Using a mediator system to increase the delignification of sugarcane residues with fungal enzymes

Abstract

espanolLos residuos industriales son recursos que generan una seguridad energetica regional, pero ellos no han sido suficientemente valorizados. En el sur de Colombia, el sector de la cana de azucar produce aproximadamente 9'000000 T/ano de residuos, principalmente representados por hojas y cogollos. De estos residuos es posible obtener etanol y una de las etapas mas criticas es su deslignificacion. En este proceso, la remocion de lignina con el uso de extractos de enzima extracelular y mediadores, todavia no ha sido ampliamente estudiada. Por consiguiente, se desarrollo una metodologia para extraer del hongo Pleurotus ostreatus, el cual fue cultivado por fermentacion en substrato solido, un coctel de enzimas compuesto por lacasa, manganeso peroxidasa (MnP) y lignoperoxidasa (LiP). Estos extractos enzimaticos fueron probados con el uso de dos mediadores: 1) ABTS: 2,2'-azino-bis-3-etilbenzotiazolina-6-acido sulfonico y 2) vainillina, sobre dos diferentes tipos de residuos: no tratados y pretratados con ultrasonido. Como resultado se encontro que el extracto crudo de enzima estuvo compuesto por actividad lacasa (0.432 U/mL), LiP (0.116 U/mL) y MnP (0.025 U/mL). Adicionalmente, los resultados confirmaron que este extracto crudo en asocio con ABTS como mediador de lacasa, fue capaz de remover el 52.7% de la lignina de los residuos de cana de azucar pretratados con ultrasonido. Tambien es importante resaltar que estos resultados fueron muy promisorios, sobre todo si se puede usar un extracto extracelular mas concentrado. EnglishIndustrial residues are resources that generate regional energy security but they have not been sufficiently valued. In southern Colombia, the sugar cane sector produces approximately 9'000 000 T/year of residues, mostly represented by tops and leaves. Delignification is a critical step in the process of obtaining ethanol from these residues. The removal of lignin using extracellular enzyme extracts and mediators has not been widely studied. Therefore, a methodology was developed to extract, a cocktail of enzymes consisting of laccase, manganese peroxidase (MnP) and lignoperoxidase (LiP) from Pleurotus ostreatus, which was cultivated by solid substrate fermentation. The extracts with two mediators: 1) ABTS: 2,2'-azino-bis-3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic-acid and 2) vanillin, were tested on two different types of residues: untreated residues and pretreated residues with ultrasound. It was found that the crude enzyme extract contained laccase (0.432 U/mL), LiP (0.116 U/mL) and MnP (0.025 U/mL) activity. Additionally, the results confirmed that this extract was capable of removing 52.7% of lignin from ultrasound pretreated sugar cane residues and ABTS as the laccase mediator. It is important to highlight that the results obtained were very promising mainly if a more concentrated extracellular extract can be used. portuguesOs residuos industriais sao recursos que geram uma seguranca energetica regional, mas eles nao sao suficientemente valorizados. No sul da Colombia, o setor da cana de acucar produz aproximadamente 9'000 000 T/ano de residuos, principalmente representados por folhas e miolos. Destes residuos podemos obter etanol e uma das etapas mais criticas e a deslignificacao. Neste processo, a remocao de lignina com o uso de extratos de enzima extracelular e mediadores, ainda nao foi amplamente estudada. Consequentemente, foi desenvolvida uma metodologia para a extracao do fungo Pleurotus ostreatus, o qual foi cultivado por fermentacao em substrato solido, um coquetel de enzimas composto por lacase, manganes peroxidase (MnP) e lignoperoxidase (LiP). Estes extratos enzimaticos foram testados com o uso dos mediadores: 1) ABTS: 2,2'-azino-bis-3-etilbenzotiazoline-6-acido sulfonico e 2) vanilina, sobre dois diferentes tipos de residuos: nao tratados e pre-tratados com ultrassom. Como resultado verificou-se que o extrato cru de enzima esteve composto por atividade lacase (0.432 U/mL), LiP (0.116 U/mL) e MnP (0.025 U/mL). Adicionalmente, os resultados confirmaram que esse extrato cru junto com o ABTS como mediador de lacase foi capaz de remover 52.7% da lignina dos residuos de cana de acucar pre-tratados com ultrassom. Tambem e importante salientar que estes resultados foram muito promissorios, designadamente, se e possivel utilizar um extrato extracelular mais concentrado.