Mecanismos envolvidos na biodegradação de materiais lignocelulósicos e aplicações tecnológicas correlatas

Abstract

Recebido em 9/11/10; aceito em 21/6/11; publicado na web em 8/8/11MECHANISMS INVOLVED IN THE BIODEGRADATION OF LIGNOCELLULOSIC MATERIALS AND RELATED TECHNOLOGICAL APPLICATIONS. The biodegradation of lignocellulosic materials is an important natural process because it is responsible for the carbon recycling. When induced under controlled conditions, this process can be used for technological applications such as biopulping, biobleaching of cellulosic pulps, pre-treatment for subsequent saccharification and cellulosic-ethanol production, and increase of the digestibility in agroindustrial residues used for animal feed. In the present work, the enzymatic and non-enzymatic mechanisms involved in the biodegradation of lignocellulosic materials by fungi were reviewed. Furthermore, the technological applications of these extracellular metabolites are presented and discussed.Keywords: wood biodegradation; oxidative enzymes; Fenton reaction. INTRODUÇÃOA biodegradação dos materiais lignocelulósicos tem sido objeto de muitos estudos, pois, além de corresponder a uma importante etapa do ciclo do carbono na natureza, também pode ser aplicada em processos tecnológicos. As aplicações em questão são variadas e incluem desde a ação direta de fungos sobre a madeira, desenhada como uma etapa de pré-tratamento aos processos de fabricação de celulose e papel, 1,2 até processos que usam os fungos decompositores de materiais lignocelulósicos como agentes indutores da degradação de compostos xenobióticos, quer em solos contaminados 3 ou em efluentes industriais. 4 O pré-tratamento de materiais lignocelulósicos com fungos também tem sido apontado como uma forma de facilitar processos subsequentes de conversão da celulose em açúcares fermentescíveis destinados à bioconversão em etanol e outros produtos de interesse comercial. 5,6 Também na área de nutrição animal, a aplicação de fungos decompositores de materiais lignocelulósicos tem sido descrita. Nesse caso, o pré-tratamento biológico é usado para aumentar a digestibilidade de resíduos agroindustriais utilizados na alimentação de ruminantes e não ruminantes. Os fungos, principalmente os causadores de podridão branca seletivos na degradação de lignina, desestruturam a parede celular vegetal, promovendo a conversão dos polissacarídeos em açúcares de fácil assimilação. Além disso, a biomassa fúngica que se desenvolve sobre o lignocelulósico pode servir como fonte de proteína. 7 A aplicação de enzimas produzidas pelos fungos decompositores de materiais lignocelulósicos também tem ganhado muito interesse na atualidade. O uso de xilanases 8 e lacases 9,10 em processos de branqueamento de polpas celulósicas e a aplicação de celulases na hidrólise enzimática de celulose nos processos de produção de etanol de segunda geração, 11 são exemplos de como o avanço no entendimento da biodegradação dos lignocelulósicos tem permitido explorar aplicações tecnológicas de grande relevância para o mundo moderno.O desenvolvimento das aplicações mencionadas anteriormente tem ocorrido de forma simultânea à ger...

Influence of nitrogen sources on the enzymatic activity and grown by Lentinula edodes in biomass Eucalyptus benthamii

“…Many low molecular weight compounds have been identified in the cultivation of wood decomposing fungi. The mode of action of these compounds is to act directly on the plant cell wall or act as mediators of oxidative enzymes (Aguiar and Ferraz, 2011).…”

The fungal ability for biobleaching/biopulping/bioremediation of lignin-like compounds of agro-industrial raw material

“…6 Lignin provides rigidity for stems to growth on land, and waterproofing vascular tissues for From the literature on fungal bioremediation, c.a. 30% focus on white-rot basidiomycetes -the main organisms able to extensively mineralize lignin, 5,13,14 and the ideal model for this is the white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium. 13,15 It is more efficient than other fungi in degrading toxic or insoluble materials, because of its simultaneous oxidative and reductive mechanisms used in many different situations, according to the type and degree of contamination and area or effluent.…”

“…45,51 F. proliferatum, on the other side, after 30 d mineralized 3.5% of a 14 C-(ring)-labeled DHP (dehydrogenation polymerizate, i.e. synthetic lignin) and 10% of 14 Cb-labeled DHP, with a maximum degradation during primary metabolism. 52 The main extracellular lignolytic enzymes produced by these fungi (peroxidases and oxidases) [53][54][55] may not be so efficient as those of white-rot fungi, but have special properties.…”

“…81 A wood environment also may stimulates the level of demethoxylation of lignin model compounds by brown-rot fungi. When G. trabeum was cultivated under optimized conditions on pine wood flakes, the evolved 14 CO 2 from 14 C-methylated lignin was about 30% in 52 d, 59 and 30 ± 60% of the applied radioactivity was released as 14 On the other hand, there are about 10,000 species of whiterot Basidiomycetes, with varying capacities to degrade all the components of wood: lignin, cellulose, and hemicelluloses. Isolated oxidative enzymes from the same origin may become valuable tools for more specific and targeted chemical reactions in fibre bleaching and fibre modification and have been tested for possible applications in the pulp and paper industries.…”

“…98 It has the genetic potential to produce LiP since lip-like sequences were found in Southern hybridization, but the activity of this enzyme could not be detected. Studies with fungi from the genera Stropharia and Agrocybe showed that mineralization of 14 C-(ring)-labeled synthetic lignin (DHP) was about half of the level obtained with wood-inhabiting white-rot fungi, and the main ligninolytic enzymes in litter-decomposing fungi such as A. bisporus and Stropharia rugosoannulata are laccase and MnP. 99,100 Laccase was the only ligninolytic enzyme in Marasmius quercophilus.…”