Screening of argentinean ligninolytic fungal strains for their biotechnological application in the pulp and paper industry

Los materiales lignocelulósicos dan origen a múltiples industrias, siendo la fabricación de pulpa y papel una actividad económica de importancia global. Estudios previos demostraron que las enzimas de hongos ligninolíticos podrían resultar útiles en distintas etapas del procesamiento de la madera, así como en la biorremediación de los efluentes. El presente trabajo se centró en el relevamiento y la caracterización enzimática de 35 cepas de hongos causantes de pudrición blanca de la República Argentina y en su posible utilización en tres etapas específicas de la producción de pulpa y papel: biopulpado, bioblanqueo y degradación del licor negro. Los resultados de esta investigación permitieron identificar una cepa con potencial para el biopulpado de madera de Pinus taeda. Pycnoporus sanguineus no sólo fue capaz de reducir el contenido de lignina un 11% en 14 días de tratamiento, sino que también produjo cambios estructurales notables en la lignina y la hemicelulosa, incrementando la porosidad 15%. Además de la modificación química causada por delignificación selectiva, los cambios físicos producidos, como el aumento del tamaño de poro, afectan directamente la penetración de productos químicos de cocción, reduciendo el consumo de energía en el proceso. En referencia al bioblanqueo, se lograron resultados promisorios mediante una secuencia sencilla, totalmente libre de cloro, que involucró sobrenadantes de cultivo de Trametes trogii y Coriolus antarcticus, y posterior blanqueo con peróxido de hidrógeno. La misma funcionó aun en condiciones moderadas (28°C) lo que permite minimizar el consumo de energía y la pérdida de pulpa. La utilización de crudos enzimáticos evita el costo elevado de la purificación enzimática y el uso de mediadores adicionales. Entre las cepas investigadas para su posible uso en el tratamiento del licor negro, Lenzites elegans fue capaz de lograr buenos porcentajes de decoloración, y sólo requirió para ello de la disminución del pH del efluente con el agregado de ácido cítrico. Irpex lacteus también resultó capaz de decolorarlo, pero fue necesario un dializado previo. Como resultado de esta investigación, se identificaron nuevas cepas de hongos ligninolíticos con potencial en biopulpado, bioblanqueo y decoloración del licor negro y se analizaron condiciones a ser tenidas en cuenta a la hora de utilizar a estos organismos o sus enzimas en dichos procesos.Lignocellulosic materials give rise to multiple industries, being the pulp and paper an economic activity of global importance. Previous studies demonstrated that fungal ligninolytic enzymes may be useful in various stages of wood processing and effluents bioremediation. This work focuses on the screening and enzymatic characterization of 35 strains of Argentinean white-rot fungi and their possible use in three specific stages of pulp and paper elaboration: biopulping, biobleaching and black liquor degradation. As a result of this research a strain with potential for biopulping Pinus taeda wood was identified. Pycnoporus sanguineus was not only able to reduce the lignin content 11% in 14 days of treatment, but also caused significant structural changes in lignin and hemicellulose, increasing the porosity of treated wood 15%. In addition to the chemical modification caused by selective delignification, the produced physical changes such as increased pore size, directly affect the penetration of cooking chemicals, reducing energy consumption in the process. Promising results were achieved through a totally chlorine free biobleaching sequence, involving culture supernatants of Trametes trogii and Coriolus antarcticus and a subsequent step of hydrogen peroxide bleaching. This sequence was functional even under mild conditions (28°C), thus minimizing power consumption and pulp loss. Using crude enzyme avoids the high cost of enzyme purification and the need of additional mediators. Among the strains investigated for their potential use in the treatment of black liquor, Lenzites elegans was able to attain good levels of decolorization, and only required lowering the pH of the effluent with citric acid addition. An important decolorization was also achieved by Irpex lacteus but only after the dialyzation of the effluent. As a result of this research, new strains of ligninolytic fungi with potential for biopulping, biobleaching and black liquor decolorization were identified, and several parameters that may affect the use of these organisms or their enzymes in the pulp and paper industry, were optimized.Fil:Da Re, Cristina Verónica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina