To clarify the effects of several carbohydrates on the biodegradation of lignin by Pleurotus ostreatus. The strain was cultured on the media formulated with lignin and carbohydrates such as cellulose, xylan, collobiose, glucose and xylose, which was added individually. The culture mixtures grown 36 days were filtered and then estimated the degree of lignin biodegradation. It was found that the growth of P. ostreatus was stimulated and the depoly-merization was also increased by the addition of carbohydrates. When the carbohydrates were not added, polymerization was apparent in stead of depolymerization. In the case of glucose as an added carbohydrate, the content of lignin by the nitrosolignin method was greatly (about 7.4 times) decreased than control which contains lignin as a carbon source. The peak of lignin at 280nm in UV spectra was decreased about 27% after 27 days of culture. As results, it was assumed that lignin biodegradation was correlated to the carbohydrates and especially glucose was very significant role in lignin degradation.
Using a novel pine needle agar, fifteen bacterial species were isolated from pine litter. These bacteria were able to degrade aromatic hydrocarbons derived from lignin and utilize the ortho-cleavage of the $\beta$-ketoadipate pathway to degrade protocatechuate or catechol. A different utilization array of aromatic hydrocarbons by these bacteria was also determined. This study provides the information on bacterial species living in pine litter and suggests that these bacteria have metabolic abilities to utilize aromatic hydrocarbons derived from lignin biodegradation.
Mechanism of lignin biodegradation caused by basidiomycetes and the history of lignin biodegradation studies were briefly reviewed. The important roles of fungal extracellular ligninolytic enzymes such as lignin and manganese peroxidases (LiP and MnP) were also summarized. These enzymes were unique in their catalytic mechanisms and substrate specificities. Either LiP or MnP system is capable of oxidizing a variety of aromatic substrates via a one-electron oxidation. Extracellular fungal system for aromatic degradation is non-specific, which recently attracts many people working a bioremediation field. On the other hand, an intracellular degradation system for aromatic compounds is rather specific in the fungal cell. Structurally similar compounds were prepared and metabolized, indicating that an intracellular degradation strategy consisted of the cellular systems for substrate recognition and metabolic response. It was assumed that lignin-degrading fungi might be needed to develop multiple metabolic pathways for a variety of aromatic compounds caused by the action of non-specific ligninolytic enzymes on lignin. Our recent results on chemical stress responsible factors analyzed using mRNA differential display techniques were also mentioned.
The obhective of this minireview is to examine how cometabolic biodegradation of polychlorinated biphenyls (PCBs) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) might be af fected by plant terpenes and lignins as natural substral substrates abundant in mature. The topics covered, hence are environmental sinficance of PCBs and PAHs, nature and disribution of plant terpences and lignin, structural and metabolic similarities of the natural compounds to PCBs and PAHs, and possible roles of the natural substrates in inducing the biodegradative patathways of PCBs and PAHs
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.15
no.4
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pp.131-137
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2007
In this study, the biodegradation test on lignocellulose under sulfate reducing conditions was carried out. In particular, the interaction between cellulose and lignin was investigated with various g-cellulose/g-lignin (C/L) ratios: 42.15, 4.59, 2.51, 1.14 and 0.7. It was shown that the rate of cellulose degradation decreased in proportion to the lignin content. Assuming first order degradation kinetics, the consequences of competitive inhibition were graphically shown for different C/L ratios. The relation between cellulose reduction rate and C/L ratio was expressed by logarithm function with a determination coefficient of 0.97. Lignocellulose reduction rate was also described as a logarithm function of C/L ratio showing a inhibition effect by lignin. In the mean time, the rate of lignin decomposition was higher at C/L ratio of 2.51 and 1.14 compared with C/L ratios of 4.59 and 0.7, indicating that excessive extra carbon source is not appropriate for lignin biodegradation.
