Production and immobilization of β-glucosidase for transglycosylation

Abstract

Bioethanol from biomass is one of the renewable energy sources. Its production from lignocellulose biomass requires a variety of cellulolytic enzymes, which can all be produced by Trichoderma reesei. Sophorose is an effective inducer for cellulase production with T. reesei. This disaccharide is not present in nature and is extremely expensive. However, it can be produced via transglycosylation reaction with β-glucosidase.

The aim of this work was to produce sophorose via tranglycosylation reaction. This thesis focuses on the production of β-glucosidase with T. reesei and immobilizing the enzyme to perform a transglycosylation reaction. The produced β-glucosidase was immobilized on chitosan beads.

In this thesis, a sugar mixture of lactose and two additional sugars was discovered. This mixture induced protein production in T. reesei. The maximum amount of β-glucosidase (3.0 g/l) was produced with H sugar mixture in four days. The produced maximum β-glucosidase activity was 60 IU/ml at the highest. Immobilization of β-glucosidase was proven to be possible on chitosan beads. However, the produced β-glucosidase immobilized on chitosan beads did not produce a detectable amount of sophorose, although a large amount of gentiobiose (15 g/l) was detected.

Bioetanoli on uusiutuva energianlähde, joka on tehty lignoselluloosaa sisältävästä biomassasta. Sen tuotannossa käytetään erilaisia sellulaaseja, joita voidaan tuottaa Trichoderma reesei homeella. Soforoosi on kallis luonnossa esiintymätön sokeri, joka indusoi tehokkaasti T. reesei hometta tuottamaan sellulaasia. Sitä voidaan tuottaa β-glukosidaasin avulla transglykosylaatio reaktion kautta.

Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia soforoosin tuotantoa. Kokeellisessa osuudessa tarkastellaan eri sokeriyhdistelmien vaikutusta geneettisesti muokatun T. reesei homeen kasvuun ja β-glukosidaasin tuotantoon, sekä β-glukosidaasin immobilisointia kitosaanihelmiin ja helmien käyttöä transglykosylaatioliuoksessa.

Tässä työssä löydettiin sokeriyhdistelmä, joka toimi paremmin kuin muut sokeriyhdistelmät. Tämä sokeriyhdistelmä sisälsi laktoosia, ja kaksi muuta sokeria. Suurin määrä sellulaasia (3,0 g/l) tuotettiin sokeriyhdistelmällä H neljässä päivässä. Korkein β-glukosidaasin aktiivisuus oli 60 IU/ml. Kokeessa todistettiin, että β-glukosidaasin immobilisointi kitosaanihelmiin oli mahdollista. Tuotettu β-glukosidaasi, joka immobilisoitiin kitosaanihelmiin, ei kuitenkaan tuottanut havaittavaa määrää soforoosia, vaikka gentiobioosia muodostuikin 15 g/l.