Biocatalytic Hydrolysis of Lignocellulosic Biomass : process optimization
Suominen, Beatrice (2022)
Suominen, Beatrice
2022
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022051910451
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022051910451
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön päätavoitteena oli parantaa selluaasientsyymin toimintaa ja kestävyyttä metalli-ionien avulla. Tutkimuksessa käytetty entsyymi oli MetZyme® SUNO™, jota käytetään glukoosin vapauttamiseen lignoselluloosasta. Esikäsitellyn lehtipuubiomassan hydrolyysissä vapautuvaa glukoosia voitaisiin käyttää biopolttoaineiden valmistukseen. Työn toimeksiantajana toimi MetGen Oy, joka tarjoaa asiakkailleen ratkaisuja biokemiallisten prosessien optimointiin.
Käytännön osuuden aikana testattiin metalli-ioneja yksinkertaisella endoglukanaasin entsyymiaktiivisuustestillä, jotta löydettäisiin parhaiten endoglukanaasin aktiivisuutta tehostavat ionit. Parhaiden metalli-ionien löydyttyä entsyymin lämpöstabiilisuus testattiin yhdessä valittujen metalli-ionien kanssa kolmessa eri lämpötilassa. Todellisen substraatin hydrolyysi tehtiin samoissa olosuhteissa (lupaavimmat metalli-ionit ja lämpötilat) ja samoja inkubaatioaikoja käyttäen, jotta suorituskykyä voitaisiin verrata todellisen substraatin ja keinotekoisella substraatilla suoritettujen endoglukanaasin aktiivisuustestien välillä. Työ osoitti, että hydrolyysi, joka suoritettiin lämpötilassa 60 °C sai aikaan suuremman saannon verrattaessa standardiin lämpötilaan 50 ºC 24 tunnin inkuboinnin jälkeen. Sinkkikloridin havaittiin parantavan entsyymin stabiilisuutta 70 °C lämpötilassa. The main goal of this thesis was to improve the function and stability of a cellulase enzyme cocktail with the help of metal ion/ions. The enzyme cocktail used for the study was MetZyme® SUNO™ hydrolysis solution which is used to release glucose from lignocellulose. The glucose released by the hydrolysis of the pretreated hardwood biomass could be used to produce biofuels. The client was MetGen Oy, which offers its tailored enzymatic solutions for optimizing biochemical processes.
During the practical part, metal ions were tested to find the ones that offer the highest boost to endoglucanase activity, measured by a robust endoglucanase enzymatic activity test using a model substrate. When the best metal ions were found, the thermostability of the enzyme in combination with the selected metal ions was tested with three different temperatures. Subsequently, hydrolysis of a biomass substrate was performed in the same conditions (most promising metal ions and temperatures) and with the same incubation times. The performance was compared to the endoglucanase activity with the model substrate. It was shown that hydrolysis performed at 60 ºC had higher yield than hydrolysis at the standard temperature of 50 ºC. These results were obtained after 24 hours of incubation. Zinc chloride was also found to improve the stability of the enzyme at 70 ºC.
Käytännön osuuden aikana testattiin metalli-ioneja yksinkertaisella endoglukanaasin entsyymiaktiivisuustestillä, jotta löydettäisiin parhaiten endoglukanaasin aktiivisuutta tehostavat ionit. Parhaiden metalli-ionien löydyttyä entsyymin lämpöstabiilisuus testattiin yhdessä valittujen metalli-ionien kanssa kolmessa eri lämpötilassa. Todellisen substraatin hydrolyysi tehtiin samoissa olosuhteissa (lupaavimmat metalli-ionit ja lämpötilat) ja samoja inkubaatioaikoja käyttäen, jotta suorituskykyä voitaisiin verrata todellisen substraatin ja keinotekoisella substraatilla suoritettujen endoglukanaasin aktiivisuustestien välillä. Työ osoitti, että hydrolyysi, joka suoritettiin lämpötilassa 60 °C sai aikaan suuremman saannon verrattaessa standardiin lämpötilaan 50 ºC 24 tunnin inkuboinnin jälkeen. Sinkkikloridin havaittiin parantavan entsyymin stabiilisuutta 70 °C lämpötilassa.
During the practical part, metal ions were tested to find the ones that offer the highest boost to endoglucanase activity, measured by a robust endoglucanase enzymatic activity test using a model substrate. When the best metal ions were found, the thermostability of the enzyme in combination with the selected metal ions was tested with three different temperatures. Subsequently, hydrolysis of a biomass substrate was performed in the same conditions (most promising metal ions and temperatures) and with the same incubation times. The performance was compared to the endoglucanase activity with the model substrate. It was shown that hydrolysis performed at 60 ºC had higher yield than hydrolysis at the standard temperature of 50 ºC. These results were obtained after 24 hours of incubation. Zinc chloride was also found to improve the stability of the enzyme at 70 ºC.