리그닌 생분해의 분해경로 및 매카니즘에 관한 연구가 최근 Kirk와 Higuchi 등에 의하여 활발히 연구되고 있다. 특히, Phanerochaete chrysosporium이 생산해내는 Lignlnase를 이용하여 매우 가치있는 연구 결과를 얻고 있다. 본 총설에서는 Kirk와 Higuchi의 허가를 얻어서 그들의 논문을 중심으로 리그닌의 중요한 결합 양식 별로 즉, ${\beta}$-O-4, ${\beta}$-5, ${\beta}$-1, ${\beta}$-6, 5-5 등의 결합 모델 화합물들의 분해경로 및 매카니즘에 관하여 조사 정리하였다.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.16
no.3
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pp.46-51
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2008
The traditional view of the fate of lignin under anaerobic conditions is that it is recalcitrant because molecular oxygen is required for depolymerization. The presence of lignin is apparently the most important factor affecting the biodegradability of ligneous materials. The initial step in the degradation of ligneous material to smaller intermediates is catalyzed by enzymes secreted by microorganisms and is generally regarded as the rate limiting step in the microbial mineralization of organic matter. Biochemical methane potential (BMP) test, typically used to assess anaerobic biodegradability of liquid wastes with added nutrients and bacteria, have been adapted to assess initial biodegradation of ligneous material under anaerobic conditions. A method based on selective inhibition of microorganism activity, by 3% toluene, has been used to measure using the initial degradation rate of ligneous material and the accumulation of lignin-derived compounds.
The lignin degrading fungi were isolated from decayed woods and fruiting bodies gathered in forest area. Lignin degradation ability was investigated by Klason lignin of microbial treated pine wood. Among selected fungi, CJ-6 had 49.48% Klason lignin loss which was greater than 40.58% shown by Trametes versicolor that it is known as a typical lignin degrading fungus. Also, the biodegradation process and morphological features of degraded pine wood by selected fungi were observed with the scanning electron microscope. At the stage of 20 days incubation, mycelia invasion was observed without any failure of wood structure. At 60 days, wood decay was gone in some degree and one part of tracheid and ray wall was destroyed. At 100 days, tracheid wall was severely destroyed, and distinction between ray cell was difficult as cell wall was decayed much.
As the biodegradation of wood constituents has been understood as a multi-basidiomycetes and enzymatic processes, this review will focus on the roles of low molecular compounds and radicals working in harmony with fungal enzymes. Wood rotting basidiomycete fungi penetrate wood, and lead to more easily metabolize carbohydrates of the wood complex. The white-rot fungi, having versatile enzymes, are able to attack directly the "lignin barrier". They also use a multi-enzyme system including so-called "feedback" type enzymes allowing for simultaneous degradation of lignin and carbohydrates. The multi-enzymes including laccase support the proposed route by explaining how the high molecular weight enzymes can function in the wood complex. These enzymes may function separately or cooperate each other. In addition, veratryl alcohol oxidase, cellobiose dehydrogenase, arylalcohol dehydrogenase, and particularly low molecular mediators and radicals have an important role in wood biodegradation. However, the possibility of other mechanism as well as other enzymes, as operating as feedback systems in the process of wood degradation, could not be excluded.
Lignin complexity molecule makes its biodegradation difficult during lignocellulosic wastes composting. So, the improvement of its biodegradation has usually been considered as an objective. This study aimed to determine the impact of Trametes trogii inoculation on organic matter and particularly on lignin and cellulose during green wastes co-composting with olive mill waste water sludge and coffee grounds. Three types of heaps (H1, H2 and H3) were investigated during 180 d. H3 and H2 were inoculated at the beginning of the process (t0) and 120 d later (t120), respectively while H1 was the control. Results showed the absence of pH stabilization in H3 during the first month. Also, in this period we observed a faster degradation of some easily available organic matter in H3 than in the other heaps. After 120 d, a better cellulose decomposition (25.28%) was noticed in H3 than in H1 and H2 (16%). Inoculation during the second fermentation phase induced supplementary lignin degradation in H2 with a percentage of 35% against 23 and 26% for H1 and H3, respectively. For all the runs, a Fourier Transform Infrared analysis showed aliphatic groups' decrease, OH groups' increase and lignin structural modification.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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