Etude de la structure des fructanes d'Agave tequilana et de nouvelles fructanases d'origine microbienne

Le Mexique se caractérise par la présence sur son territoire de nombreuses espèces d’agave qui peuvent être cultivées ou non. En particulier l’Agave tequilana Weber var. azul a une grande importance économique, car elle constitue la principale matière première pour l’élaboration de la tequila. Les agaves durant leur développement, qui dure plusieurs années, accumulent des réserves de sucres constitués par des fructanes. \ud Actuellement, l’optimisation de l’hydrolyse des fructanes d’agave est surtout importante pour l’industrie de la tequila. Elle permettra d’améliorer les rendements d’extraction des sucres. La méthode classique d’hydrolyse des fructanes est constituée principalement d’un procédé de cuisson des agaves crus. L’utilisation d’enzymes spécifiques pour réaliser ce même procédé d’hydrolyse suscite un récent intérêt industriel, parce qu’il permettrait une réduction de la consommation d’énergie. Les fructanes d’agave présentent des structures complexes, les résidus de fructose sont reliés par des liaisons osidiques de type β (2→1) et β (2→6), et la structure est fortement branchée. Il est nécessaire de comprendre les changements de structure des fructanes en fonction de l’étape de croissance des plantes, pour connaître la variabilité naturelle du substrat utilisé pour l’hydrolyse. D’autre part, il est important de découvrir de nouvelles enzymes susceptibles d’hydrolyser de manière spécifique les fructanes d’agave, et les caractériser biochimiquement, pour arriver à une meilleure connaissance de l’intéraction enzyme-substrat qui permettra le développement de nouvelles applications industrielles possibles pour les fructanes d’Agave tequilana. \ud Dans ce travail, la première partie est consacrée à la détermination de la composition en sucres solubles et à la caractérisation de la structure des fructanes d’Agave tequilana présents dans des plantes d’âges différents. Puis, dans la deuxième partie, la purification et la caractérisation biochimique d’une fructanase isolée d’une souche de levure Kluyveromyces marxianus obtenue à partir du procédé de fermentation du mezcal (boisson d’agave distillée) a été étudiée. L’activité de cette enzyme a été comparée à un cocktail enzymatique commercial le fructozyme®. Finalement, dans une troisième partie, des levures isolées de la fermentation de différents types de mezcal ont été criblées et ont permis la sélection de souches capables de dégrader spécifiquement les fructanes d’Agave.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Mexico has a high diversity of Agave plants, which could be cultivated or not. The most economically important is Agave tequilana Weber var. azul, because it is the raw material for the tequila elaboration process. As agaves grow, they accumulate reserve sugars as fructans. \ud Actually, optimizing the A. tequilana fructans hydrolysis, in order to increase the sugar yield, is important to the tequila industry. Traditionally, agaves are cooked to hydrolyze the fructans. However, using enzymes for hydrolysis may reduce energy consumption and increase sugar yields.The fructans of A. tequilana have a complex structure, composed of fructose chains with β (2→1) and β (2→6) linkages with branching points. It is important to understand how the structure of these molecules changes as a function of plant growth, in order to know the natural variability of the substrate that must be hydrolysed. It is also necessary to find new enzymes for the efficient hydrolysis of A. tequilana fructans, and to characterize them biochemically for a better understanding of the enzyme-substrate interaction.\ud The present work has three parts that focuses separately on each of these needs: First, characterizing the water soluble carbohydrates and the structure of the A. tequilana fructans as a function of the plant’s growth (age). Second, purifying and biochemically characterizing a fructanase from Kluyveromyces marxianus yeast isolated from the fermentation of mezcal, and comparing it to a commercial cocktail (Fructozyme®). Third, a screening of enzymes from yeasts used to ferment mezcal, in order to determine their ability to hydrolyze A. tequilana fructans. \ud \u

Comparative of Lignocellulosic Ethanol Production by Kluyveromyces marxianus and Saccharomyces cerevisiae

The world faces a progressive depletion of its energy resources, mainly fossil fuels based on non-renewable resources. At the same time, the consumption of energy grows at high rates, and the intensive use of fossil fuels has led to an increase in the generation of gaseous pollutants released into the atmosphere, which has caused changes in the global climate. The lignocellulosic bioethanol is considered as a promising alternative for use as fuel ethanol. However, one of the main problems in producing ethanol is toxic compounds generated during hydrolysis of lignocellulosic wastes; these compounds cause a longer lag phase and irreversible cell damage to the microorganisms used in the fermentation step. These conditions of fermentation affect the productivity and the economic feasibility of the lignocellulosic ethanol production process. In this context, many efforts had been carried out to improve the capacity of volumetric ethanol productivity of the yeast. The yeast Saccharomyces cerevisiae is commonly employed in industrial ethanol production. However non-Saccharomyces yeast as Kluyveromyces marxianus can produce alcohols at similar or higher levels than S. cerevisiae and on inhibitory conditions

Study of Agave tequilana fructans structure and new fructanases from microbial origin

Le Mexique se caractérise par la présence sur son territoire de nombreuses espèces d’agave qui peuvent être cultivées ou non. En particulier l’Agave tequilana Weber var. azul a une grande importance économique, car elle constitue la principale matière première pour l’élaboration de la tequila. Les agaves durant leur développement, qui dure plusieurs années, accumulent des réserves de sucres constitués par des fructanes. Actuellement, l’optimisation de l’hydrolyse des fructanes d’agave est surtout importante pour l’industrie de la tequila. Elle permettra d’améliorer les rendements d’extraction des sucres. La méthode classique d’hydrolyse des fructanes est constituée principalement d’un procédé de cuisson des agaves crus. L’utilisation d’enzymes spécifiques pour réaliser ce même procédé d’hydrolyse suscite un récent intérêt industriel, parce qu’il permettrait une réduction de la consommation d’énergie. Les fructanes d’agave présentent des structures complexes, les résidus de fructose sont reliés par des liaisons osidiques de type β (2→1) et β (2→6), et la structure est fortement branchée. Il est nécessaire de comprendre les changements de structure des fructanes en fonction de l’étape de croissance des plantes, pour connaître la variabilité naturelle du substrat utilisé pour l’hydrolyse. D’autre part, il est important de découvrir de nouvelles enzymes susceptibles d’hydrolyser de manière spécifique les fructanes d’agave, et les caractériser biochimiquement, pour arriver à une meilleure connaissance de l’intéraction enzyme-substrat qui permettra le développement de nouvelles applications industrielles possibles pour les fructanes d’Agave tequilana. Dans ce travail, la première partie est consacrée à la détermination de la composition en sucres solubles et à la caractérisation de la structure des fructanes d’Agave tequilana présents dans des plantes d’âges différents. Puis, dans la deuxième partie, la purification et la caractérisation biochimique d’une fructanase isolée d’une souche de levure Kluyveromyces marxianus obtenue à partir du procédé de fermentation du mezcal (boisson d’agave distillée) a été étudiée. L’activité de cette enzyme a été comparée à un cocktail enzymatique commercial le fructozyme®. Finalement, dans une troisième partie, des levures isolées de la fermentation de différents types de mezcal ont été criblées et ont permis la sélection de souches capables de dégrader spécifiquement les fructanes d’AgaveMexico has a high diversity of Agave plants, which could be cultivated or not. The most economically important is Agave tequilana Weber var. azul, because it is the raw material for the tequila elaboration process. As agaves grow, they accumulate reserve sugars as fructans. Actually, optimizing the A. tequilana fructans hydrolysis, in order to increase the sugar yield, is important to the tequila industry. Traditionally, agaves are cooked to hydrolyze the fructans. However, using enzymes for hydrolysis may reduce energy consumption and increase sugar yields.The fructans of A. tequilana have a complex structure, composed of fructose chains with β (2→1) and β (2→6) linkages with branching points. It is important to understand how the structure of these molecules changes as a function of plant growth, in order to know the natural variability of the substrate that must be hydrolysed. It is also necessary to find new enzymes for the efficient hydrolysis of A. tequilana fructans, and to characterize them biochemically for a better understanding of the enzyme-substrate interaction.The present work has three parts that focuses separately on each of these needs: First, characterizing the water soluble carbohydrates and the structure of the A. tequilana fructans as a function of the plant’s growth (age). Second, purifying and biochemically characterizing a fructanase from Kluyveromyces marxianus yeast isolated from the fermentation of mezcal, and comparing it to a commercial cocktail (Fructozyme®). Third, a screening of enzymes from yeasts used to ferment mezcal, in order to determine their ability to hydrolyze A. tequilana fructan

