biochemical characteristics and based on the sequence analysis of 16S rDNA regions. The enzymatic extracts of the three selected strains showed exocellulase and endocellulase maximum activity of 0.254 and 0.519 U/ml, respectively; the activity of these enzymes was maintained even in acid pH (4.8) and basic (9.3) and at temperatures of up to 60°C. The enzymatic activities observed in this study are within the highest reported for cellulose produced by bacteria of the genus Bacillus. Endocellulase activity was shown in the zymograms from 24 h until 144 h of incubation. Furthermore, the pH effect on the endocellulase activity is reported for the first time by zymograms. The findings in this study entail the possibility to use these enzymes in the procurement of fermentable substrates for the production of energy from the large amount of residues generated by the coffee agroindustry.

El objetivo de este estudio fue aislar, seleccionary caracterizar bacterias con actividad celulolítica a partir de 2 diferentes pilas de compostaje de residuos de café, una con temperatura interna de 57°C y pH 5,5; la otra con temperatura interna de 61 °C y pH 9,3. Se utilizaron medios de cultivo con carboximetilcelulosa y celulosa cristalina como únicas fuentes de carbono. La actividad enzimàtica fue evaluada por formación de halos de hidrólisis, producción de azúcares reductores y zimogramas. De 20 cepas aisladas, 3 presentaron mayor actividad enzimàtica y fueron identificadas como Bacillus subtilis sobre la base de sus características morfológicas, fisiológicas y bioquímicas y del análisis de las secuencias de la región 16S del ADNr. Los extractos enzimáticos de las 3 cepas seleccionadas presentaron actividad de exocelulasa y de endocelulasa, con máximos de 0,254 y 0,519 U/ml, respectivamente; la actividad de estas enzimas se mantuvo incluso a pH ácido (4,8) o básico (9,3) y a temperaturas de hasta 60 °C. Las actividades enzimáticas halladas en este estudio se ubican dentro de las más altas reportadas para celulasas producidas por bacterias del género Bacillus. En los zimogramas se demostró actividad de endocelulasa desde las 24h hasta las 144h de incubación. Asimismo, se reporta por primera vez el efecto del pH sobre la actividad de endocelulasa observado por zimogramas. Los resultados de este estudio abren la posibilidad de hacer uso de estas enzimas en la obtención de sustratos fermentables para la producción de energía a partir de los residuos generados en grandes cantidades por la agroindustria del café.

Identificación y evaluación de actividad celulolítica en aislamientos nativos de Trichoderma spp obtenidos de biomasa de palma de aceite / Identification and screening of lignocellulosic activity in native isolates of Trichoderma spp., obtained from palm oil biomass

RESUMEN Se aislaron previamente ocho cepas nativas de racimos de palma de aceite en descomposición de Trichoderma sp. provenientes de la región de Cumaral, Meta, Colombia. Se utilizó la región de los ITS1-ITS4 para la identificación molecular y se determinó la actividad celulolítica (actividad sobre papel filtro) del complejo producido por las cepas utilizando residuos de palma como sustrato. Siete aislamientos nativos presentarón 100% de similaridad con hongos del género Trichoderma. Se observó para siete cepas, la presencia de las cinco anclas que identifican hongos del género Trichoderma, identificándose cuatro de los hongos nativos como Trichoderma koningiopsis (HR-04-89; HR-11-89; HR-19-89; y HR-06-89) y cuatro como Trichoderma asperellum (HR-01-89; HR-03-89; HR-16-89; HR-18-89). El bioensayo mostró que las cepas evaluadas de Trichoderma son estadísticamente significativas sobre la actividad enzimática de celulasas sobre papel filtro (p<0.05). Además, las cepas HR-01-89, HR-03-89, HR-11-89, HR-04-89 y HR-18-89 no presentaron diferencias en la actividad enzimática. La cepa Trichoderma reesei utilizada como referencia, presentó un comportamiento superior y diferente comparado con las cepas nativas. La cepa nativa HR-18-89 (Trichoderma asperellum) presentó mayores niveles de actividad enzimática, 78% del valor de la cepa referencia. Es importante identificar y evaluar cepas nativas de Trichoderma sp. con novedosas actividades biológicas que permitan degradar la celulosa recalcitrante de los racimos de palma africana.

ABSTRACT Previously, there were isolated eight native strains of Trichoderma sp. from a cluster of decomposing oil palm from Cumaral, Meta, Colombia. The ITS1-ITS4"s region was used for the molecular identification and the cellulase activity (filter paper activity) of the complex produced by strains was determined using palm waste as substrate. Seven native isolations showed between 97-100% similarity with fungi of the genus Trichoderma. It was observed for seven of the eight strains the presence of the five anchors which identify fungi of the genus Trichoderma, finding five of the native fungi such as Trichoderma koningiopsis (HR-04-89; HR-11-89; HR-19-89; y HR-06-89) four as Trichoderma asperellum (HR-01-89; HR-03-89; HR-16-89; HR-18-89). The bioassay showed that Trichoderma strains tested are statistically significant on the enzymatic activity of cellulases on filter paper (p <0.05). In addition, strains HR-01-89, HR-03-89, HR-11-89, HR-04-89 and HR-18-89 showed no differences in enzymatic activity. The reference strain used, Trichoderma reesei produce a superior and different behavior compared with the native strains. The native strain HR-18-89 (Trichoderma asperellum) had higher levels of enzyme activity, 78% of the value of the reference strain. It is important to identify and evaluate native strains of Trichoderma sp. with innovative biological activities that allow to degrade the recalcitrant cellulose of the African palm clusters.

Actividad de las enzimas hidrolíticas en cepas del hongo shiitake (Lentinula edodes) cultivadas en pulpa de café / Hydrolytic enzyme activities in shiitake mushroom (Lentinula edodes) strains cultivated on coffee pulp

Se estudió la producción de enzimas hidrolíticas (celulasas, laminarinasas y xilanasas) en cultivos de Lentinula edodes en pulpa de café estéril. Se tomaron muestras de sustrato colonizado por el micelio después de 7, 14, 21, 28 y 35 días de incubación a 25°C (W1 a W5) y durante el período de fructificación en diferentes etapas: formación de primordios (PF), primera cosecha (H) y una semana después de la primera cosecha (PH). La actividad enzimática fue menor al inicio del crecimiento micelial y mostró mayores niveles en la formación y el desarrollo de basidiomas. Durante la etapa reproductiva del hongo, las muestras se sometieron a un tratamiento de remojo. Sin embargo, no fue posible relacionar este tratamiento con el aumento de la producción de enzimas. Los niveles de actividad enzimática sugieren que la secreción de las enzimas estudiadas no influye en la capacidad de adaptación de las cepas al sustrato

Hydrolytic enzyme production (cellulases, laminarinases and xylanases) was studied in cultures of Lentinula edodes on sterilized coffee pulp. Samples of substrate colonized by mycelia were taken after 7, 14, 21, 28 and 35 days of incubation at 25°C (W1 to W5) and during the fruiting period at different stages: formation of primordia (PF), first harvest (H) and one week after the first harvest (PH). The enzymatic activity was lower during the early mycelial growth and showed higher levels during the formation and development of fruiting bodies. During the reproductive stage of the fungus, the samples were subjected to a soaking treatment; however, it was not possible to relate this soaking treatment to the increase in enzyme production. The levels of enzymatic activity suggest that secretion of the studied enzymes does not influence the adaptability of the strains to the substrate

Exploring the Antarctic soil metagenome as a source of novel cold-adapted enzymes and genetic mobile elements / Explorando el metagenoma del suelo antártico como fuente de nuevas enzimas adaptadas al frío y elementos génicos móviles

Metagenomic library PP1 was obtained from Antarctic soil samples. Both functional and genotypic metagenomic screening were used for the isolation of novel cold-adapted enzymes with potential applications, and for the detection of genetic elements associated with gene mobilization, respectively. Fourteen lipase/esterase-, 14 amylase-, 3 protease-, and 11 cellulase-producing clones were detected by activity-driven screening, with apparent maximum activities around 35 °C for both amylolytic and lipolytic enzymes, and 35-55 °C for cellulases, as observed for other cold-adapted enzymes. However, the behavior of at least one of the studied cellulases is more compatible to that observed for mesophilic enzymes. These enzymes are usually still active at temperatures above 60 °C, probably resulting in a psychrotolerant behavior in Antarctic soils. Metagenomics allows to access novel genes encoding for enzymatic and biophysic properties from almost every environment with potential benefits for biotechnological and industrial applications. Only intI- and tnp-like genes were detected by PCR, encoding for proteins with 58-86 %, and 58-73 % amino acid identity with known entries, respectively. Two clones, BAC 27A-9 and BAC 14A-5, seem to present unique syntenic organizations, suggesting the occurrence of gene rearrangements that were probably due to evolutionary divergences within the genus or facilitated by the association with transposable elements. The evidence for genetic elements related to recruitment and mobilization of genes (transposons/integrons) in an extreme environment like Antarctica reinforces the hypothesis of the origin of some of the genes disseminated by mobile elements among "human-associated" microorganisms.

