Moringa straw as cellulase production inducer and cellulolytic fungi source / Residuo de moringa como inductor de la producción de celulasas y como fuente de hongos celulolíticos

ABSTRACT

Abstract Currently, the valorization of agroindustrial waste is of great interest. Moringa oleifera is a multipurpose tree whose softwood residues could be used as raw material for low-cost cellulase production. The aim of this study was to isolate, identify, and characterize microorganisms with cellulolytic activity in different carbon sources. We isolated and puri-fied 42 microorganisms from M. oleifera biomass. Fungi presenting the largest hydrolytic halos in carboxymethylcellulose as a substrate were molecularly identified as Penicillium funiculosum (FG1), Fusarium verticillioides (FG3) and Cladosporium cladosporioides (FC2). The ability of these fungal strains to break down cellulose was assessed in a submerged fermentation using either amorphous CMC or crystalline form (Avicel). P. funiculosum and C. cladosporioides displayed similar endoglucanase (606 U/l) and exoglucanase (205 U/l) activities in the Avicel-containing medium, whereas F. verticillioides showed the highest level of p-glucosidase activity (664 U/l) in the carboxymethylcellulose medium. In addition, the effect of three culture media (A, B, and C) on cellulase production was evaluated in P. funiculosum using moringa straw as a carbon source. The results showed a volumetric productivity improvement of cellulases that was 2.77-, 8.26-, and 2.30-fold higher for endoglucanase, exoglucanase and p-glucosidase, respectively when medium C containing moringa straw was used as a carbon source. The enzymatic extracts produced by these fungi have biotechnological potential especially for second-generation bioethanol production (2G) from moringa straw. This is the first report on the use of M. oleifera biomass to induce the production of various cellulases in P. funiculosum. © 2019 Asociación Argentina de Microbiología. Published by Elsevier Espana, S.L.U. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (https//creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

RESUMEN

Resumen Actualmente, la valorización de los residuos agroindustriales es de gran interés. En este trabajo se emplearon residuos de madera blanda de Moringa oleifera para la producción de celulasas de bajo costo. El objetivo fue aislar, identificar y caracterizar microorganismos con actividad celulolítica en diferentes fuentes de carbono. A partir de la biomasa de M. oleifera, se aislaron e identificaron 42 microorganismos productores de celulasas. Los hongos que presentaron los mayores halos de hidrólisis en carboximetilcelulosa como sustrato fueron identificados molecularmente como Penicillium funiculosum (FG1), Fusarium verticillioides (FG3) y Cladosporium cladosporioides (FC2). Mediante fermentación sumergida, se evaluó la capacidad de estas cepas en la producción de celulasas utilizando celulosa cristalina (Avicel) y amorfa (CMC) como fuentes de carbono. P. funiculosum y C. cladosporioides presentaron las mayores actividades de endoglucanasa (606 U/l) y exoglucanasa (205 U/l) en medio Avicel, mientras que F. verticillioides mostró la mayor actividad de p-glucosidasa (664 U/l) en medio CMC. Además, se evaluó el efecto de tres medios de cultivo (A, B y C) sobre la producción de celulasas en P. funiculosum empleando residuos de moringa como fuente de carbono. Los resultados mostraron que en el medio C, la productividad volumétrica de celulasas se incrementó en 2,77; 8,26 y 2,30 veces para las actividades de endoglucanasa, exoglucanasa y p-glucosidasa, respectivamente. Los extractos enzimáticos producidos tienen gran potencial para su utilización biotecnológica, especialmente en la sacarificación de residuos de moringa y la producción de bioetanol de segunda generación. Este es el primer estudio del uso de la biomasa de M. oleifera para inducir la producción de diversas celulasas en P. funiculosum.