Biotechnological processes for chitin recovery out of crustacean waste: A mini-review

Abstract Background: Chitin is an important natural resource. The annual worldwide production is estimated in approximately 1010-1012 ton. It is produced by arthropods (insects and crustaceans), molluscs and fungi. Its main biological function is structural. Crustacean shells are the most important chitin source for commercial use due to its high content and ready availability. Chitin and its derivatives have great economical value because of their numerous applications: food, cosmetics, pharmaceuticals, textile industries, waste water treatment and agriculture. In nature, chitin is closely associated with proteins, minerals, lipid and pigments, which have to be removed. Results: Several techniques to extract chitin from different sources have been reported. The most common method for recovery of chitin from crustacean shells is the chemical procedure. It involves two mayor steps: elimination of inorganic matter (demineralization) and extraction of protein matter (deproteination) using strong acids and bases. However, these processes may cause depolymerization affecting the polymer properties such as molecular weight, viscosity and degree of acetylation. In addition, the chemical purification of chitin is hazardous, energy consuming and threatening to the environment. As an alternative to the chemical process, different biological processes have been investigated: microbiological fermentation and methodologies using enzymatic crude extracts or isolated enzymes. Conclusions: The results reported are extremely variable; however, they offer new perspectives for the production of chitin with the concomitant reduction of the environmental impact.Fil: Hours, Roque Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico la Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales (i); ArgentinaFil: Gortari, Maria Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico la Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales (i); Argentin

Estudio de dos procesos biotecnológicos alternativos para el aprovechamiento del orujo de manzana: enriquecimiento proteico y producción de enzimas pectolíticas

En base a estos antecedentes previos se ideó un plan de trabajo tendiente al desarrollo de una tecnología que permitiera no sólo brindar a la industria juguera del valle del río Negro una alternativa a la disposición final del orujo de manzana al aire libre para que se degrade naturalmente como habitualmente se venia realizando (con los inherentes perjuicios económicos y ecológicos que ello acarrea), sinó que también posibilitara la creación de nuevas industrias que lo emplearan como materia prima. 1) El consumo total del orujo de manzana producido, esto es que a través de distintas alternativas tecnológicas se encontraran las vías de aprovechamiento necesarias para que su uso como materia prima absorviera el total de la cantidad producida. 2) El aprovechamiento integral, o sea que en su transformación no se produjeran residuos finales y, si esto ocurriera, que a su vez fuera posible su uso en otra actividad económicamente rentable. 3) La obtención de productos con interés fundamentalmente regional y/o nacional. 4) El logro de tecnologías que condujeran al máximo de incremento en el valor agregado de los productos obtenidos.Facultad de Ciencias Exacta

In vitro antagonistic activity of Argentinean isolates of Purpureocillium lilacinum on Nacobbus aberrans eggs

In vitro interaction of three Argentinean isolates of Purpureocillium lilacinum (one isolated from a public park and two from agricultural soils) towards Nacobbus aberrans eggs was studied. After seven incubation days, the three isolates showed reproductive fungal structures fully developed whereas 80 to 100 % of the eggs were infected. No significant differences among the three isolates were observed in fungal activity with respect to hatching and parasitism under the assayed test conditions (p > 0.05). The hatching percentage in control plates increased during the evaluation period of the cultures, with no signs of fungal infection, showing significant differences as compared to the plates infected (p < 0.05). Although the three isolates studied could be considered as potential agents for biological control of root-knot nematodes, it is necessary to further study some aspects in a wide range of experimental conditions in the laboratory, greenhouse and field so as to determine their real efficiency.Fil: Gortari, Maria Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales; ArgentinaFil: Hours, Roque Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales; Argentin

Conidial production of Purpureocillium lilacinum LPSC # 876 on solid substrates. Effect on Nacobbus aberrans in tomato plants