A partir de muestras de suelo antártico se obtuvo la metagenoteca PP1. Esta fue sometida a análisis funcionales y genotípicos para el aislamiento de nuevas enzimas adaptadas al frío con potenciales aplicaciones, y para la detección de elementos génicos asociados a la movilización de genes, respectivamente. Por tamizaje fenotípico se detectaron 14, 14, 3 y 11 clones productores de lipasas/esterasas, proteasas, amilasas y celulasas, respectivamente, con actividades máximas aparentes de 35 °C para las amilasas y lipasas, y de 35-55 °C para las celulasas, tal como se observó para otras enzimas adaptadas al frío. Sin embargo, una celulasa parece ser compatible con enzimas mesófilas, las que usualmente se mantienen activas hasta por sobre 60 °C. Este hecho probablemente esté asociado a un comportamiento psicrotolerante en los suelos antárticos. La metagenómica permite acceder a una nueva miríada de productos metabólicos con potenciales beneficios para aplicaciones biotecnológicas e industriales. Se detectaron los genes tipo intI y tnp por PCR, y sus productos génicos deducidos tuvieron identidades del 58 al 86 % y del 58 al 73 % con secuencias conocidas, respectivamente. Dos clones, BAC 27A-9 y BAC 14A-5, parecen presentar organizaciones sintéticas únicas, lo cual sugiere la existencia de rearreglos génicos probablemente debidos a divergencias evolutivas dentro del género o facilitados por la asociación de elementos de transposición. La evidencia de elementos génicos relacionados con el reclutamiento y la movilización de genes en ambientes extremos como la Antártida refuerza la hipótesis sobre el origen de algunos genes diseminados por elementos móviles entre los microorganismos asociados al ser humano.

Evaluación de actividades enzimáticas de Fusarium spp., aislados de lesiones en humanos, animales y plantas / Avaliação das atividades enzimáticas de Fusarium spp. Isolados a partir de lesões em humanos, animais e plantas / Assessment of enzymatic characterization of Fusarium spp. isolated from human, animal, and plant rounds

Objetivo. Determinar actividades amilolíticas, celulolíticas, lipolíticas, pectinolíticas y proteolíticas en 32 aislamientos de Fusarium spp. de origen humano, animal y vegetal. Materiales y métodos. Las actividades enzimáticas se determinaron a nivel cualitativo, por medio de la medición de halos de hidrólisis en placas de agar con el respectivo sustrato, y a nivel cuantitativo se realizó un cultivo líquido para determinar la degradación del respectivo sustrato por medio de técnicas colorimétricas. Resultados. Todos los aislamientos presentaron actividades enzimáticas a nivel cualitativo, excepto las amilolíticas y lipolíticas. La determinación a nivel cuantitativo fue posible para las enzimas evaluadas, a excepción de las lipasas. Conclusión. La determinación de los perfiles enzimáticos amilolíticos, celulolíticos, pectinolíticos y proteolíticos de cada uno de los aislamientos evaluados pertenecientes al género Fusarium sugirió su capacidad, indistintamente de su procedencia, de degradar estos sustratos...

Assessment of enzymatic characterization of Fusarium spp. isolated from human, animal, and plant wounds. Objective. To determine amylolytic, cellulolytic, lipolytic, pectinolytic and proteolytic activities in 32 Fusarium spp. isolates from humans, animals and plants. Materials and methods. Qualitative determination of enzymatic activities was done by measuring hydrolysis halos in agar plates with their corresponding substrate. Quantitative determination was done by colorimetric techniques, using liquid culture supernatants to determine the respective substrate degradation. Results. All isolates showed enzymatic activities from a qualitative point of view, except amylolytic and lipolytic. Quantitative determination was possible for all the evaluated enzymes except lipases. Conclusion. The determination of amylolytic, cellulolytic, pectinolytic and proteolytic enzymatic profiles of each of the Fusarium isolates assessed suggests their capacity to degrade these substrates, irrespectively of their origin...

Avaliação das atividades enzimáticas de Fusarium spp. Isolados a partir de lesões em humanos, animais e plantas. Objetivo. Determinar as atividades amilolíticas, celulolíticas, lipolítica, pectinolíticas e proteolíticas em 32 isolamentos de Fusarium spp. de origem humana, animal e vegetal. Materiais e métodos. As atividades enzimáticas foram determinadas a nível qualitativo medindo os halos de hidrólise em placas de agar com o substrato respectivo e a nível quantitativo realizou-se uma cultura líquida para determinar a degradação do substrato respectivos por meio de técnicas colorimétricas. Resultados. Todos os isolados apresentaram uma atividade enzimática a nível qualitativo, exceto as amilolíticas e lipolíticas. A determinação a nível quantitativo foi possível para as enzimas testadas, exceto para as lipases. Conclusão. A determinação de perfis enzimáticos amilolíticos, celulolíticos, pectinolíticos e proteolíticos de cada um dos isolados testados pertencentes ao gênero Fusarium, sugeriu sua capacidade, independentemente da sua origem, para degradar estes substratos...