Designing a cocktail containing redox enzymes to improve hemicellulosic hydrolysate fermentability by microorganisms

Autor(es)

Tramontina, Robson ^{[1, 2]} ; Brenelli, Livia Beatriz ^[1] ; Sousa, Amanda ^[1] ; Alves, Rafael ^[3] ; Zetty Arenas, Ana Maria ^{[1, 4]} ; Nascimento, Viviane Marcos ^[1] ; Rabelo, Sarita Candida ^[5] ; Freitas, Sindelia ^{[1, 4, 6]} ; Ruller, Roberto ^{[7, 8]} ; Squina, Fabio Marcio ^[9]

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] CNPEM, Lab Nacl Biorrenovaveis LNBR, Campinas, SP - Brazil

^[2] Univ Estadual Campinas UNICAMP, Programa Biociencias & Tecnol Prod Bioativos BTPB, Campinas, SP - Brazil

^[3] Novozymes Amer Latina, Araucaria, PR - Brazil

^[4] Univ Estadual Campinas UNICAMP, Fac Engn Alimentos, Programa Bioenergia, Campinas, SP - Brazil

^[5] Univ Estadual Paulista Julio Mesquita Filho UNESP, Fac Ciencias Agron, Dept Bioproc & Biotecnol, Botucatu, SP - Brazil

^[6] Univ Estadual Campinas UNICAMP, FEQ, Campinas, SP - Brazil

^[7] Univ Estadual Paulista, Inst Biociencias Letras & Ciencias Exatas IBILCE, Sao Jose Do Rio Preto, SP - Brazil

^[8] Univ Fed Mato Grosso do Sul, Inst Biociencias, Lab Bioquim Geral & Microorganismos, Campo Grande, MS - Brazil

^[9] Univ Sorocaba UNISO, Programa Proc Tecnol & Ambientais, Sorocaba, SP - Brazil

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Enzyme and Microbial Technology; v. 135, APR 2020.
• Citações Web of Science: 0

Resumo

Bioproducts production using monomeric sugars derived from lignocellulosic biomass presents several challenges, such as to require a physicochemical pretreatment to improve its conversion yields. Hydrothermal lignocellulose pretreatment has several advantages and results in solid and liquid streams. The former is called hemicellulosic hydrolysate (HH), which contains inhibitory phenolic compounds and sugar degradation products that hinder microbial fermentation products from pentose sugars. Here, we developed and applied a novel enzyme process to detoxify HH. Initially, the design of experiments with different redox activities enzymes was carried out. The enzyme mixture containing the peroxidase (from Armoracia rusticana) together with superoxide dismutase (from Coptotermes gestroi) are the most effective to detoxify HH derived from sugarcane bagasse. Butanol fermentation by the bacteria Clostridium saccharoperbutylacetonicum and ethanol production by the yeast Scheffersomyces stipitis increased by 24.0 x and 2.4 x , respectively, relative to the untreated hemicellulosic hydrolysates. Detoxified HH was analyzed by chromatographic and spectrometric methods elucidating the mechanisms of phenolic compound modifications by enzymatic treatment. The enzyme mixture degraded and reduced the hydroxyphenyl- and feruloyl-derived units and polymerized the lignin fragments. This strategy uses biocatalysts under environmentally friendly conditions and could be applied in the fuel, food, and chemical industries. (AU)

• Processo FAPESP: 15/50590-4 - Valorização da lignina em plantas de etanol celulósico: a conversão biocatalítica via ácido ferúlico a produtos químicos de alto valor
• Beneficiário: Fábio Márcio Squina
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Temático
• Processo FAPESP: 13/03061-0 - Caracterização de frações de lignina extraídas do bagaço de cana-de-açúcar com propriedades antioxidantes
• Beneficiário: Lívia Beatriz Brenelli de Paiva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 17/15477-8 - Desenvolvimento de um processo de pré-tratamento de baixa severidade para produção de oligossacarídeos de palha de cana-de-açúcar
• Beneficiário: Lívia Beatriz Brenelli de Paiva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 15/26982-0 - Explorando novas estratégias para a despolimerização de polissacarídeos da parede celular vegetal: da estrutura, função e desenho racional de hidrolases glicosídicas às implicações biológicas e potenciais aplicações biotecnológicas
• Beneficiário: Mário Tyago Murakami
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 16/07926-4 - Novas estratégias integrativas através de uma aldoketo redutase do cupim Coptotermes gestroi para sacarificação, detoxificação e fermentação de lignocelulose visando a produção de bioetanol
• Beneficiário: Robson Tramontina
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado