Biodegradation of lignocellulosic residues by wood-rotting fungi

• Autorzy: Sekrecka-Belniak A.

Warianty tytułu

PL

Biodegradacja reszt lignocelulozowych przez grzyby białej zgnilizny

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Lignocellulosic biomass, consisting of cellulose, hemicellulose and lignin, can be utilized as a substrate in low cost energy recruitment processes e.g. biofuels production. Before application, lignocellulosic residues requires initial treatment based on physical, chemical or biological methods. Biological pretreatment takes of the advantage of the activity of microorganisms, especially bacteria and fungi. Those microorganisms produce cellulolytic and lignin-degrading enzymes which can efficiently degrade lignocellulosic materials. Fungi are able to degrade lignocellulose using two types of extracellular enzymatic systems; the hydrolytic system producing hydrolases that are responsible for polysaccharide degradation and oxidative ligninolytic system, which degrades lignin. The use of woodrotting fungi for large-scale application in alternative energy production might be attractive given their lignocellulose hydrolysis enzymes.

PL

Biomasa lignocellulozowa jest trudno rozkładalnym odpadem pochodzącym z różnych gałęzi przemysłu m.in. drzewnego, papierniczego oraz rolno-spożywczego. Rozwój technologii wykorzystywania biomasy lignocelulozowej skupia się głównie na biorafinacji, której produktami są: biopaliwa, biomateriały i biochemikalia. Biopaliwa pozyskuje się na drodze degradacji biomasy lignocellulozowej wykorzystując różnorodne grupy mikroorganizmów mające zdolność do rozkładu lignocellulozy w procesach fermentacji alkoholowej, metanowej oraz procesach kompostowania. Wykorzystanie lignocellulozy jest jednak skomplikowane ze względu na obecność hemicelulozy i ligniny, które utrudniają dyfuzję i transport enzymów celulitycznych do miejsca ich działania. Biologiczna obróbka wstępna wykorzystuje zdolność bakterii i grzybów do wytwarzania enzymów celulolitycznych oraz enzymów rozkładających ligninę, dzięki czemu mogą skutecznie degradować materiały lignocelulozowe. Grzyby białej zgnilizny, jako jedyne mikroorganizmy są zdolne do degradacji lignocelulozy przy użyciu dwóch typów zewnątrzkomórkowych układów enzymatycznych. Układ hydrolityczny wytwarzający hydrolazy, które są odpowiedzialne za degradację polisacharydów oraz oksydacyjny układ ligninolityczny, który rozkłada ligninę.

Słowa kluczowe

EN

lignocellulose bioconversion; lignocellulosic residues; white rot fungi

PL

biodegradacja; reszty lignocelulozowe; grzyby białej zgnilizny

• Wydawca: Wydawnictwo Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
• Czasopismo: Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Forestry and Wood Technology
• Rocznik: 2018
• Tom: No. 103
• Strony: 97--105
• Opis fizyczny: Bibliogr. 57 poz., tab.

Twórcy

autor

Sekrecka-Belniak A.

