文摘

可以降解木质纤维素lignocellulolytic霉菌等微生物。这项研究的目的是获得正确的类型的模具在降解木质纤维素可可壳粉。该研究使用一个完全随机设计方法使用四个治疗不同类型的模具(木霉,脉孢菌sitophila,黑曲霉,根霉oryzae对可可壳粉发酵)。固体发酵可可豆壳粉进行了5天的孵化温度为30°Ct . viride,n sitophila,r . oryzae,而答:尼日尔35°C。发酵底物是干在烤箱的温度50°C为4天。测试中木质素、纤维素和半纤维素被Chesson表现对治疗方法,而含水率测试是使用采用AOAC公认的方法执行。退化发酵可可豆壳粉显示显著影响水分、木质素、纤维素和半纤维素的内容。木霉导致最高的木质纤维素降解与其他治疗方法相比。木质素含量的百分比减少46.69 wt %;虽然纤维素22.59 wt %;和半纤维素约为19.41 wt %从最初的木质素的重量。

1。介绍

木质纤维素的残渣现在已经成为一个问题随着bioeconomy的发展。木质纤维素的生物质与基础等农业废弃物被认为是作为一种可再生资源,可以通过生物炼制提升对能源(1]。维持价格等木质纤维素残留生物炼油厂已经被认为是一个重要的组件来支持产生bioeconomy通过提供多样化的各式各样的物品从一个广泛的生物质资源来满足社会的各种请求(2]。据,利用各种农业废物需要处理以提高经济、社会和环境通过影响资源效率。

仍未得到充分利用的一个潜在的农业废物是可可壳。可可果通常由外壳(可可豆荚)的73.63%,24.37%的种子(一般有30 - 40可可种子在一个水果),和2%的胎盘(可可种子的包装)(3]。可可巧克力产品的处理、可可壳需要分开的可可。可可壳薄,软,有点黏滑的皮肤已经分开可可通过剥离过程。可可壳含有高纤维,所以当可可壳粉末溶解,纤维和不溶性化合物将解决几分钟后4,5]。

可可壳含有木质素和纤维素,达到18.6%和13.7%6]。粗纤维含量等木质纤维素降解是必要的,它可以消化。通过化学降解木质纤维素可降解(基本、酸、溶剂和氧化)、物理(机械、热、辐射),以及生物(酶和生物降解),已广泛应用到目前为止(7- - - - - -9]。虽然一些组合,如蒸汽爆炸,氨纤维提取、还有一些新技术,例如,supercritical fluids and ionic liquids, developed to make sure that the biocatalysts can access the complex polysaccharides and then convert them to simple sugar [9]。

几个物理化学和生物化学预处理的组合也被执行,目的是为了脱木素的过程中导致复杂的多糖的单糖源自于农业废物。然而,一些psychochemical预处理仍然使用高温,需要高能源和利用酸或碱化合物反应腐蚀地向设备导致高成本和环境不友好10,11]。生物预处理先进,实用和对环境无害的选择习惯物理化学治疗,这是昂贵的和危险的环境12]。

Biodelignification是一个吸引人的方法由于其费用充足,低能量的前提,发展低气候效应和低有毒材料,如糠醛和羟甲基糠醛13]。是选为潜在的和环境微生物脱木素降解木质纤维素的安全方法。模具有更好的能力分解木质素、半纤维素和纤维素只比细菌降解木质素(50%12,14]。同时,白色腐烂模具已经知道有能力去除木质素(85%15]。木霉研究白腐病模具,这是理想的微生物对纤维素和半纤维素水解、活动展示脱木素,增加生物质酶降解性(56%16,17]。等模具答:尼日尔,n sitophila,根霉sp。活动也有脱木素通过酶的释放,如CMCases beta-glucosidases,内切葡聚糖酶,exoglucanase、果胶酶、木聚糖酶18]。

复杂的组件在木质纤维素的水解是密切相关的一些酶等水解纤维素,木质素过氧化物酶(唇),锰过氧化物酶(MnP)和漆酶(19]。纤维素酶是由模具组成的混合三种酶,即endoβ葡聚糖酶、cellobiohydrolase和β葡糖苷酶协同工作在水解纤维素结晶葡萄糖(20.]。木霉可以产生大量的内切葡聚糖酶,而答:尼日尔产生纤维素酶包含β葡糖苷酶,但低挂式和内切葡聚糖酶21]。除了t . viride和答:尼日尔,n sitophila具有较高的纤维素和半纤维素活动在发酵产生单糖(22]。n sitophila强的淀粉分解的α淀粉酶和葡糖淀粉酶酶生产,然而在其分解脂肪的不足和蛋白水解特性,根霉oryzae产生碳水化合物降解酶如淀粉酶、纤维素酶、木聚糖酶、葡糖淀粉酶(23]。内切葡聚糖酶是一种酶,这种酶攻击非晶粗纤维的一部分,而β葡糖苷酶是一种将cellobiohydrolase和寡糖转化成葡萄糖的酶(24]。粗纤维无定形部分由内切葡聚糖酶水解为cellobiohydrolase铺平道路;然而当纤维二糖积累在衬底,内切葡聚糖酶的活动将会抑制(25]。本研究的目的是获取正确的模具可可壳木质纤维素降解。

2。材料和方法

可可粉(Theobroma可可l .)从私人种植园在西爪哇,获得黑曲霉和木霉从微生物实验室,获得学院数学和自然科学,Padjadjaran大学,根霉oryzae和脉孢菌sitophila从微生物学实验室,生命科学与技术学院的,各种研究所万隆。模具隔离被传播在最适温度为3天的模具在马铃薯葡萄糖肉汤/ PDB (Oxoid)。用于传播和发酵的温度是每个模具的最佳温度,即。35°C答:尼日尔和30°Ct . viride,r . oryzae,n sitophila。传播后,模具隔离被浓缩为五(5)天PDB直到它达到10⁸殖民地/毫升。

可可可可壳外壳是磨成粉,用60-mesh已筛筛,然后使用高压蒸汽灭菌15分钟的121°C。无菌基质被接种霉菌分离(答:尼日尔,t . viride,r . oryzae,n sitophila为5天)和孵化的温度30°C (t . viride,r . oryzae,n sitophila)和35°C (答:尼日尔)。发酵后,其结果是然后在50°C为4天,干和干可可壳粉磨和测试。水分含量被采用AOAC公认的测试方法;与此同时,木质素、纤维素和半纤维素被Chesson测试方法;然后,微观结构与扫描电子显微镜进行了测试。

2.1。水分含量测试

两个空盘子干在烤箱105°C的温度1小时,冷却15分钟,然后重直到常数(Mi)。两克的样品准备和投入这道菜在105°C的温度和干1小时,冷却15分钟,然后重直到常数(Mf),并计算使用以下方程:

2.2。木质素、纤维素和半纤维素的测试

八张90毫米绘画纸滤纸放在烤箱在105°C 1小时,然后在干燥器中冷却15分钟。滤纸是重直到恒重。两个陶瓷碗放入炉600°C的温度为60分钟,然后干燥器中冷却30分钟。瓷蒸发皿重直到一个恒重。两张常数滤纸折叠起来放到一个常数瓷蒸发皿然后在火炉里烧成灰烬在600°C 3小时。滤纸火山灰的重量称重并记录,然后,常数滤纸灰分进行了计算。

一克样品(重量)放入一个锥形烧瓶和增加了75毫升的H₂在1000°C O然后回流1小时的恒温水槽。回流的结果与常数滤纸,过滤和残渣与300毫升热水洗。残留在烤箱干在105°C 1小时,干燥器中冷却15分钟,然后称重,直到一个常数体重(体重B)。残渣放入一个锥型,增加了75毫升的H₂所以₄1 n(默克公司),在恒温水槽回流1小时在100°C。结果过滤和清洗,直到中性300毫升热水。残留在烤箱干在105°C 1小时,干燥器中冷却15分钟,然后称重,直到一个常数体重(体重C)。干渣添加50毫升的H₂所以₄72%,室温浸泡4小时。75毫升的渣添加1 N H₂所以₄在100°C和回流1小时的恒温水槽。残渣过滤,用400毫升热水至中性。残留物是在烤箱加热1小时100°C,在干燥器中冷却15分钟,重复,直到体重是恒定和reweighed重量(D)。残留物被烧成灰烬的滤纸在600°C炉5小时。剩余的火山灰和滤纸的重量很重,减少滤纸的恒定重量(E)重量和记录,然后,灰分含量计算使用以下方程:

2.3。微观结构测试

样品被aluminium-palladium涂层和粘贴碳带,然后安装。样品表面高度和持有人进行调整,然后收紧。电子显微镜(JEOL地产- 6360 - la)被用来可视化在10 kV的加速电压(26]。

2.4。统计分析

这项研究是通过使用实验方法采用完全随机设计(CRD)和4(四)治疗不同种类的模具(木霉,脉孢菌sitophila,根霉oryzae,黑曲霉)和4(四)复制。数据分析与方差分析(方差分析)来确定治疗应用的重要性,其次是邓肯测试确定治疗方法之间的差异。

3所示。结果与讨论

3.1。水分含量鉴定

水分含量有显著不同的影响由于呼吸作用的机理和水解木质纤维素的模具。积累产生的高水分含量可能是由于细胞呼吸的水传热机理和低衬底,所以蒸发率往往较低,结果在衬底中包含的水代谢物产量系统中的积累,增加水分的材料(27]。低含水率是由水解木质纤维素组分的酶,需要大量的水,虽然它产生的水呼吸的副产品,但它需要更多的水降解木质纤维素相比,水由呼吸道的副产品28]。

答:尼日尔,n sitophila,t . viride使用水产生次级代谢物的酶,而r . oryzae用水供应的需要主要代谢物呼吸道,所以水的需求r . oryzae远远超过其他模具。水分含量可以减少由于分解热在衬底表面的变化导致水蒸发系统的从内到外。整体退化可可壳含水率为4.11% -4.52%。根据印尼国家标准,可可壳是最多5%的含水量。因此,在这项研究中,可可壳粉已经履行了含水率的要求;另一方面,它表明,可可壳粉干够了,所以它可以存储在长期,不需要特殊治疗。它可以在室温下储存在密封容器,避免机械损伤和从周围环境中吸收水分29日]。如果水分含量是已知的,那么它可以调整存储条件减少微生物的能力增长后发酵过程停止。

3.2。木质素降解的可可壳

基于方差分析的结果,模具增加了对木质素含量显著影响可可壳(表1)。木质素可以防止酶水解多糖中单糖的条目。木质素和半纤维素和纤维素,形成一层从渗透锚定的解决方案(14]。在这项研究中,木质素含量的影响明显不同,因为每个模具有不同的降解木质素的能力取决于细胞外酶的生产。

可可壳粉发酵t . viride最低木质素含量比其他治疗方法。t . viride可以降低木质素含量从17.20%提高到9.17%,这意味着降低木质素含量t . viride可可壳粉达到46.59%。t . viride是白色腐朽真菌能够降解木质素的小麦生产的56% lignin-degrading酶(16]。根据Saili et al。(2014),大多数人木霉属类型模具生产多酚氧化酶降解木质素。

减少木质素与发酵处理n sitophila低于t . viride这是大约28.84%。n sitophila可以减少木质素生产漆酶酶[25%的水平30.]。在木质素降解过程中,漆酶氧化苯氧基苯酚。木质素水平下降答:尼日尔为15.02%,这意味着从最初的木质素含量只有12.67%。按照席尔瓦et al . (2010),曲霉属真菌sp.能降解木质素26.5%通过产生大量的漆酶。

基于表1,r . oryzae可以减少木质素水平从最初的木质素含量4.24%左右,减少这个模具显示百分比低于其他三个模具。根据Viji Neelanarayanan(2015),木质素降解r . oryzae在稻草可以达到23.8%,这是最低的,如果与其他模具如答:oryzae可以减少木质素水平为52%,答:来自烟的58%,混合的文化R。oryzae,。oryzae,答:来自烟的93.8%。它表明,治疗r . oryzae和曲霉属真菌可以减少木质素水平。然而,混合文化可以导致更高的减少比例的木质素水平。

r . oryzae类型模具通常产生更多的纤维素酶、半纤维素、果胶酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶,但他们中的一些人会产生酪氨酸酶和过氧化物酶等水解木质素ENHE类型的r . oryzae(31日]。最高的木质素降解是导致使用担子菌类型如白腐真菌,褐腐病真菌和软腐病真菌。答:尼日尔,n sitophila,t . viride都包含在软腐病真菌类因为答:尼日尔和n sitophila从门microfungi子囊茵和t . viride从亚门microfungi Deuteromycota [32]。

3.3。纤维素降解的可可壳

基于方差分析的结果,模具补充治疗对纤维素含量显著影响了可可壳。在这项研究中,纤维素含量呈现明显不同的影响,因为模具在降解纤维素的能力是不同的。t . viride成功地减少纤维素的可可壳初始纤维素总量的22.59%。木霉属产内切葡聚糖酶降解纤维素(20%33]。t . viride是一个类型的模具,可以摧毁高水平的纤维素和合成几个要素能力强和氢键键合纤维素溶解(34]。保税纤维素转化为葡萄糖和单糖通过使用模具产生的纤维素酶(21]。

的优越性t . viride作为生产者的纤维素酶由于其能力生产完成需要水解纤维素结晶纤维素(35]。霉菌的菌丝可以产生多种酶,包括纤维素和几丁质酶酶。模具通常含有纤维素纤维素有机材料由于其栖息地。纤维素由endo -β1、4-glucanase外β1、4 -葡聚糖酶和β1,4葡糖苷酶(纤维二糖酶),它可以产生的t . viride(36]。

所有这些酶是水解并连续或同时工作。Cellobiohydrolase是一种酶,这种酶亲和力向高水平的纤维素能够打破结晶纤维素,而内切葡聚糖酶作用于无定形纤维素(37]。Cellobiohydrolase粉碎了纤维素通过削减的氢键导致葡萄糖链容易水解。进一步进行水解β葡聚糖酶和β葡糖苷酶,导致葡萄糖。

n sitophila能降解纤维素20.11%,而答:尼日尔降解纤维素13.39%的初始纤维素。脉孢菌sp.利用现有碳化合物在水稻和小麦壳产生纤维素酶,曲霉属真菌sp.利用铵盐产生纤维素酶(38,39]。答:尼日尔包含许多生产纤维素酶β葡糖苷酶,但低挂式和内切葡聚糖酶(40]。n sitophila在最优条件下能产生纤维素酶(内切葡聚糖酶、exoglucanase和β葡糖苷酶)在35°C和pH值5香蕉基质(41]。

治疗r . oryzae结果在一个低纤维素水平的降低,因为它只能降低纤维素水平从31.87%提高到29.77%,这意味着只有6.59%的初始纤维素。r . oryzae提供内切葡聚糖酶和exoglucanase某些基质降解纤维素(Ghosh和王妃射线,2011)。r . oryzae可以产生一个相对高水平的exoglucanase在很短的时间内从干鲜花和柠檬皮利用底物作为碳源(42]。这个声明支持Viji和Neelanarayanan(2015),州r . oryzae在稻壳可以降解纤维素16.74%。纤维素降解r . oryzae是最低的,因为r . oryzae只能生产内切葡聚糖酶和exoglucanase,而其他模具也可以生产吗β葡糖苷酶。

3.4。半纤维素降解的可可壳

基于方差分析的结果,可可壳的模具处理显著影响半纤维素含量。半纤维素含量作了明显不同的效果因不同能力的模具降解半纤维素和纤维素水解。最广泛研究的hemicellulose-degrading酶木聚糖酶(34,43]。木聚糖酶是木聚糖的酶,这种酶催化水解债券在半纤维素的主要成分之一(44]。Endo-1, 4 -β木聚糖酶切糖苷键的木聚糖骨干和降低了底物聚合度。木聚糖不是随机攻击;然而,债券选择水解底物的性质取决于分子链的长度、分支度、取代基的存在(45]。

木聚糖酶是广泛的微生物等产生的木霉属sp。和曲霉属真菌sp。46]。此外,t . viride还生产所有木聚糖酶(47]。根据结果,治疗的t . viride和答:尼日尔半纤维素含量下降,从最初的半纤维素分别19.42%和12.18%的可可壳。根据(48),n sitophila降解纤维素的能力和hemicellulolytic活动在发酵过程产生单糖。n sitophila通常生长在基板只包含碳源、有机盐,和生物素。碳源是mono - di -或多糖。根据声明,半纤维素含量n sitophila从最初的半纤维素治疗的40.27%下降了16.56%。

按照(49),根霉sp。endo和exopolygalacturonase酶降解半纤维素。基于半纤维素含量已知的结果,r . oryzae治疗减少半纤维素水平从48.26%提高到45.24%,减少了6.26%。半纤维素降解低可能是由于galacturonan可可壳含有半纤维素含量低。聚半乳糖醛酸酶、果胶类酶之一,扮演一个角色在成熟的过程中自然水果(50]。

3.5。微观结构的可可壳粉处理

基于图1,表面有一个不同的初始可可壳没有被霉菌发酵,它仍有密集和复杂的木质纤维素结构,虽然表面上的发酵可可豆壳更脆弱的结构。密集排列的结构表明可可壳木质纤维素的高水平。可可壳表面是一个非均匀粒子展品木质纤维素组成的各种化合物,即木质素,纤维素,半纤维素和果胶等物质和多酚51]。

每个治疗显示不同的降解效果,如图1。木质纤维素的结构可可壳delignified的n sitophila和r . oryzae也有类似的结构;然而,可可壳结构处理n sitophila与脆弱的距离往往保持相互绑定,而可可壳采用的结构t . viride也有类似的可可壳结构被答:尼日尔。木质纤维素的结构可可壳治疗t . viride往往没有绑定和脆弱的距离相比答:尼日尔这往往是互相联系。这可能是由于细胞外酶的能力的差异由模具打破木质素对纤维素和半纤维素的债券。

脆弱的,不连续的木质纤维素结构t . viride治疗是由酶活动先后或同时降解木质素,纤维素,半纤维素的债券。Cellobiohydrolase酶产生的t . viride能够分解纤维素晶体的一部分,而内切葡聚糖酶作用于纤维素无定形(24]。Cellobiohydrolase分解纤维素通过削减的氢键导致葡萄糖链容易水解。进一步进行水解β葡聚糖酶和β葡糖苷酶,从而产生葡萄糖。

木质纤维素的结构往往结合治疗答:尼日尔和n sitophila是由更少的工作最佳的漆酶酶。漆酶能够打破α和β在木质素碳债券(Janusz et al ., 2017)。由于低密度结构endoglucosidase酶产生的答:尼日尔这样的无定形部分纤维素仍成立,与木质纤维素结构治疗n sitophila因为,脆弱的结构n sitophila产生更高的endoglucosidase,所以无定形纤维素被分割的一部分52]。木质纤维素的结构r . oryzae结合治疗,往往是密度比木质纤维素的结构n sitophila治疗引起的酶产生的r . oryzae不能够降解木质素、纤维素和半纤维素。

按照(53),纤维素和半纤维素不能直接转换,因为它是与木质素,结构紧密。当模具产生胞外酶,纤维素和半纤维素与木质素木质素本身有可能脱节。断开连接债券是纤维素和木质素和半纤维素之间的氢键和债券之间的木质素和半纤维素醚或酯组的形式。产生的胞外酶在木质素化合物也可能打破债券包括醚组和碳键为木质素片段(54]。木质纤维素的酶的活性也会导致债券打破木质素化合物导致木质素降解。木质素降解开始攻击附加氢原子在酚羟基离子组。

4所示。结论

可可壳粉的发酵黑曲霉,根霉oryzae,木霉,脉孢菌sitophila有显著不同的影响木质素、纤维素和半纤维素含量,然后在含水量无显著差异t . viride n . sitophila和答:尼日尔。木霉模具,显示最高可可shell-degrading能力的百分比减少木质素,纤维素和半纤维素的46.69%,分别为22.59%和19.42%。脉孢菌sitophila20.11%,28.84%的降解木质素,纤维素和半纤维素的16.56%,答:尼日尔13.39%,12.67%的降解木质素,纤维素和半纤维素的12.18%,r . oryzae降解木质素、纤维素和半纤维素的4.24%,6.59%,和6.26%,分别。

可可壳粉发酵木霉强有力的替代来源,可能是混合着可可粉生产的主要原料。大量比例的木质素、纤维素和半纤维素发酵过程导致退化的潜在可可壳粉所示的消化特性,可以进一步确定。可可壳粉的原料木霉表明预处理木质纤维素废料的有效性可以新原材料的来源,可以最大限度地利用可可壳。

数据可用性

支持本研究使用的数据都包含在这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢实验室食品微生物学,食品工业技术,教师农业的和工业的技术,意大利Padjadjaran,也感谢理事会的研究,社区服务的意大利Padjadjaran资助研究和出版的计划“Hibah内部Unpad。”