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.

Producción de alimentos para animales a través de fermentación en estado sólido FES

La Fermentación en Estado Sólido (FES), se consolida como una alternativa para la alimentación animal, gracias a este proceso biotecnológico los residuos de cosecha y desechos agroindustriales se pueden convertir en alimentos energético -proteicos, de alto valor nutricional que en un momento dado sustituyan total o parcialmente los alimentos balanceados, que encarecen sensiblemente los costos de producción, haciendo cada vez menos rentables las explotaciones pecuarias, es por esto que la FES, se convierte no solo en una alternativa económicamente viable, sino ambientalmente sostenible, a partir del manejo de residuos de alto potencial contaminante. La presente revisión, busca mostrar la FES como una alternativa biotecnológica para la obtención de alimentos que pueden ser utilizados en la producción animal.

Solid state fermentation (SSF) has become an alternative for animal feed; this biotechnological process means that harvesting residues and agro-industrial waste can be converted into energy-providing-protein-based feed having high nutritional value which, at any given moment, will totally or partially substitute balanced foods which significantly increase production costs, making livestock farms less profitable. SSF thus becomes not just an economically viable alternative but also an environmentally sustainable one by managing residues having highly contaminating potential. This review has been aimed at highlighting SSF as a biotechnological alternative for obtaining feed which can be used in animal production.

A fermentação em estado sólido (FES), está se tornando numa ótima opção para o uso de resíduos vegetais e resíduos agro-industriais, graças a este processo biotecnológico podem ser convertidos em alimentos energéticos e proteícos de alto valor nutricional, num determinado momento pode substituir total ou parcialmente os alimentos balanceados, que aumentam os custos de produção fazendo tornar significativamente explorações pecuárias menos rentáveis, por isso a FES, torna-se não só numa alternativa viável economicamente, mas a gestão de resíduos ambientalmente sustentável com elevado potencial poluente. A presente revisão tem como objetivo mostrar uma alternativa para a obtenção de alimentos biotecnológicos a serem utilizados na produção animal.

Evaluación de las enzimas celulolíticas producidas por hongosnativos mediante fermentación en estado sólido (SSF) utilizando residuos de cosecha de caña de azúcar / Evaluation of cellulolytic enzymes produced by native fungi through solid state fermentation (SSF) using sugarcane harvesting residues

Los residuos agrícolas de cosecha de caña de azúcar (RAC), se constituyen en una materia prima alternativa para la producción de etanol carburante, dado su contenido de celulosa próximo al 40%. El aprovechamiento de la celulosa depende de la aplicación de tratamientos fisicoquímicos o bioquímicos, que permitan la liberación de la glucosa y su posterior utilización en procesos fermentativos. La hidrólisis enzimática de estos residuos requiere un complejo celulolítico producido por microorganismos, comprendido por tres actividades enzimáticas: Endoglucanasas, Exoglucanasas y β-Glucosidasas. En el presente estudio, se evaluaron las enzimas celulolíticas producidas por dos hongos nativos del género Aspergillus spp., CH 2016 y CH 2001, mediante procesos de fermentación en estado sólido utilizando como sustrato RAC pre-tratados con organosolventes (deslignificado) y sin este pre-tratamiento. La cepa CH 2016 presentó la mayor actividad endoglucanasa 11,0773 U/mL en el sustrato sin pre-tratar el día siete de fermentación; esta misma cepa, en el sustrato deslignificado presentó la mayor actividad exoglucanasa (0,042 U/mL) y celulasa total (0,287 UPF/mL) en el día cinco de fermentación. La cepa CH 2001 presentó la mayor actividad β-glucosidasa (0,1778 U/mL) en el sustrato sin pre-tratar el día cinco de fermentación. Se observó que las variables sustrato y tiempo de fermentación, inciden en la expresión de las enzimas celulolíticas obteniendo en este trabajo extractos enzimáticos que pueden llevar a cabo una acción hidrolítica sinérgica sobre la celulosa.

Sugarcane harvesting residues are considered as a raw material for fuel ethanol production due its high content of cellulose, around 40% DS. The use of cellulose depends of the application of physicochemical or biochemical treatments that allow the release of glucose and its subsequent uses in fermentation processes. The enzymatic hydrolysis of these residues requires a cellulolytic complex produced by microorganisms, including three enzymatic activities: Endoglucanases, β-Glucosidases and Exoglucanases. In the present study, cellulolytic enzymes produced by two native fungi Aspergillus spp., CH 2016 and CH 2001 was assessment, through of solid-state fermentation processes using as raw substrate RAC and pre-treated with organosolvents (delignified). Strain CH 2016 had the highest endoglucanase activity 11.0773 U/mL in the raw substrate on day seven of fermentation, the same strain, in the delignified substrate showed the highest activity exoglucanasa (0.042 U/mL ) and total cellulase (0.287 UPF/mL) on day five of fermentation. Strain CH 2001 got the highest β-glucosidase activity (0.1778 U/mL) in the substrate without pre-treatment on day 5 of fermentation. It was observed that the variables as substrate and fermentation time affected the expression of cellulolytic enzymes.

Grape stalks as substrate for white rot fungi, lignocellulolytic enzyme production and dye decolorization / Uso del escobajo como sustrato para el crecimiento de hongos de la pudrición blanca, la producción de enzimas ligninolíticas y la decoloración de tinturas

The aim of this work was to evaluate the potential of grape stalks, an agroindustrial waste, for growth and lignocellulolytic enzyme production via solid-state fermentation, using the following three white rot fungi: Trametes trogii, Stereum hirsutum and Coriolus antarcticus. The decolorization of several dyes by the above mentioned cultures was also investigated. Similar values of dry weight loss of the substrate were measured after 60 days (33-43 %). C. antarcticus produced the highest laccase and Mn-peroxldase activities (33.0 and 1.6 U/g dry solid). The maximum endoglucanase production was measured in S. hirsutum cultures (10.4 U/g), while the endoxylanase peak corresponded to T. trogii (14.6 U/g). The C. antarcticus/grape stalk system seems potentially competitive in bioremediation of textile processing effluents, attaining percentages of decolorization of 93, 86, 82, 82, 77, and 58 % for indigo carmine, malachite green, azure B, remazol brilliant blue R, crystal violet and xylidine, respectively, in 5 h.

El objetivo de este trabajo fue evaluar el potencial del escobajo, un residuo agroindustrial, como sustrato para el crecimiento y la producción de enzimas lignocelulósicas de tres hongos causantes de pudrición blanca en la madera: Trametes trogii, Stereum hirsutum y Coriolus antarcticus. Para ello se utilizaron técnicas de fermentación en estado sólido. También se ensayó la decoloración de colorantes industriales sobre estos cultivos. La pérdida de peso seco del sustrato fue similar después del día 60 (33-43 %). C. antarcticus produjo las mayores actividades de lacasa y Mn-peroxidasa (33,0 y 1,6 U/g peso seco). La mayor actividad endoglucanasa fue medida en cultivos de S. hirsutum (10,4 U/g), y la mayor actividad endoxilanasa en T. trogii (14,6 U/g). El sistema C. antarcticus/escobap mostró un importante potencial para su aplicación en la biorremediación de efluentes textiles, con porcentajes de decoloración de 93, 86, 82, 82, 77 y 58 % para índigo carmín, verde de malaquita, azure B, azul R brillante de remazol, cristal violeta y xilidina, respectivamente, en 5 h.

Extraction and characterization of polygalacturonase of Fomes sclerodermeus produced by solid-state fermentation / Extracción y caracterización de poligaracturonasa de Fomes sclerodermeus producida por fermentación en estado sólido

Polygalacturonase (PG) production by Fomes sclerodermeus using solid-state fermentation (SSF) was carried out. Maximal PG activity (26 U/gdw) was obtained between days 11 and 13 at the end of exponential growth. PG activity in the crude extract was more stable at pH 5-6 and 30 °C and had optimum activity at pH 5 and 50 °C. Optimal conditions for PG extraction were: one time extraction with Na2SO4 as solvent with 10 min. of agitation. In a scale-up system, PG activity per gram of dry substrate decreased about 60% compared with the activity obtained in an Erlenmeyer flask; however, high total PG activity was obtained.

Se estudió la producción de poligalacturonasa (PG) por Fomes sclerodermeus usando técnicas de fermentación en estado sólido. La actividad PG máxima (26 U/g ps) fue observada entre los días 11 y 13. La actividad PG en los extractos crudos fue más estable a pH 5-6 y 30 °C, con una actividad óptima a pH 5 y a 50 °C. Las condiciones óptimas para la extracción de PG se lograron con una única extracción empleando Na2SO4 como solvente, con 10 minutos de agitación. En el escalado del sistema, la actividad PG por gramo de peso seco de sustrato disminuyó cerca de 60% comparada con la obtenida en frascos Erlenmeyer, pero la actividad total fue mayor.