Five types of agricultural wastes were used for the production of xylanolytic enzyme by Aspergillus flavus K-03. All wastes materials supported high levels of xylanase and ${\beta}-xylosidase$ production. A high level of proteolytic activity was observed in barley and rice bran cultures, while only a weak proteolytic activity was detected in corn cob, barley and rice straw cultures. Maximum production of xylanase was achieved in basal liquid medium containing rice barn as carbon source for 5 days of culture at pH 6.5 and $25^{\circ}C$. The xylanolytic enzyme of A. flavus K-03 showed low thermostability. The times required for 50% reduction of the initial enzyme activity were 90 min at $40^{\circ}C$, 13 min at $50^{\circ}C$, and 3 min at $60^{\circ}C$. Xylanolytic activity showed the highest level at pH $5.5{\sim}10.5$ and more than 70% of the original activity was retained at pH 6.5 and 7.0. The higher stability of xylanolytic enzymes in the broad range of alkaline pH is useful for utilization of the enzymes in industrial process requiring in alkaline conditions. Moreover, the highest production of xylanolytic enzyme was obtained when 0.5% of rice bran was supplied in basal liquid medium. SDS-PAGE analysis revealed a single xylanase band of approximately 28.5 kDa from the culture filtrates.
A cellulolytic and xylanolytic enzyme complex-producing alkalothermoanaerobacterium strain, Tepidimicrobium xylanilyticum BT14, is described. The cell was Grampositive, rod-shaped, and endospore-forming. Based on 16S rRNA gene analysis and various lines of biochemical and physiological properties, the strain BT14 is a new member of the genus Tepidimicrobium. The strain BT14 cells had the ability to bind to Avicel, xylan, and corn hull. The pH and temperature optima for growth were 9.0 and $60^{\circ}C$, respectively. The strain BT14 was able to use a variety of carbon sources. When the bacterium was grown on corn hulls under an anaerobic condition, a cellulolytic and xylanolytic enzyme complex was produced. Crude enzyme containing cellulase and xylanase of the strain BT14 was active in broad ranges of pH and temperature. The optimum conditions for cellulase and xylanase activities were pH 8.0 and 9.0 at $60^{\circ}C$, respectively. The crude enzyme had the ability to bind to Avicel and xylan. The analysis of native-PAGE and native-zymograms indicated the cellulosebinding protein showing both cellulase and xylanase activities, whereas SDS-PAGE zymograms showed 4 bands of cellulases and 5 bands of xylanases. Evidence of a cohesinlike amino acid sequence seemed to indicate that the protein complex shared a direct relationship with the cellulosome of Clostridium thermocellum. The crude enzyme from the strain BT14 showed effective degradation of plant biomass. When grown on corn hulls at pH 9.0 and $60^{\circ}C$ under anaerobic conditions, the strain BT14 produced ethanol and acetate as the main fermentation products.
Bacillus stearothermophilus No. 236, an effective xylanolytic bacterium, produced an extracellular carboxymethyl cellulase when the strain was grown on xylan. The carboxymethyl cellulase was purified to homogeneity as judged by SDS-PAGE and zymogram, The carboxymethyl cellulase had a pI of 4.0, and a molecular mass of 95 kDa. The highest level of enzyme activity was observed at pH 6.5 and $60^{\circ}C$. The $K_m$, and $V_{max}$ values of the enzyme to carboxymethyl cellulose were 20.8 mg/ml and $0.63 {\mu}mole$/min/mg protein, respectively, The enzyme was found to act also on filter paper and xylan as well as carboxymethyl cellulose. Therefore, it is expected that this xylanolytic strain isolated from soil could be efficiently used for xylan biodegradation.