Etude de la structure des fructanes d'Agave tequilana et de nouvelles fructanases d'origine microbienne

Le Mexique se caractérise par la présence sur son territoire de nombreuses espèces d agave qui peuvent être cultivées ou non. En particulier l Agave tequilana Weber var. azul a une grande importance économique, car elle constitue la principale matière première pour l élaboration de la tequila. Les agaves durant leur développement, qui dure plusieurs années, accumulent des réserves de sucres constitués par des fructanes. Actuellement, l optimisation de l hydrolyse des fructanes d agave est surtout importante pour l industrie de la tequila. Elle permettra d améliorer les rendements d extraction des sucres. La méthode classique d hydrolyse des fructanes est constituée principalement d un procédé de cuisson des agaves crus. L utilisation d enzymes spécifiques pour réaliser ce même procédé d hydrolyse suscite un récent intérêt industriel, parce qu il permettrait une réduction de la consommation d énergie. Les fructanes d agave présentent des structures complexes, les résidus de fructose sont reliés par des liaisons osidiques de type b (2->1) et b (2->6), et la structure est fortement branchée. Il est nécessaire de comprendre les changements de structure des fructanes en fonction de l étape de croissance des plantes, pour connaître la variabilité naturelle du substrat utilisé pour l hydrolyse. D autre part, il est important de découvrir de nouvelles enzymes susceptibles d hydrolyser de manière spécifique les fructanes d agave, et les caractériser biochimiquement, pour arriver à une meilleure connaissance de l intéraction enzyme-substrat qui permettra le développement de nouvelles applications industrielles possibles pour les fructanes d Agave tequilana. Dans ce travail, la première partie est consacrée à la détermination de la composition en sucres solubles et à la caractérisation de la structure des fructanes d Agave tequilana présents dans des plantes d âges différents. Puis, dans la deuxième partie, la purification et la caractérisation biochimique d une fructanase isolée d une souche de levure Kluyveromyces marxianus obtenue à partir du procédé de fermentation du mezcal (boisson d agave distillée) a été étudiée. L activité de cette enzyme a été comparée à un cocktail enzymatique commercial le fructozyme®. Finalement, dans une troisième partie, des levures isolées de la fermentation de différents types de mezcal ont été criblées et ont permis la sélection de souches capables de dégrader spécifiquement les fructanes d AgaveMexico has a high diversity of Agave plants, which could be cultivated or not. The most economically important is Agave tequilana Weber var. azul, because it is the raw material for the tequila elaboration process. As agaves grow, they accumulate reserve sugars as fructans. Actually, optimizing the A. tequilana fructans hydrolysis, in order to increase the sugar yield, is important to the tequila industry. Traditionally, agaves are cooked to hydrolyze the fructans. However, using enzymes for hydrolysis may reduce energy consumption and increase sugar yields.The fructans of A. tequilana have a complex structure, composed of fructose chains with b (2->1) and b (2->6) linkages with branching points. It is important to understand how the structure of these molecules changes as a function of plant growth, in order to know the natural variability of the substrate that must be hydrolysed. It is also necessary to find new enzymes for the efficient hydrolysis of A. tequilana fructans, and to characterize them biochemically for a better understanding of the enzyme-substrate interaction.The present work has three parts that focuses separately on each of these needs: First, characterizing the water soluble carbohydrates and the structure of the A. tequilana fructans as a function of the plant s growth (age). Second, purifying and biochemically characterizing a fructanase from Kluyveromyces marxianus yeast isolated from the fermentation of mezcal, and comparing it to a commercial cocktail (Fructozyme®). Third, a screening of enzymes from yeasts used to ferment mezcal, in order to determine their ability to hydrolyze A. tequilana fructansTOULOUSE-INSA-Bib. electronique (315559905) / SudocSudocFranceF

Dispersive mixing of surfactant-modified titanium dioxide agglomerates into high density polyethylene

The description of the dispersion process during manufacture of composites is an important factor in designing of polymer processing machines. In this work, the mixing of titanium dioxide agglomerates into high density polyethylene (HDPE) has been studied. The surface of the titanium dioxide particles was treated with an anionic surfactant to compatibilize this polar powder with non-polar polymers, such as HDPE. The mixing process was carried out in an internal mixer equipped with roller blades at different operational conditions and using various compounding sequences. The rheological properties for these filler-polymer systems were measured using a dynamic rheometer. The energy requirement for dispersive mixing was obtained from the torque-time curves. The surface modification of the titania particles improved the dispersibility of the powder into this non-polar hydrophobic polymer

Purification and substrate specificities of a fructanase from Kluyveromyces marxianus isolated from the fermentation process of Mezcal

International audienceA fructanase, produced by a Kluyveromyces marxianus strain isolated during the fermentation step of the elaboration process of "Mezcal de Guerrero" was purified and biochemically characterized. The active protein was a glycosylated dimer with a molecular weight of approximately 250 kDa. The specific enzymatic activity of the protein was determined for different substrates: sucrose, inulin, Agave tequilana fructan, levan and Actilight (R) and compared with the activity of Fructozyme (R). The hydrolysis profile of the different substrates analyzed by HPAEC-PAD showed that the enzyme has different affinities over the substrates tested with a sucrose/inulin enzymatic activity ratio (S/I) of 125. For the hydrolysis of Agave tequilana fructans, the enzyme also showed a higher enzymatic activity and specificity than Fructozyme, which is important for its potential application in the tequila industry. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved

Dispersive mixing of surfactant-modified titanium dioxide agglomerates into high density polyethylene

The description of the dispersion process during manufacture of composites is an important factor in designing of polymer processing machines. In this work, the mixing of titanium dioxide agglomerates into high density polyethylene (HDPE) has been studied. The surface of the titanium dioxide particles was treated with an anionic surfactant to compatibilize this polar powder with non-polar polymers, such as HDPE. The mixing process was carried out in an internal mixer equipped with roller blades at different operational conditions and using various compounding sequences. The rheological properties for these filler-polymer systems were measured using a dynamic rheometer. The energy requirement for dispersive mixing was obtained from the torque-time curves. The surface modification of the titania particles improved the dispersibility of the powder into this non-polar hydrophobic polymer

Fructanase and fructosyltransferase activity of non-Saccharomyces yeasts isolated from fermenting musts of Mezcal

Fructanase and fructosyltransferase are interesting for the tequila process and prebiotics production (functional food industry). In this study, one hundred thirty non-Saccharomyces yeasts isolated from "Mezcal de Oaxaca" were screened for fructanase and fructosyltransferase activity. On solid medium, fifty isolates grew on Agave requilana fructans (ATF), inulin or levan. In liquid media, inulin and ATF induced fructanase activities of between 0.02 and 0.27 U/ml depending of yeast isolate. High fructanase activity on sucrose was observed for Kluyveromyces marxianus and Torulaspora delbrueckii, while the highest fructanase activity on inulin and ATF was observed for Issatchenkia orientalis, Cryptococcus albidus, and Candida apicola. Zygosaccharomyces bisporus and Candida boidinii had a high hydrolytic activity on levan. Sixteen yeasts belonging to K. marxianus, T. delbrueckii and C. apicola species were positive for fructosyltransferase activity. Mezcal microbiota proved to showed to be a source for new fructanase and fructosyltransferases with potential application in the tequila and food industry. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved