ABSTRACT
A medida que como sociedad vamos dando más importancia a lograr una economía circular, se hace importante encontrar fuentes renovables aptas para la producción de biocombustibles y bioquímicos. En los últimos años, diversas fuentes de biomasa lignocelulósica han sido estudiadas para estos propósitos. Dentro de estas fuentes de biomasa se encuentra el cáñamo (Cannabis sativa L.), siendo parte de una industria que ha crecido a pasos agigantados en las últimas décadas, en Colombia, desde su legalización. Específicamente, la industria del cannabis medicinal es responsable de generar una enorme cantidad de residuos en forma de los tallos de la planta, considerados un subproducto de bajo valor. En esta revisión se compila la información de diferentes estudios sobre el aprovechamiento de la fracción de polisacáridos de biomasa cáñamo, mediante transformaciones químicas y bioquímicas, para la obtención de productos de valor agregado. Se encontró que la mayoría de estudios están enfocados en la obtención de bioetanol o biogás; se encontraron también reportes de otras moléculas como ácido succínico, ácido láctico, furfural, polihidroxialcanoatos y bisaboleno. La viabilidad a nivel industrial de todos estos procesos permanece siendo una incógnita, pues los pasos de pretratamiento, hidrólisis y de conversión final utilizados suelen ser costosos. Es necesario que los estudios que realicen en el futuro se enfoquen en optimizar las condiciones de estos procesos y hacerlos verdes y así asegurar que puedan ser escalados.
As we as a society, give more importance to achieving a circular economy, it becomes important to find renewable sources suitable for the production of biofuels and biochemicals. In the last years, several different sources of lignocellulosic biomass have been studied for these purposes. One of these biomass sources is hemp (Cannabis sativa L), being part of an industry that has grown through giant steps in the last decades, in Colombia, since its legalization. Specifically, the industry of medicinal hemp is responsible for the generation of huge amounts of residues in the form of the plant stalks, considered a low value subproduct. This review compiles the information of several studies about the exploitation of the polysaccharide portion of hemp biomass through chemical and biochemical transformations, obtaining value-added products. It was found that most of these studies focus on the production of bioetanol or biogas; reports of other molecules such as succinic acid, furfural, polyhydroxyalkanoates and bisabolene were also found. Industrial viability of these processes remains a question, since pretreatment, hydrolysis and final conversion steps are usually expensive. It necessary that future studies focus on optimizing conditions of these processes as well as making them green, ensuring that they can be scaled.
ABSTRACT
Abstract It was isolated bacteria strains from three different types of samples: fresh water, in situ baits and ex situ enrichment. Serial dilutions were prepared and culture was carried at 50 °C using a Basal-Saline medium. Isolated strains were screened for endoglucanase and xylanase activities with qualitative (Congo Red) and quantitative (DNS) methods. Molecular 16S rDNA sequencing analysis was performed for taxonomic identification. It was isolated 31 strains of which 14 showed hydrolytic activities and belonged to Bacillus subtilis and Bacillus licheniformis species. Moreover, the strain B. subtilis DCH4 showed the highest endoglucanase activity at 45°C and pH 5, and xylanase activity at 55°C and pH 6. Then, DCH4 was cultivated by submerged fermentation with two different media supplemented with sugar cane bagasse, wheat straw, or quinoa stalk to evaluate its saccharification capability. Likewise, it was screening its xylanase and cellulase genes employing specific primers; the amplicons obtained were sequenced, and analyzed. It was found that, enzymatic extracts of DCH4 prepared with cane bagasse or quinoa stalk media achieved the highest endoglucanase and xylanase activities. According to molecular analysis of genes involved in the hydrolytic process, the endoglucanase and xylanase activities exhibited by DCH4 could be attributed to a bifunctional cellulase conformed by endo-beta-1,4-glucanase (GH5) joined to cellulose binding domain 3 (CBM3), and an endo-1,4-beta-xylanase (GH11), respectively. Further transcriptomic experiments would be considered to accomplish optimization strategies for biofuel production from lignocellulosic biomass.
Resumen Se aislaron cepas de bacterias provenientes de tres tipos de muestras: agua fresca, cebos enriquecidos in situ y ex situ. Se prepararon diluciones seriadas y el cultivo fue a 50 °C usando un medio Salino-Basal. Las cepas aisladas fueron tamizadas para las actividades endoglucanasa y xilanasa con métodos cualitativos (Rojo Congo) y cuantitativos (DNS). Se usó el análisis molecular 16S rDNA para la identificación taxonómica. Se aislaron 31 cepas, de las cuales 14 mostraron actividades hidrolíticas y pertenecían a Bacillus subtilis y Bacillus licheniformis. Además, B. subtilis DCH4 mostró la mayor actividad endoglucanasa a 45 °C y pH 5, y xilanasa a 55 °C y pH 6. Entonces, DCH4 se cultivó por fermentación sumergida con dos medios diferentes suplementado con bagazo de caña de azúcar, paja de trigo o tallo de quinua para evaluar su capacidad de sacarificación. También, se exploraron los genes de xilanasa y celulasa mediante cebadores específicos; los amplicones obtenidos fueron secuenciados y analizados. Se encontró que los extractos enzimáticos de DCH4 preparados con bagazo de caña o tallos de quinua mostraron las actividades endoglucanasa y xilanasa más elevadas. De acuerdo a los análisis moleculares de los genes involucrados en el proceso hidrolítico, las actividades de endoglunacasa y xilanasa exhibidas por DCH4 podrían atribuirse a una celulasa bifuncional conformada por una endo-beta-1,4-glucanasa (GH5) unida al dominio celulosa 3 (CBM3), y una endo-1,4-beta-xilanasa (GH11), respectivamente. Posteriores experimentos transcriptómicos podrían ser considerados para lograr estrategias de optimización para la producción de biocombustibles a partir de biomasa lignocelulósica.
ABSTRACT
Cada año la agricultura genera gran cantidad de residuos lignocelulósicos de baja calidad nutricional. Dicha calidad se podría mejorar mediante la utilización de hongos basidiomicetos. El objetivo de este trabajo fue caracterizar el residuo del cultivo comercial de la seta Agaricus bisporus (champiñonaza) como alimento para rumiantes. Se efectuaron análisis bromatológicos (incluyendo el contenido de micotoxinas), se determinó la cinética de degradación in situ, y se estableció la producción de gas in vitro. Al retirar la turba de la champiñonaza se disminuyó el contenido de cenizas en 9% y se aumentó la proteína cruda en 2,7%. La degradabilidad in vitro de la materia seca a las 72 h fue 8,4%. El residuo sin turba contiene 12.7, 29.1, 26.1 y 39.6% de PC, FDN, FDA y cenizas, respectivamente. Este residuo aporta la mayoría de los minerales requeridos en la dieta de bovinos. El 76% de la fracción nitrogenada es insoluble en buffer borato-fosfato y el 83% del nitrógeno total es nitrógeno proteico. No se detectaron niveles restrictivos de micotoxinas. El residuo sin turba tuvo 39,6% degradación efectiva (DE) de la MS en rumen y fue 68% superior al residuo con turba para la hora y el gas acumulado al punto de inflexión y en la tasa máxima de producción de gas. El alto contenido de azufre en el residuo sin turba (2,1%) limita su inclusión a un máximo de 14% en dietas para bovinos.
Ryegrass seeding may be limited by the lack of farming machinery. The aim of this study was to evaluate the establishment of three ryegrass (Lolium sp.) genotypes (annual diploid, annual tetraploid, and hybrid tetraploid) in kikuyu grass pastures (Pennisetum clandestinum) with seeding based on zero tillage. The first agronomic evaluation of ryegrass was conducted 60 days after seeding and then every 35 days until the fourth grazing. For data analysis we used a linear mixed model with grass genotype, topography, and number of cuts as fixed effects. The random effect was the farm. Biomass and establishment percentage were better in the high area (flat terrain) for the three genotypes (p<0.05). Biomass of annual diploid ryegrass was higher in the high and slope area (p<0.05). The leaf/stem ratio, height, length, and width of the last and fully elongated leaf were statistically significant (p<0.05) between the different cuts for all genotypes, showing that grass growth increases with the number of cuts when rational grazing management is provided. The results of this study support the conclusion that greater adaptation of diploid ryegrass associated with Kikuyu grass positively impacts biomass production under zero tillage.
Cada ano na agricultura gera-se uma grande quantidade de resíduos de lignocelulose de baixa qualidade nutricional, que poder-se-iam melhorar por médio da utilização de fungos basidiomicetos. O objetivo deste trabalho foi caracterizar o resíduo da cultura comercial do cogumelo Agaricus bisporus (resíduos da safra de cogumelos) como alimento para ruminantes por médio de diferentes análises bromatológicas (incluindo o conteúdo de micotoxinas) e determinando a cinética de degradação in situ, alem de sua produção de gás in vitro. Ao retirar o lixo dos resíduos da safra de cogumelos, diminuiu-se o conteúdo de cinzas num 9% e aumentou-se a proteína crua num 2,7%. A degradabilidade in vitro da matéria seca as 72 h foi de 8,4%. O resíduo sem lixo contem 12,7; 29,1; 26,1 e 39,6% de PC, FDN, FDA e cinzas, respectivamente, aportando à maioria dos minerais requeridos na dieta de um bovino. Determinouse que o 76% da fração nitrogenada é insolúvel no buffer borato-fosfato e o 83% do nitrogênio corresponde ao nitrogênio proteico, alem disso não se detectaram níveis elevados de micotoxinas. Este resíduo sem lixo apresentou uma degradação efetiva (DE) no rúmen da MS de 39,6% e foi um 68% superior com respeito ao resíduo com lixo para a hora e o gás acumulado ao ponto de inflexão e na taxa máxima de produção de gás. O alto conteúdo de azufre no resíduo sem lixo (2.1%) limita seu nível de inclusão em dietas para bovinos num máximo de 14% da dieta total.
ABSTRACT
El objetivo de la presente investigación fue aislar bacterias celulolíticas del intestino de termitas (Nasutitermes nigriceps) para determinar sus propiedades probióticas in vitro y su potencial en la degradación de pasto. Las termitas fueron tratadas con detergente antibacterial, separando y macerando luego, el intestino de las mismas en agua peptonada estéril. Diluciones de esta mezcla fueron inoculadas en cajas Petri con medio Luria Bertani (LB) y Carboximetilcelulosa (CMC) al 2%, incubando a 37º C por 24 horas, para luego revelar con Rojo Congo al 1%. Las bacterias que presentaron mayores halos de degradación fueron sometidas a tinción de Gram y a pruebas probióticas de temperatura, pH, salinidad y presencia de sales biliares, así como también a pruebas de antagonismo y degradación de pasto. Los resultados revelaron la presencia de 9 bacilos celulolíticos Gram (-) de los cuales, los bacilos BTN7 y BTN8, presentaron los mejores halos de degradación, 12 y 14 mm de diámetro respectivamente, creciendo adecuadamente en las diferentes pruebas probióticas con densidades entre 106 y 108 UFC/ml; el porcentaje de degradación de materia seca fue de 39.73% y 36.10% en 48 y 72 horas respectivamente. Las pruebas bioquímicas API E (bioMérieux SA) revelaron que los bacilos BTN7 y BTN8 pertenecen al género Enterobacter sp. Los anteriores resultados abren la posibilidad de emplear, estos microorganismos como aditivos en la alimentación de rumiantes, a fin de contribuir con un mayor aprovechamiento de pastos, y otros sustratos vegetales lignocelulósicos.
The objective of this research was to isolate cellulolytic bacteria in the gut of termites (Nasutitermes nigriceps) to determine their probiotic properties in vitro and its potential degradation of grass. Termites were treated with antibacterial detergent, separating and then macerating the intestine of the same in sterile peptone water. Dilutions of this mixture were inoculated in Petri dishes with Luria Bertani (LB) and carboxymethylcellulose (CMC) 2%, incubated at 37 ° C for 24 hours, and then revealed with 1% Congo Red. Bacteria that had higher degradation halos were subjected to tests and Gram stain probiotic temperature, pH, salinity and presence of bile salts, as well as antagonism tests and degradation of grass. The results revealed the presence of 9 bacilli cellulolytic Gram (-) of which the bacilli BTN7 and BTN8, showed the best degradation halos, 12 and 14 mm in diameter respectively, growing well in the different tests probiotic with densities between 106 and 108 CFU / ml, the degradation percentages of dry matter was 39.73% and 36.10% within 48 and 72 hours respectively. Biochemical tests revealed that API E (bioMérieux SA) bacilli BTN8 BTN7 and belong to the genus Enterobacter sp. The above results open the possibility of using these organisms as additives in feed for ruminants, in order to contribute to a better use of pasture, and other lignocellulosic plant substrates.