• Warsaw University of Life Sciences, Faculty of Wood Technology

Bibliografia

• 1. ABDUL EL-NASSER N.H., HELMY S.M., EL-GAMMAL A.A., 1997: Formation ofenzymes by biodegradation of agricultural wastes with white rot fungi, Polymer degradationand stability 62:249-255.
• 2. ALONSO A., PEREZ P., MORCUENDE R.,MARTINEZ-CARRASCO R., 2008: Future CO2 concentrations, though not warmer temperatures, enhance wheat photosynthesis temperature responses, Physiol Plant 132:102-112.
• 3. AVGERINOS GC., WANG DIC., 1983: Selective delignification for fermentation ofenhancement, Biotechnol bioeng 25:67-83.
• 4. BAJPAI P., 2016: Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for Biofuel Production,Springer Briefs in Green Chemistry for Sustainability 103.
• 5. BENNETT J.W., WUNCH K.G., FAISON B.D., 2002: Use of fungi in biodegradation, In:Hurst C.J., editor. Manual Of Environmental Microbiology, Washington DC: AMS press,960-971.
• 6. CHANG VS., HOLTZAPPLE MT., 2000: Fundamental factors affecting biomass enzymaticre activity, Appl Biochem Biotechnol 84-86;5-37.
• 7. CHEN F., DIXON R.A., 2007: Lignin modification improves fermentable sugar yields forbiofuel production. Nat Biotechnol 25:759–761.
• 8. CULLEN D., KERSTEN P.J., 2004: Enzymology and molecular biology of lignindegradation. In Brambl R., Marzluf G.A., editors, The Mycota III. Biochemistry andmolecular biology, Berlin-heidelberg:Springer-Verlag, 249-273.
• 9. DESVAUX M., Clostridium cellulolyticum: model organism of mesophilic cellulolyticclostridia, FEMS Microbiol Rev 29:741-764.
• 10. FAO Statistical Yearbook, 2013: Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome.
• 11. GALBE M., ZACCHI G., 2002: A review of the production of ethanol from soft wood, Appl Microbiol Biotechnol 59:618-628.
• 12. GŁÓWNY INSPEKTORAT OCHRONY ŚRODOWISKA, 2014: Stan środowiska w Polsceraport 2014, biblioteka monitoringu środowiska Warszawa 2014http://www.gios.gov.pl/images/dokumenty/pms/raporty/GIOS_raport_2014.pdfaccess 06.2018.
• 13. GOYAL A., GHOSH B., EVELEIG D., 1991: Characterization of fungal cellulases, BioresurTechnol 36:37-50.
• 14. GREENE N., 2004: Growing energy. How biofuels can help end America’s oil dependence.Natural Resources defence Council, New York, 1-86.
• 15. GUILLEN F., MARTINEZ A.T., MARTINEZ M.J., 1992: Substrate specifity and propertiesof the aryl-alcohol oxidase from ligninolytic fungus Pleurotus eryngii, Eur J Biochem 209:603-611.
• 16. HAMMEL K.E., 1997: Fungal degradation of lignin. In: Cadish G., Giller K.E., editors. Plantlitter quality and decomposition, CAB-International, 33-46.
• 17. HENDRICKS AT., ZEEMAN G., 2009: Pretreatments to enhance the digestibility oflignocellulosic biomass.
• 18. HILL J., NELSON E., TILMAN D., POLASKY S., TIFFANY D., 2006: Environmental,economic, and energetic costs and benefits of biodiesel and ethanol biofuels, Proc Natl Acad Sci USA, 103:11206-11210.
• 19. HON D.N.S., 2000: Pragmatic approaches to utilization of natural polymers: Challenges and opportunities, In: Frollini E., Leao A.L., Mattoso L.H.C., editors, Natural polymers andagrofibers composites, New York: Marcel Dekker Inc, 1-14.
• 20. HON D.N.S., SHIRAISHI N., 2001: Wood and cellulosic chemistry. Marcel Dekker, New York.
• 21. HOWARD R.L., ABOTSI E., JANSEN NAN RENSBURG E.L., HOWARD S., 2003: Lignocellulose biotechnology: issues of bioconversion and enzyme production, Afr Biotechnol 2:602-619.
• 22. JEFFRIES T.W., Biodegradation of lignin and hemicelluloses. In: Ratledge C., editor,Biochemistry of microbial degradation, Dordrecht: Kluwer, 233-277.
• 23. JENSEN Jr K.A., BAO W., KAWAI S., SREBOTNIK E., HAMMEL H.E., 1996:Manganese-dependent cleavage of nonphenolic lignin structure by Ceriporipsis subvermisporain the absence of lignin peroxidase, appl Environ Microbiol 62:3679-3686.
• 24. JOHN F.,MONSALVE G., MEDINA P.I.V., RUIZ C.A.A., 2006: Ethanol production ofbanana shell and cassava starch, Dyna Universidad Nacional de Colombia, 73:21-27.
• 25. KERSTEN P., Cullen., 2007: Extracellular oxidative systes of the lignin-degrading Basidiomycete Phanerochaete chrysosporium, Forest Genet Biol 44:77-87.
• 26. KRAJEWSKI A., WITOMSKI P., 2003: Ochrona Drewna, edited by R Ramus, University of Life Science-SGGW104.
• 27. LEONOWICZ A., MATUSZEWSKA A., LUTEREK J., ZIEGENHAGEN D., WOJTASWASILEWSKA M., CHO N.S., et al., 1999: Biodegradation of lignin by white rotfungi. Fungal Genet Biol 27: 175-178.
• 28. LYND L, CUCHMAN J.H., Nichols R.J., WYMAN C., 1991: Fuel ethanol from cellulosic biomass. Science 15:1318-1323.
• 29. MALHERBE S., CLOETE T.E., 2002: Lignocellulose biodegradation: fundamentals and application, Reviews Environ Sci Bio/Technol, 1:105-114.
• 30. MARTINEZ G., et al., 2004: Genome sequence of the lignocellulose degrading fungus Phanerochaete chrysposporium strain RP78, Nature Biotechnol 22:1-6.
• 31. McKENDRY P., 2002: Energy production from biomass: overview of biomass, BioresourcesTechnology, 83: 37-43.
• 32. MIETTINEN-ORINONEN A., SUOMINEN P., 2002: Enhanced production of Trichodermareesei endoglucanases and use of the new cellulose praeparations in producing the stonewashed effect on Denim fabric, Appl Environ Microbiol 68:3956-3964.
• 33. MORENDO N., LORENZO M., DOMINGUEZ A., MOLDES D., CAMESELLE C.,SANROMAN A., 2003: Enhanced ligninollytic enzyme production and degrading capabilityof Phanerochaete chrysposporium and Trametes versicolor. World J Microb Biotechnol 19:665-9.
• 34. PEREZ J., MUNOZ-DORADO J., DE-LA-RUBIA T., MARTINEZ J., 2002: Biodegradation and biological treatments of cellulose, hemicellulose and lignin: an overview, Int Microbiol 5:53-63.
• 35. PODGORNIK H., PODGORNIK A., MILAVEC P., PERDIH A., 2001: The effect ofagitation and nitrogen concentration on lignin peroxidase (LiP) isoform composition duringfermentation Phanerochaete chrysposporium, J Biotechnol 88;173-176.
• 36. PRASSAD S., SINGH A., JOSHI H.C., 2007: Ethanol as an alternative fuel from agricultural, industrial and urban residues, Resour Conserv Recycl 50:1-39.
• 37. PERALTA R.M, POLACCHINE DA SILVA B., CARVALHO GOMES CÔRREA R, KATOC.G., SEIXAS, F BRACHT A., 2017: Biotechnology of Microbial Enzymes Production, Biocatalysis and Industrial Applications Chapter 5–Enzymes from Basidiomycetes—Peculiarand Efficient Tools for Biotechnology; 119–149.
• 38. RABINOVICH M.L., MELNIK M.S., BOLOBOVA A.V., 2002: Microbial cellulases: areview, Appl Biochem microbiol 38:305-321.
• 39. ROWELL M.R., 1992: Opportunities for lignocellulosic materials and composities, Emerging technologies for material and chemicals from biomass:Proceedings of symposium, Washhington, DC: American Chemical society, 26-31.
• 40. RUBIN E.M., 2008: Genomics of cellulosic biofuels, Nature 454:841-845.
• 41. SAHA B.C., 2003: Hemicellulose bioconversion, J Ind Microbiol Biotechnol Adv 18:403-423.
• 42. SANCHEZ C., 2009: Lignocellulosic residues: biodegradation and bioconversion by fungi, Biotechnology Advances 27; 185-194.
• 43. SAINI J.K., SAINI R., TEWARI L., 2015: Lignocellulosic agriculture wastes as biomass feedstocks for second-generation bioethanol production: concepts and recent developments. 3 Biotech 5(4):337-353.
• 44. SCHIFFER H-W., 2008: WEC energy policy scenarios. Energy Policy 36:2464-2470.
• 45. SCHNEIDER S.H., 1989: The Green House Effect: Science and Policy. Science, 243; 771-781.
• 46. SHARY S., RALPH S.A., HAMMEL K.E., 2007: New insights into the ligninolytic capability of a wood decay Ascomycete, Appl Environ Microb 73:6691-6694.
• 47. SMITH J.E., ANDERSON J.G., SENIOR E.K., AIIDO K., Bioprocessing of cellulose, PhilosTrans R OC Lond A 321:507-521.
• 48. STEWART D., AZZINI A., HALL A., MORRISON I., 1997: Sisal fibers and their constituentn on-cellulosic polymers, Ind Crops Prod, 6:17-26.
• 49. SUN Y., CHENG J., Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review, Bioresource Technol 83:1-11.
• 50. TEN HAVE R., TEUNISSEN P.I.M., 2001: Oxidative mechanisms involved in lignindegradation by white-rot fungi, Chem Rev 11:3397-3414105.
• 51. The amount of carbon dioxide in the atmosphere just hit its highest level in 800,000 years andscientists predict deadly consequences". Business Insider. Retrieved 2018-05-25.
• 52. UNITED NATIONS, DEPARTMENT OF ECONOMIC AND SOCIAL AFFAIRS,POPULATION DIVISION, World Population Prospects, The 2006 Revision, Highlights; Working Paper ESA/P/WP-202. USA:UN.2007.
• 53. UNITED NATIONS, DEPARTMENT OF ECONOMIC AND SOCIAL AFFAIRS,POPULATION DIVISION (2017). World Population Prospects 2017 – Data Booklet(ST/ESA/SER.A/401).
• 54. VAZ J.S., 2014a: Analytical techniques for the chemical analysis of plant biomass andbiomass products. Analytical Methods 6: 8094-8105.
• 55. VAZ J.S., 2014b: Perspectives for the Brazilian residual biomass in renewable chemistry, Pureand Applied Chemistry 85: 819-820.
• 56. WANG L., YAN W., CHEN J., HUANG F., GAO P., 2008: Function of iron binding chelator produced by Coriolus versicolor in lignin biodegradation, Sci chine C Life Sci 51:214-221.
• 57. WENG J.K., LI X., BONAWITZ N.D., CHAPPLE C., 2008: Emerging strategies of ligninengineering and degradation for cellulosic biofuel production , Curr Opin Biotechnol 19: 166-172.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).