The endo-1,4-${\beta}$-xylanase was extracted and purified from the extracellular xylanolytic systems of Trichoderma viride. The crude enzyme was chromatographed with ion-exchange reins of DEAE Sepharose CL-6B, Sepharose, S-Sepharose CL-6B and the resulting xylanase was turned out to be a single protein as 20KD hy SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. The xylooligomers were obtained from xylan by incubation with the purified xylanase up to 50%. The ${\beta}$-xylosidase lost its activity completely by incubation of crude enzyme for 24hr with buffer solution of pH 2.8 at $27^{\circ}C$. And also, the xylooligomers were obtained from xylan as a main product by incubation with the crude enzyme treated with acidic buffer.
An alkaliphilic bacterium, Bacillus sp. strain BK, was found to produce extracellular cellulase-free xylanolytic enzymes with xylan-binding activity. Since the pellet-bound xylanase is eluted with 2% TEA from the pellet of the culture, they contain a xylan-binding region that is stronger than the xylan-binding xylanase of the extracellular enzyme. The xylanases had a different molecular weight and xylan-binding ability. The enzyme activity of xylanase in the extracellular fraction was 6 times higher than in the pellet-bound enzyme. Among the enzymes, xylanase had the highest enzyme activity. When Bacillus sp. strain BK was grown in pH 10.5 alkaline medium containing xylan as the sole carbon source, the bacterium produced xylanase, arabinofuranosidase, acetyl esterase, and $\beta$-xylosidase with specific activities of 1.23, 0.11, 0.06, and 0.04 unit per mg of protein, respectively. However, there was no cellulase activity detected in the crude enzyme preparation. The hydrolysis of agricultural residues and kraft pulps by the xylanolytic enzymes was examined at 50$^{\circ}C$ and pH 7.0. The rate of xylan hydrolysis in com hull was higher than those of sugarcane bagasse, rice straw, com cop, rice husk, and rice bran. In contrast, the rate of xylan hydrolysis in sugarcane pulp was 2.01 and 3.52 times higher than those of eucalyptus and pine pulp, respectively. In conclusion, this enzyme can be used to hydrolyze xylan in agricultural residues and kraft pulps to breach and regenerate paper from recycled environmental resources.
L-Malic acid (L-MA) is widely used in food and non-food products. However, few microorganisms have been able to efficiently produce L-MA from xylose derived from lignocellulosic biomass (LB). The objective of this work is to convert LB into L-MA with the concept of a bioeconomy and environmentally friendly process. The unique trifunctional xylanolytic enzyme, PcAxy43A from Paenibacillus curdlanolyticus B-6, effectively hydrolyzed xylan in untreated LB, especially corn hull to xylose, in one step. Furthermore, the newly isolated, Acetobacter tropicalis strain H1 was able to convert high concentrations of xylose derived from corn hull into L-MA as the main product, which can be easily purified. The strain H1 successfully produced a high L-MA titer of 77.09 g/l, with a yield of 0.77 g/g and a productivity of 0.64 g/l/h from the xylose derived from corn hull. The process presented in this research is an efficient, low-cost and environmentally friendly biological process for the green production of L-MA from LB.
Filamentous fungi colonizing rice straw were collected from 11 different sites in Korea and were identified based on characterization of their morphology and molecular properties. The fungi were divided into 25 species belonging to 16 genera, including 14 ascomycetes, one zygomycete, and one basidiomycete. Fungal cellulolytic and xylanolytic enzymes were assessed through a two-step process, wherein highly active cellulase- and/or hemicellulase-producing fungi were selected in a first screening step followed by a second step to isolate the best enzyme-producer. Twenty-five fungal species were first screened for the production of total cellulase (TC), endo-${\beta}$-1,4 glucanase (EG), and endo-${\beta}$-1,4 xylanase (XYL) using solid-state fermentation with rice straw as substrate. From this screening, six species, namely, Aspergillus niger KUC5183, A. ochraceus KUC5204, A. versicolor KUC5201, Mucor circinelloides KUC6014, Trichoderma harzianum 1 KUC5182, and an unknown basidiomycete species, KUC8721, were selected. These six species were then incubated in liquid Mandels' media containing cellulose, glucose, rice straw, or xylan as the sole carbon source and the activities of six different enzymes were measured. Enzyme production was highly influenced by media conditions and in some cases significantly increased. Through this screening process, Trichoderma harzianum 1 KUC5182 was selected as the best enzyme producer. Rice straw and xylan were good carbon sources for the screening of cellulolytic and xylanolytic enzymes.
We have screened 766 strains of fungi from the BIOTEC Culture Collection (BCC) for xylanases working in extreme pH and/or high temperature conditions, the so-called extreme xylanases. From a total number of 32 strains producing extreme xylanases, the strain BCC7928, identified by using the internal transcribed spacer (ITS) sequence of rRNA to be a Marasmius sp., was chosen for further characterization because of its high xylanolytic activity at temperature as high as $90^{\circ}C$. The crude enzyme possessed high thermostability and pH stability. Purification of this xylanase was carried out using an anion exchanger followed by hydrophobic interaction chromatography, yielding the enzyme with >90% homogeneity. The molecular mass of the enzyme was approximately 40 kDa. The purified enzyme retained broad working pH range of 4-8 and optimal temperature of $90^{\circ}C$. When using xylan from birchwood as substrate, it exhibits $K_m$ and $V_{max}$ values of $2.6{\pm}0.6\;mg/ml$ and $428{\pm}26\;U/mg$, respectively. The enzyme rapidly hydrolysed xylans from birchwood, beechwood, and exhibited lower activity on xylan from wheatbran, or celluloses from carboxymethylcellulose and Avicel. The purified enzyme was highly stable at temperature ranges from 50 to $70^{\circ}C$. It retained 84% of its maximal activity after incubation in standard buffer containing 1% xylan substrate at $70^{\circ}C$ for 3 h. This thermostable xylanase should therefore be useful for several industrial applications, such as agricultural, food and biofuel.
During the screening of xylanolytic enzymes from locally isolated fungi, one strain BCC14405, exhibited high enzyme activity with thermostability. This fugal strain was identified as Aspergillus cf. niger based on its morphological characteristics and internal transcribed spacer (ITS) sequences. An enzyme with xylanolytic activity from BCC14405 was later purified and characterized. It was found to have a molecular mass of ca. 21 kDa, an optimal pH of 5.0, and an optimal temperature of $55^{\circ}C$. When tested using xylan from birchwood, it showed $K_m$ and $V_{max}$ values of 8.9 mg/ml and 11,100 U/mg, respectively. The enzyme was inhibited by $CuSO_4$, EDTA, and by $FeSO_4$. The homology of the 20-residue N-terminal protein sequence showed that the enzyme was an endo-1,4-$\beta$-xylanase. The full-length gene encoding endo-1,4-$\beta$-xylanase from BCC14405 was obtained by PCR amplification of its cDNA. The gene contained an open reading frame of 678 bp, encoding a 225 amino acid protein, which was identical to the endo-1,4-$\^{a}$-xylanase B previously identified in A. niger.
Chi, Won-Jae;Park, Da Yeon;Park, Jae-Seon;Hong, Soon-Kwang
Microbiology and Biotechnology Letters
/
v.40
no.4
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pp.419-423
/
2012
A xylanolytic bacterial strain, MX47, was isolated from rotting plant matter in soil. The strain was aerobic and gram positive, and grew between pH 6.0 and 11.0. Cells were susceptible to thiostrepton and chloramphenicol. The major fatty acids (>3%) comprised 64.55% of iso-$C_{15:0}$, 22.76% of anteiso-$C_{15:0}$, and 3.92% of iso-$C_{17:0}$. The G/C content of the DNA was 44.15 mol%. The predominant respiratory quinone was menaquinone 7 (MK-7). Searches for 16S rRNA gene sequence similarity as well as phylogenetic analyses strongly suggested that the strain should be classified to the genus Bacillus. However, its biochemical characteristics, including acid production and enzyme activities, are different from those of other Bacillus strains in the same clade, and therefore, we propose the name Bacillus sp. MX47.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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