Astratto:[Sfondo] Degradazione microbica lignina alcalina ha attirato maggiore attenzione per le sue caratteristiche di elevata efficienza di degrado e protezione ambientale. [Obiettivo] Screening di funghi di degradazione della lignina altamente efficienti e ottimizzazione delle loro condizioni di degradazione. [Metodi] I ceppi di degradazione della lignina ad alta efficienza sono stati sottoposti a screening mediante metodi di guaiacolo-PDA e piastra blu di anilina e le condizioni di coltura sono state ottimizzate mediante screening a fattore singolo e esperimento sulla superficie di risposta. [Risultati] Un efficiente ceppo di degradazione della lignina BYL-7 è stato vagliato e inizialmente identificato come Trametes versicolor mediante analisi morfologica e multi-sequenza. Il test a fattore singolo ha dimostrato che il pH iniziale, la temperatura e la quantità di inoculo erano i fattori di influenza significativi per la degradazione della lignina e il test della superficie di risposta ha determinato che le condizioni ottimali per la degradazione della lignina erano pH iniziale 6,7, temperatura 25 gradi e quantità di inoculo 8%. . In queste condizioni, il tasso di degradazione della lignina alcalina era del 36,5 percento , ovvero del 54,0 percento in più rispetto a prima; i tassi di degradazione della lignina, dell'emicellulosa e della cellulosa della paglia di riso erano rispettivamente del 32,8%, 21,5% e 13,2%. Tra questi, il tasso di degradazione della lignina è aumentato del 36,1% rispetto a prima. L'attività laccasi ha raggiunto il picco di 120.0 U/L nel 6° giorno, ovvero il 25.0 percento in più rispetto a prima; l'attività della lignina perossidasi ha raggiunto un picco di 1 343.8 U/L nel 6° giorno, ovvero il 36,0% in più rispetto a prima; l'attività della perossidasi di manganese ha raggiunto il picco di 463,8 U/L nel quinto giorno, il 31,7% in più rispetto a prima. [Conclusione] I risultati sperimentali hanno fornito un'utile risorsa fugus per la degradazione della lignina, ma hanno anche accumulato dati rilevanti per la successiva ricerca sulla lignina.
Le strutture casuali ei collegamenti resistenti sono considerati i principali ostacoli per l'applicazione industriale della lignina a confronto. Sebbene siano stati trovati alcuni enzimi correlati alla degradazione della lignina, esistono ancora sfide nel processo di valorizzazione della lignina [2,3]. In primo luogo, è difficile per gli enzimi interagire con la lignina costituita da strutture eterogenee e amorfe. In secondo luogo, è difficile estrarre la lignina da una biomassa lignocellulosica. Due strategie principali sono progettate per risolvere questa sfida. La prima strategia per l'estrazione della lignina è mantenere la lignina insolubile e far entrare la cellulosa e l'emicellulosa nella fase liquida. Un'altra strategia diametralmente opposta è quella di idrolizzare o solubilizzare la lignina ma mantenere insolubili la cellulosa e l'emicellulosa (Figura 1a) [4]. La terza sfida è ottenere prodotti chimici dalla lavorazione della lignina con rese e purezza elevate. Durante il processo di depolimerizzazione, le frazioni di lignina depolimerizzate di solito hanno un'elevata reattività in condizioni di depolimerizzazione, che può causare numerose reazioni collaterali incontrollabili, tra cui la ripolimerizzazione e la condensazione. Queste reazioni collaterali generano nuovi composti che potrebbero ostacolare la conversione diretta della lignina in prodotti target [5,6]. Con la scoperta di un maggior numero di enzimi e percorsi di degradazione della lignina, verrà prestata maggiore attenzione alle sostanze chimiche a valore aggiunto derivate dalla degradazione della lignina.
introduzione
La biomassa lignocellulosica è l'unica risorsa rinnovabile sulla terra, riprodotta a 60 miliardi di tonnellate come carbonio organico all'anno, che ha il potenziale per creare un futuro energetico sostenibile. Nella sua "visione da miliardi di tonnellate", il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ha riferito che quasi 1,3 miliardi di tonnellate di biomassa vegetale secca potrebbero diventare disponibili per produrre biocarburanti e sostituire oltre il 30 percento del consumo nazionale di trasporto di liquidi combustibili (Perlack et al., 2005). La rimozione della lignina dalla biomassa aiuta a migliorare l'efficienza dell'idrolisi della cellulosa e dell'emicellulosa e, pertanto, facilita l'utilizzo della porzione di carboidrati della biomassa nella produzione di etanolo cellulosico e altri biocarburanti (Siqueira et al., 2012). Ogni anno, solo l'industria della cellulosa e della carta produce circa 50-60 milioni di tonnellate di lignina. Si prevede che la quantità di lignina disponibile aumenterà ulteriormente a seguito dei recenti sviluppi della bioraffineria volti a sostituire le materie prime fossili con biomassa lignocellulosica per la produzione di biocarburanti. Un recente rapporto del DOE stima che 0,225 miliardi di tonnellate di lignina (lignina di bioraffineria) potrebbero essere prodotte dalla trasformazione di 750 milioni di tonnellate di materia prima di biomassa in biocarburante (Bozell et al., 2007). Tuttavia, l'uso commerciale della lignina è limitato solo al 2% della sua disponibilità, mentre il resto (Gosselink et al., 2004) viene solitamente bruciato per fornire vapore e calore di processo per le cartiere e le cartiere. È stato riportato che la lignina utilizzata come combustibile a basso costo ha un valore di soli $ 0,18/kg mentre il suo valore come materia prima chimica è circa sei volte superiore (Macfarlane et al., 2009). Poiché i prodotti di lignina esistenti sono attualmente basati principalmente su ligninsolfonati di basso valore (circa 1 milione di tonnellate) e lignine kraft (100,000 tonnellate), i mercati della lignina sono stagnanti a 300 milioni di dollari all'anno con tassi di crescita molto bassi (Nazioni Unite , 2012).
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