Biological pretreatment of corn sto

Biological pretreatment of corn stover with white-rot fungus for
improved enzymatic hydrolysis
Badal C. Saha*
, Nasib Qureshi, Gregory J. Kennedy, Michael A. Cotta
Bioenergy Research Unit, National Center for Agricultural Utilization Research, Agricultural Research Service, U.S. Department of Agriculture, Peoria, IL
61604, USA1
article info
Article history:
Received 14 October 2015
Received in revised form
18 December 2015
Accepted 19 December 2015
Available online xxx
Keywords:
White-rot fungus
Biological pretreatment
Enzymatic hydrolysis
Solid state cultivation
Corn stover
abstract
Biological pretreatment of lignocellulosic biomass by white-rot fungus can represent a low-cost and ecofriendly
alternative to harsh physical, chemical or physico-chemical pretreatment methods to facilitate
enzymatic hydrolysis. However, fungal pretreatment can cause carbohydrate loss and it is, therefore,
necessary to use the appropriate fungal strain-biomass type combination. In this work, 26 white-rot
fungal strains were evaluated under solid state cultivation at 74% moisture level at 28
C for 30 days
for fermentable sugar production from corn stover after enzymatic hydrolysis of each fungal pretreated
corn stover using a cocktail of 3 commercial enzyme (cellulase, b-glucosidase, hemicellulase) preparations.
The best result was obtained with Cyathus stercoreus NRRL-6573 which gave a sugar yield of
394 ± 13 mg/g of pretreated stover followed by Pycnoporus sanguineus FP-10356-Sp (393 ± 17 mg/g) and
Phlebia brevispora NRRL-13108 (383 ± 13 mg/g).
Published by Elsevier Ltd.
1. Introduction
Lignocellulosic biomass has great potential for generating useful
bio-products such as fuels and chemicals. However, due to the
recalcitrant nature of lignocellulosic materials relating to the
structural integrity of lignin, hemicellulose and cellulose, it is
essential to apply a pretreatment to facilitate conversion of lignocellulose
to sugars or other value-added products. Pretreatment, as
the first step towards conversion of lignocellulosic feedstocks to
fuels and chemicals, makes up to one-third of the total production
costs and remains one of the main barriers to commercial success
(Saha, 2004). Typically, harsh methods using steam, acid or alkali
and high temperature are used to pretreat lignocellulosic biomass
prior to its breakdown to sugars by enzymes, which also result in
the formation of fermentation inhibitors (Saha, 2003). An alternative
to harsh chemicals and high temperature is microbial pretreatment
employing fungi and their enzymes to break down or
remove lignin from the holocellulose (cellulose and hemicellulose)
surface. Lignin is a polyaromatic polymer that provides rigidity to
lignocellulose. The principal microorganisms responsible for lignin
degradation in nature are white-rot fungi which belong to the
basidiomycete and have complex ligninolytic systems (Leonowicz
et al., 1999; Martinez et al., 2011). The excreted ligninolytic enzymes,
mainly lignin peroxidase (EC 1.11.1.14), manganese peroxidase
(EC 1.11.1.13) and laccase (EC 1.10.3.1) are responsible for
delignification by white-rot fungi (Wan and Li, 2012).
Since fungal pretreatment is an environmentally friendly and
low cost pretreatment approach for enhancing enzymatic
saccharification and fermentation of lignocellulosic biomass, it is
attracting increased attention in recent years (Martinez et al., 2009;
Tian et al., 2012). However, the fungal pretreatment has two
inherent disadvantages e low efficiency and long residence periods.
Moreover, a majority of white-rot fungi degrade lignin and
polysaccharide simultaneously, while some degrade lignin selectively
(Kuhad et al., 1997; Guerra et al., 2003). The most investigated
white-rot fungus for lignin degradation is Phanerochaete
chrysosporium (Bak et al., 2009; Zeng et al., 2014). The structure and
chemical composition are different between woody materials and
agricultural residues, so the ligninolytic systems and the suitable
strains implicated in the lignocellulose degradation process may be
different between these two substrates (Li et al., 2008). It is,
therefore, necessary to evaluate white-rot fungal strains in order to
* Corresponding author. USDA-ARS-NCAUR, 1815 N. University St., Peoria, IL
61604, USA.
E-mail address: [e-mail] (B.C. Saha). 1 Mention of trade names or commercial products in this article is solely for the
purpose of providing specific information and does not imply recommendation or
endorsement by the U.S. Department of Agriculture. USDA is an equal opportunity
provider and employer.
Contents lists available at ScienceDirect
International Biodeterioration & Biodegradation
journal homepage: www.elsevier.com/locate/ibiod
http://dx.doi.org/10.1016/j.ibiod.2015.12.020
0964-8305/Published by Elsevier Ltd.
International Biodeterioration & Biodegradation 109 (2016) 29e35
identify the most potent strain for very powerful delignification
ability while possessing little or no metabolic act

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ปรับสภาพทางชีวภาพของข้าวโพด stover ด้วยเชื้อราขาวเน่าสำหรับเอนไซม์ในระบบย่อยดีขึ้นBadal สห C. *, Nasib Qureshi เกรกอรี J. เคนเนดี้ Michael A. cotta เมนูหน่วยวิจัยพลังงานชีวภาพ ศูนย์แห่งชาติเพื่อใช้ประโยชน์ทางการเกษตรวิจัย วิจัยทางการเกษตรบริการ สหรัฐอเมริกากรมวิชาการเกษตร พี IL61604, USA1ข้อมูลบทความบทความประวัติ:ได้รับ 14 2558 ตุลาคมได้รับในแบบฟอร์มการปรับปรุง18 2015 ธันวาคมยอมรับ 19 2558 ธันวาคมXxx ออนไลน์ที่พร้อมใช้งานคำสำคัญ:เชื้อราขาวเน่าปรับสภาพทางชีวภาพเอนไซม์ย่อยสถานะของแข็งปลูกStover ข้าวโพดบทคัดย่อปรับสภาพทางชีวภาพชีวมวล lignocellulosic โดยเชื้อราขาวเน่าสามารถแสดงต้นทุนต่ำและ ecofriendlyทางเลือกที่รุนแรงทางกายภาพ ทางเคมี หรือดิออร์สวยงามมากกว่าวิธีอำนวยความสะดวกในการเอนไซม์ในระบบย่อย อย่างไรก็ตาม ปรับสภาพที่เชื้อราสามารถทำให้เกิดการสูญเสียแป้ง และ เป็น ดังนั้นจำเป็นต้องใช้การรวมชนิดของเชื้อราสายพันธุ์ชีวมวลที่เหมาะสม ในงานนี้ 26 ขาวเน่าสายพันธุ์เชื้อราถูกประเมินภายใต้สถานะของแข็งเพาะปลูกในระดับความชื้น 74% ที่ 28 C 30 วันสำหรับผลิต fermentable น้ำตาลจากข้าวโพด stover หลังสลายเอนไซม์ของเชื้อราแต่ละ pretreatedstover ข้าวโพดใช้ค็อกเทลของการเตรียมเอนไซม์ทางการค้า (cellulase, b-glucosidase, hemicellulase) 3มากับ Cyathus stercoreus NRRL-6573 ซึ่งให้ผลผลิตน้ำตาลดีที่สุด394 ± 13 mg/g ของ pretreated stover ตาม ด้วย Pycnoporus sanguineus FP-10356-Sp (393 ± 17 mg/g) และPhlebia brevispora NRRL 13108 (383 ± 13 mg/g)เผยแพร่ โดย Elsevier จำกัดบทนำชีวมวล lignocellulosic มีศักยภาพที่ดีสำหรับการสร้างประโยชน์ผลิตภัณฑ์ชีวภาพเช่นเชื้อเพลิงและสารเคมี อย่างไรก็ตาม จากการอ้างธรรมชาติวัสดุ lignocellulosic ที่เกี่ยวข้องกับการความสมบูรณ์ของโครงสร้างของลิกนิ hemicellulose และเซลลูโลส เป็นจำเป็นต้องปรับสภาพเพื่อแปลง lignocelluloseน้ำตาลหรือผลิตภัณฑ์มูลค่าเพิ่มอื่น ๆ สวยงามมากกว่า เป็นขั้นตอนแรกแปลงเริ่ม lignocellulosic ไปเชื้อเพลิงและสารเคมี ทำถึงหนึ่งในสามของการผลิตทั้งหมดค่าใช้จ่ายและยังคงเป็นหนึ่งของอุปสรรคหลักเพื่อความสำเร็จ(สห 2004) โดยทั่วไป วิธีรุนแรงการใช้ไอน้ำ กรดหรือด่างและใช้อุณหภูมิสูงในการ pretreat ชีวมวล lignocellulosicก่อนรายละเอียดน้ำตาลโดยเอนไซม์ ซึ่งยังส่งผลให้การก่อตัวของหมัก inhibitors (สห 2003) ทางเลือกสารเคมีที่รุนแรง และสูงอุณหภูมิเป็นจุลินทรีย์ปรับสภาพใช้เชื้อราและเอนไซม์ของการแบ่ง หรือเอาลิกนิจาก holocellulose (เซลลูโลสและ hemicellulose)พื้นผิว โพลิ polyaromatic ที่ให้ความแข็งแกร่งการมีลิกนิlignocellulose จุลินทรีย์หลักที่รับผิดชอบลิกนิจะย่อยสลายในธรรมชาติเชื้อราขาวเน่าที่เป็นการbasidiomycete และระบบ ligninolytic ซับซ้อน (Leonowiczet al. 1999 มาร์ติเน et al. 2011) เอนไซม์ ligninolytic ที่ขับออกมาส่วนใหญ่เป็นลิกนิฮอส (EC 1.11.1.14), ฮอสแมงกานีส(EC 1.11.1.13) และ laccase (EC 1.10.3.1) รับผิดชอบdelignification ขาวเน่าเชื้อรา (Wan และ Li, 2012)ปรับสภาพเชื้อราเป็น การรักษาสิ่งแวดล้อม และต้นทุนต่ำสวยงามมากกว่าวิธีในการเพิ่มเอนไซม์ในระบบsaccharification และหมักชีวมวล lignocellulosicดึงดูดความสนใจเพิ่มขึ้นในปีล่าสุด (มาร์ติเนร้อยเอ็ด 2009เทียน et al. 2012) อย่างไรก็ตาม ปรับสภาพเชื้อรามีสองข้อเสียลด e ต่ำประสิทธิภาพและระยะเวลาพำนักนานนอกจากนี้ ส่วนใหญ่ของเชื้อราขาวเน่าสลายลิกนิ และpolysaccharide พร้อมกัน ในขณะที่บางย่อยสลายลิกนิเลือก(Kuhad et al. 1997 Guerra et al. 2003) ส่วนใหญ่การตรวจสอบเชื้อราขาวเน่าสำหรับย่อยสลายลิกนิมี Phanerochaetechrysosporium (บากร้อยเอ็ด 2009 เซง et al. 2014) โครงสร้าง และองค์ประกอบทางเคมีแตกต่างระหว่างวัสดุไม้ และตกค้างทางการเกษตร ดังนั้นระบบ ligninolytic และที่เหมาะสมสายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องในกระบวนการย่อยสลาย lignocellulose อาจแตกต่างกันระหว่างพื้นผิวเหล่านี้สอง (Li et al. 2008) จะดังนั้น การประเมินสายพันธุ์เชื้อราขาวเน่าเพื่อให้* ผู้สอดคล้องกัน NCAUR-USDA-ARS, 1815 N. มหาวิทยาลัยเซนต์ พี IL61604 ประเทศสหรัฐอเมริกาอีเมล์: [e-mail] (บริษัทสหก่อนนั้น) มีชื่อทางการค้าหรือผลิตภัณฑ์ในบทความนี้กล่าวถึง 1 เท่าตัววัตถุประสงค์ของการให้ข้อมูล และไม่ได้หมายความคำแนะนำ หรือรับรองกระทรวงเกษตรสหรัฐอเมริกา USDA เป็นโอกาสผู้ให้บริการและนายจ้างเนื้อหารายการ ScienceDirectนานาชาติ Biodeterioration และย่อยสลายทางชีวภาพหน้าแรกของสมุดรายวัน: www.elsevier.com/locate/ibiodhttp://dx.doi.org/10.1016/j.ibiod.2015.12.0200964 8305/เผย แพร่ โดย Elsevier จำกัดนานาชาติ Biodeterioration และย่อยสลายทางชีวภาพ 109 29e35 (2016)ระบุสายพันธุ์ที่มีศักยภาพมากที่สุดสำหรับ delignification มีประสิทธิภาพมากความสามารถในขณะทำการเผาผลาญน้อย หรือไม่มีการครอบครอง

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การปรับสภาพทางชีวภาพของซังข้าวโพดที่มีเชื้อราสีขาวเน่าสำหรับ
การปรับปรุงการย่อยโปรตีนใน
Badal ซี Saha *
, Nasib Qureshi, เกรกอรี่เจเคนเนดี้, ไมเคิลเอ Cotta
พลังงานชีวภาพหน่วยปฏิบัติการวิจัยแห่งชาติศูนย์เพื่อการวิจัยการใช้ประโยชน์ทางการเกษตร, การวิจัยการบริการทางการเกษตรกรมสหรัฐอเมริกา เกษตรพีโอเรีย, IL
61604, USA1
ข้อมูลบทความ
ประวัติศาสตร์บทความ
ที่ได้รับ 14 ตุลาคม 2015
ที่ได้รับในการปรับปรุงรูปแบบ
18 ธันวาคม 2015
ได้รับการยอมรับ 19 ธันวาคม 2015
มีจำหน่าย xxx ออนไลน์
คำสำคัญ:
สีขาวเน่าเชื้อรา
ชีวภาพปรับสภาพ
เอนไซม์ย่อยสลาย
ของแข็งรัฐเพาะปลูก
ข้าวโพด Stover
นามธรรม
ปรับสภาพทางชีวภาพของ ชีวมวลลิกโนเซลลูโลสโดยสีขาวเน่าเชื้อราสามารถเป็นตัวแทนที่มีต้นทุนต่ำและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
ทางเลือกที่จะรุนแรงทางกายภาพเคมีหรือการปรับสภาพทางกายภาพและทางเคมีวิธีการที่จะอำนวยความสะดวกใน
การย่อยสลายของเอนไซม์ อย่างไรก็ตามการปรับสภาพเชื้อราสามารถทำให้เกิดการสูญเสียคาร์โบไฮเดรตและมันจึง
จำเป็นที่จะต้องใช้การรวมกันชนิดเชื้อราสายพันธุ์ชีวมวลที่เหมาะสม ในงานนี้ 26 สีขาวเน่า
สายพันธุ์เชื้อราได้รับการประเมินภายใต้การศึกษาของรัฐที่มั่นคงในระดับความชื้น 74% ณ วันที่ 28 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 30 วัน
สำหรับการผลิตน้ำตาลที่ย่อยจากซังข้าวโพดหลังจากที่ย่อยโปรตีนของแต่ละเชื้อราปรับสภาพ
ซากถั่วลิสงข้าวโพดโดยใช้เครื่องดื่มค็อกเทล 3 เชิงพาณิชย์ เอนไซม์ (เซลลูเลส, B-glucosidase, hemicellulase) เตรียม.
ผลที่ดีที่สุดที่ได้รับกับ Cyathus stercoreus NRRL-6573 ซึ่งให้ผลผลิตน้ำตาลของ
394 ± 13 มิลลิกรัม / กรัม Stover ก่อนได้รับรังสีตาม Pycnoporus sanguineus FP-10356-SP (393 ± 17 mg / g) และ
Phlebia brevispora NRRL-13108 (383 ± 13 mg / g).
จัดทำโดย Elsevier จำกัด
1 บทนำ
ลิกโนเซลลูโลสชีวมวลมีศักยภาพที่ดีสำหรับการสร้างประโยชน์
ผลิตภัณฑ์ชีวภาพเช่นเชื้อเพลิงและสารเคมี อย่างไรก็ตามเนื่องจาก
ธรรมชาติบิดพลิ้วของวัสดุลิกโนเซลลูโลสที่เกี่ยวข้องกับ
ความสมบูรณ์ของโครงสร้างของลิกนินเซลลูโลสเฮมิเซลลูโลสและมันเป็น
สิ่งสำคัญที่จะนำไปใช้ปรับสภาพเพื่ออำนวยความสะดวกการแปลงของลิกโนเซลลูโลส
น้ำตาลหรือผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าเพิ่มอื่น ๆ ปรับสภาพเป็น
ก้าวแรกของการเปลี่ยนแปลงของวัตถุดิบลิกโนเซลลูโลสเพื่อ
เชื้อเพลิงและสารเคมีที่ทำให้ถึงหนึ่งในสามของการผลิตรวม
ค่าใช้จ่ายและยังคงเป็นหนึ่งในอุปสรรคหลักในการประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์
(เครือสหพัฒน์, 2004) โดยปกติแล้ววิธีการที่รุนแรงโดยใช้ไอน้ำเป็นกรดหรือด่าง
อุณหภูมิและสูงจะใช้ในการ Pretreat ชีวมวลลิกโนเซลลูโลส
ก่อนที่จะมีการสลายของน้ำตาลโดยเอนไซม์ซึ่งยังส่งผลให้เกิด
การก่อตัวของสารยับยั้งการหมัก (เครือสหพัฒน์, 2003) เป็นทางเลือก
กับสารเคมีที่รุนแรงและอุณหภูมิสูงคือการปรับสภาพของจุลินทรีย์
จ้างเชื้อราและเอนไซม์ของพวกเขาที่จะทำลายลงหรือ
ลบลิกนินจาก holocellulose (เซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลส)
พื้นผิว ลิกนินเป็นพอลิเมอ polyaromatic ที่ให้ความแข็งแกร่งให้กับ
ลิกโนเซลลูโลส จุลินทรีย์หลักรับผิดชอบในการลิกนิน
การย่อยสลายในธรรมชาติมีสีขาวเน่าเชื้อราที่อยู่ใน
basidiomycete และมีระบบที่ซับซ้อน ligninolytic (Leonowicz
et al, 1999;.. มาร์ติเน et al, 2011) ขับออกเอนไซม์ ligninolytic,
ส่วนใหญ่ peroxidase ลิกนิน (EC 1.11.1.14), แมงกานีส peroxidase
(EC 1.11.1.13) และแลคเคส (EC 1.10.3.1) มีความรับผิดชอบใน
delignification จากเชื้อราสีขาวเน่า (WAN และหลี่ 2012).
ตั้งแต่เชื้อรา ปรับสภาพเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและ
ค่าใช้จ่ายวิธีการปรับสภาพต่ำสำหรับการเสริมสร้างเอนไซม์
saccharification และหมักชีวมวลลิกโนเซลลูโลสก็จะ
ดึงดูดความสนใจที่เพิ่มขึ้นในปีที่ผ่านมา (มาร์ติเน et al, 2009;.
. Tian et al, 2012) อย่างไรก็ตามการปรับสภาพเชื้อรามีสอง
ข้อเสียโดยธรรมชาติ e ประสิทธิภาพต่ำและระยะเวลาที่อยู่อาศัยนาน.
นอกจากนี้ส่วนใหญ่ของเชื้อราสีขาวเน่าย่อยสลายลิกนินและ
polysaccharide พร้อมกันในขณะที่บางย่อยสลายลิกนินการคัดเลือก
(Kuhad, et al, 1997;.. Guerra, et al, 2003) สอบสวนที่สุด
เชื้อราสีขาวเน่าย่อยสลายลิกนินเป็น Phanerochaete
chrysosporium (Bak et al, 2009;. Zeng et al, 2014). โครงสร้างและ
องค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันระหว่างวัสดุวู้ดดี้และ
เศษเหลือใช้ทางการเกษตรเพื่อให้ระบบ ligninolytic และเหมาะกับ
สายพันธุ์ที่มีส่วนเกี่ยวข้องในกระบวนการย่อยสลายลิกโนเซลลูโลสอาจจะ
แตกต่างกันระหว่างทั้งสองพื้นผิว (Li et al., 2008) มันเป็น
จึงจำเป็นต้องประเมินขาวเน่าเชื้อราสายพันธุ์เพื่อ
* ผู้รับผิดชอบ USDA-ARS-NCAUR 1815 N. มหาวิทยาลัยเซนต์พีโอเรีย, IL
61604, USA.
E-mail address: [e-mail] (BC เครือสหพัฒน์) 1 กล่าวถึงชื่อทางการค้าหรือผลิตภัณฑ์ในเชิงพาณิชย์ในบทความนี้เป็นเพียงเพื่อ
วัตถุประสงค์ในการให้ข้อมูลที่เฉพาะเจาะจงและไม่ได้หมายความถึงคำแนะนำหรือ
รับรองโดยกรมวิชาการเกษตรสหรัฐ USDA เป็นโอกาสที่เท่าเทียมกัน
ของผู้ให้บริการและนายจ้าง.
รายการสามารถดูได้ที่สารบัญ ScienceDirect
นานาชาติ Biodeterioration และสลายตัวทางชีวภาพ
ในหน้าแรกของสมุดรายวัน: www.elsevier.com/locate/ibiod
http://dx.doi.org/10.1016/j.ibiod.2015.12.020
0964 -8305 / เผยแพร่โดยเอลส์ จำกัด
นานาชาติ Biodeterioration และสลายตัวทางชีวภาพ 109 (2016) 29e35
ระบุสายพันธุ์ที่มีศักยภาพมากที่สุดสำหรับ delignification ที่มีประสิทธิภาพมาก
ความสามารถในขณะที่ไม่มีการกระทำที่มีการเผาผลาญอาหารน้อยหรือ