Enzyme production by filamentous fungus for lignocellulose hydrolysis

A produção de enzimas lignocelulolíticas por Trichoderma reesei RUT-C30 foi otimizada em frascos agitados e bioreatores de 0,5 e 3L visando maximizar os títulos enzimáticos e produtividade volumétrica. Para isso, foram testadas como fontes de carbono (1% m/v) bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por processo hidrotérmico (BH) ou por explosão a vapor, com (BED) e sem (BEX) deslignificação, em meio contendo proteose peptona, tween 80 e solução salina. Celulose comercial Celufloc200 (CE) foi testada para comparação. Maior produção de enzimas celulolíticas foi obtida com a utilização de BED (1,38 ± 0,11 FPU/mL) quando em comparação com CE (0,78 ± 0,14 FPU/mL) em frascos agitados, sendo esse material utilizado como fonte de carbono nos demais ensaios. A produção de hemicelulases (xilanases) foi similar para os dois meios (em U/mL): 18,03 ± 1,56 para BED e 20,04 ± 1,50 para CE. A variação da concentração da solução salina, da fonte de carbono e dos nutrientes permitiu aumento da produção de enzimas celulolíticas para 1,89 ± 0,12 (meio com o dobro de solução salina) e 2,73 ± 0,09 (meio com 2% m/v de BED e nutrientes proporcionais) em frascos agitados. A suplementação da fonte de carbono com farelo de soja, sacarose, licor de pré-tratamento, lactose e glicerol foi estudada e farelo de soja foi selecionado como suplemento do meio. A elaboração de um meio de mistura contendo o dobro de solução salina, farelo de soja e nutrientes proporcionais à concentração da fonte de carbono (meio MIX) permitiu o aumento da produção de enzimas para, em FPU/mL: 3,33 ± 0,10 (MIX15: contém 1,5% m/v de BED), 3,78 ± 0,33 (MIX20) e 3,67 ± 0,34 (MIX30) em frascos agitados. As atividades de xilanases foram superiores a 130 U/Ml utilizando os meios de mistura. Em bioreator de 3L a produção de enzimas celulolíticas utilizando o meio MIX15 atingiu 2,29 ± 0,20 FPU/mL. Para o meio padrão (BED 1% m/v) o pico de atividade obtido foi de 1,14 ± 0,32 FPU/mL. O aumento da concentração da fonte de carbono em bioreator para 3% (m/v) a partir do meio MIX15 resultou no aumento da atividade celulolítica para 4,20 ± 0,34 FPU/mL. Os picos de atividade de xilanases atingiram valores superiores a 180 U/mL em bioreator. O desempenho do coquetel enzimático produzido no meio MIX15 foi avaliado na hidrólise de BED e BH, e comparado ao coquetel produzido no meio padrão e a um coquetel comercialmente disponível (Sigma). Os valores de conversão de celulose em glicose foram superiores para o coquetel MIX15 em relação aos demais coquetéis ao se utilizar 3 ou 5% de sólidos, com ou sem adição de beta-glucosidase comercial (Novozym 188)The production of lignocellulolytic enzymes by Trichoderma reesei RUT-C30 was optimized in shake flasks and 0.5 and 3L bioreactors to maximize the enzymatic titles and volumetric productivity. The carbon sources considered were sugar cane bagasse (1% w/v) pretreated by the hydrothermal process (BH) or steam explosion, with (BED) and without (BEX) delignification. The medium contained proteose peptone, Tween 80 and saline solution. Commercial cellulose Celufloc200 (CE) was used for comparison. Increased production of cellulolytic enzymes in flasks was obtained with BED as carbon source (1.38 ± 0.11 FPU / ml) when compared to CE (0.78 ± 0.14 FPU / ml), and this material was selected as carbon source for further studies. The production of hemicellulases (xylanases) was similar for the two carbon sources (U / mL): 18.03 ± 1.56 with BED and 20.04 ± 1.50 with CE. Variation of the concentration of the salt solution, carbon source and nutrients led to an increased production of cellulolytic enzymes: 1.89 ± 0.12 (medium with doubled saline solution concentration) and 2.73 ± 0.09 (medium with 2% w/v BED and nutrients proportional to the carbon source) in shake flasks. Supplementation of the carbon source with soybean meal, sucrose, pretreatment liquor, lactose and glycerol was studied and soybean meal has been selected as supplement. The preparation of a mixture medium containing doubled saline solution, soybean meal and nutrients proportional to the concentration of the carbon source allowed increasing the production of enzymes for (in FPU / ml): 3.33 ± 0.10 (MIX15 - containing 1.5% w/v BED) , 3.78 ± 0.33 (MIX20) and 3.67 ± 0.34 (MIX30) in shake flasks. Xylanase activities were higher than 130 U/mL. In a 3L bioreactor, production of cellulolytic enzymes using MIX15 medium reached 2.29 ± 0.20 FPU / mL. For the standard medium (BED 1% w/v) the peak activity was 1.14 ± 0.32 FPU / mL. Increasing the concentration of the carbon source in the bioreactor to 3% w/v starting from MIX15 resulted in a cellulolytic activity of 4.20 ± 0.34 FPU / mL. Xylanase activity reached values higher than 180 U/mL in the bioreactor. The performance of the enzyme cocktail produced in MIX15 medium was evaluated for the hydrolysis of BED and BH, and compared to the cocktail produced in the standard medium and to a cocktail commercially available (Sigma). The values of conversion of cellulose to glucose were higher for the cocktail MIX15 compared to the other cocktails when using 3 or 5% solids, with or without adding commercial beta-glucosidase (Novozym 188