Purpureocillium lilacinum (Thom) Samson (Luangsa-ard et al.) ha sido reportado para el control del fitonematodo Nacobbus aberrans. La producción artesanal de hongos biocontroladores se desarrolla sobre sustratos sólidos. Los objetivos del presente trabajo fueron analizar: 1) La producción de conidias de P. lilacinum LPSC # 876 cultivado sobre diferentes sustratos sólidos con varias relaciones C/N, y 2) El efecto de algunos productos fermentados conteniendo conidias de P. lilacinum sobre la población de N. aberrans en plantas de tomate (Lycopersicon esculentum Mill.) cv. Platense cultivadas en maceta en invernáculo. La producción de conidias fue significativamente diferente entre los sustratos utilizados (granos, afrecho y cáscara de arroz, residuo de gírgola, cáscara de langostino y aserrín) siendo mayor sobre afrecho de arroz y en las combinaciones que incluían este sustrato. Los recuentos de conidias más altos (1010 conidias/g de producto fermentado) se correspondieron con una relación C/N entre 16:1 y 29:1. Se encontraron diferencias significativas entre tratamientos en el efecto de P. lilacinum sobre N. aberrans. Las plantas inoculadas con conidias producidas en afrecho de arroz y residuo de gírgola mostraron la menor cantidad de agallas, de masas de huevos y de huevos por masa de huevos. Sin embargo, no se evidenció una actividad antagónica concluyente sobre el nematodo. El afrecho de arroz provee los nutrientes necesarios para una buena producción de conidias de P. lilacinum aunque su combinación con residuo de gírgola mejora la producción. Es necesario rediseñar las estrategias experimentales para demostrar el antagonismo de P. lilacinum hacia N. aberrans.Purpureocillium lilacinum (Thom) Samson (Luangsa-ard et al.) has been reported for the control of the root-knot disease caused by Nacobbus aberrans. Artisanal production of biocontrol fungal agents is carried out on solid substrates. The objectives of the present work were to analyze: 1) the production of conidia by P. lilacinum LPSC # 876 grown on different solid substrates with various C/N ratios, and 2) the effect of some of the fermented products obtained containing P. lilacinum conidia on tomato plants (Lycopersicon esculentum Mill.) cv. Platense (cultivated in pots under greenhouse conditions) inoculated with N. aberrans. Conidial production varied depending on the substrates utilized (rice grains, bran and husk, oyster mushroom residue, shrimp shell and sawdust); rice bran (alone or in combination with other substrates) yielded the best results. The maximum conidia production (1010 conidia/g of fermented product) corresponded to C/N ratios from 16:1 to 29:1. Significant differences were found on the effect of P. lilacinum onto N. aberrans. Tomato plants inoculated with conidia produced on rice bran mixed with oyster mushroom residue showed the lowest amount of galls, egg masses and eggs per egg masse. Nevertheless, an antagonistic effect on the nematode was not evidenced clearly. Rice bran contains the necessary nutrients for a good conidial production by P. lilacinus although its combination with oyster mushroom residue resulted in higher yields. It is necessary to redesign the experimental strategies to demonstrate the antagonism of P. lilacinus onto N. aberrans.Fil: Gortari, Maria Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales. Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales; ArgentinaFil: Hours, Roque Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales. Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales; Argentin

Biotechnological processes for chitin recovery out of crustacean waste: A mini-review

Background: Chitin is an important natural resource. The annual worldwide production is estimated in approximately 1010-1012 ton. It is produced by arthropods (insects and crustaceans), molluscs and fungi. Its main biological function is structural. Crustacean shells are the most important chitin source for commercial use due to its high content and ready availability. Chitin and its derivatives have great economical value because of their numerous applications: food, cosmetics, pharmaceuticals, textile industries, waste water treatment and agriculture. In nature, chitin is closely associated with proteins, minerals, lipid and pigments, which have to be removed. Results: Several techniques to extract chitin from different sources have been reported. The most common method for recovery of chitin from crustacean shells is the chemical procedure. It involves two mayor steps: elimination of inorganic matter (demineralization) and extraction of protein matter (deproteination) using strong acids and bases. However, these processes may cause depolymerization affecting the polymer properties such as molecular weight, viscosity and degree of acetylation. In addition, the chemical purification of chitin is hazardous, energy consuming and threatening to the environment. As an alternative to the chemical process, different biological processes have been investigated: microbiological fermentation and methodologies using enzymatic crude extracts or isolated enzymes. Conclusions: The results reported are extremely variable; however, they offer new perspectives for the production of chitin with the concomitant reduction of the environmental impact.Facultad de Ciencias ExactasCentro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriale

A simple device for controlled feeding of pasty materials used as fermentation substrates

A simple device is described for con-trolled feeding of pasty materials in laboratory scale fed-batch cultures. The device was tested with apple pomace as raw material for production of microbial biomass, using the level of dissolved oxygen as controlled parameter.Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriale

Una contribucion a la caracterización de protopectinasa-SE, una endo-polygalacturonasa de Geotrichum klebahnii con actividad solubilizadora de pectina

La hidrólisis de ácido poligalacturónico (1.8 g.L−1 en buffer acetato de sodio pH 5) con una solución 1.25 mg.L−1 de un preparado comercial (Pectinase SE, Shikibo Ltd., Japan) de protopectinasa SE (PPasa-SE) por 80 minutos produce un poder reductor equivalente a ≈ 400 mg.L−1 de ácido galacturónico monohidrato, lo que representa un grado de polimerización de aproximadamente 4. La estabilidad térmica de la enzima resulta ser proporcional a la concentración de la misma. Una solución conteniendo 12.5 mg.L−1 de pectinasas SE en 20 mM de buffer acetato de sodio pH 5 pierde el 80 % de la actividad al ser agitada en vortex por un período de 80 s a temperatura ambiente. La preincubación de la enzima (37°C, 30 min) con Ca2+, Mg2+, Co2+ Cu2+, Fe2+, Zn2+ and Mn2+ (0.1, 1.0 and 10.0 mM) no afecta su actividad a excepción del Cu2+ (10 mM). El Ca2+ (2.5 mM) and Mg2+ (2.5 mM) en la mezcla de reacción causan inhibición y activación de la enzima respectivamente. La inhibición causada por el Ca2+ es parcialmente revertida por el Mg2+. La enzima no es inhibida por producto. Los valores de Km y Vmax para PGA fueron determinados, resultando en 0.198 ± 0.013 g.L−1 y 0.0509 ± 0.0032 µmol.mL−1.min−1 respectivamente. Este valor de Km es uno de los más bajos reportados para PGasas microbianas de diferentes orígenes.Hydrolysis of polygalacturonic acid (1.8 g.L−1 ) with 1.25 mg.L−1 of a commercial preparation (Pectinase SE from Shikibo Ltd., Japan) containing protopectinase SE (PPase-SE) activity for 80 min released a reducing power equivalent to ≈ 400 mg.L−1 of galacturonic acid monohydrate, yielding oligogalacturonates with an average polymerization degree of around 4. Thermostability of PPase-SE was positively affected by enzyme concentration. Enzyme activity of a solution containing 12.5 mg.L−1 of Pectinase SE in 20 mM sodium acetate buffer, pH 5.0, quickly dropped to less than 20 % after 80 s of vortexing. Enzyme pre-incubation (37°C, 30 min) with Ca2+, Mg2+, Co2+, Cu2+, Fe2+, Zn2+ and Mn2+ (0.1, 1.0 and 10.0 mM) did not affect the activity except in the case of Cu2+ (10 mM). Ca2+ (2.5 mM) and Mg2+ (2.5 mM) in the reaction mixture caused inhibition and activation, respectively. Ca2+ inhibition was partially reverted by Mg2+. The enzyme is not inhibited by products. Km and Vmax value for PGA was determined to be 0.198 ± 0.013 g.L−1 and 0.0509 ± 0.0032 µmol.mL−1.min−1 respectively. This Km value is one of the lowest reported for microbial PGases from different origins.Fil: Cavalitto, Sebastian Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales; ArgentinaFil: Hours, Roque Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales; ArgentinaFil: Mignone, Carlos Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales; Argentin

Extracellular enzymes of <i>Fusarium graminearum</i> isolates

Fusarium graminearum isolates from three different agroecological regions in Argentina were examined according to the production of different extracellular enzyme activities of potential biotechnological interest: pectinases (PGase: polygalacturonase and PMGase: polymethylgalacturonase), cellulase (CMCase: carboxymethylcellulase) and hemicellulase (xylanase). The isolates were grown in minimum salt medium supplemented with 0.25% glucose, 0.125% citric pectin and 0.125% oat bran as carbon sources and/or enzyme inducers. PGase activity was detected early (after two days of incubation) in all the cultures; it was found to be the highest for all the isolates. PMGase was high only for those isolates of the II region. CMCase and endoxylanase activities were particularly found at late stages (after four and seven days of incubation, respectively) and the maximum values were lower than pectinase activities.Facultad de Ciencias Exacta

Una contribucion a la caracterización de protopectinasa-SE, una endo-polygalacturonasa de Geotrichum klebahnii con actividad solubilizadora de pectina

Hydrolysis of polygalacturonic acid (1.8 g.L−1 ) with 1.25 mg.L−1 of a commercial preparation (Pectinase SE from Shikibo Ltd., Japan) containing protopectinase SE (PPase-SE) activity for 80 min released a reducing power equivalent to ≈ 400 mg.L−1 of galacturonic acid monohydrate, yielding oligogalacturonates with an average polymerization degree of around 4. Thermostability of PPase-SE was positively affected by enzyme concentration. Enzyme activity of a solution containing 12.5 mg.L−1 of Pectinase SE in 20 mM sodium acetate buffer, pH 5.0, quickly dropped to less than 20 % after 80 s of vortexing. Enzyme pre-incubation (37°C, 30 min) with Ca2+, Mg2+, Co2+, Cu2+, Fe2+, Zn2+ and Mn2+ (0.1, 1.0 and 10.0 mM) did not affect the activity except in the case of Cu2+ (10 mM). Ca2+ (2.5 mM) and Mg2+ (2.5 mM) in the reaction mixture caused inhibition and activation, respectively. Ca2+ inhibition was partially reverted by Mg2+. The enzyme is not inhibited by products. Km and Vmax value for PGA was determined to be 0.198 ± 0.013 g.Lsup>−1 and 0.0509 ± 0.0032 µmol.mLsup>−1.minsup>−1 respectively. This Km value is one of the lowest reported for microbial PGases from different origins.La hidrólisis de ácido poligalacturónico (1.8 g.L−1 en buffer acetato de sodio pH 5) con una solución 1.25 mg.L−1 de un preparado comercial (Pectinase SE, Shikibo Ltd., Japan) de protopectinasa SE (PPasa-SE) por 80 minutos produce un poder reductor equivalente a ≈ 400 mg.L−1 de ácido galacturónico monohidrato, lo que representa un grado de polimerización de aproximadamente 4. La estabilidad térmica de la enzima resulta ser proporcional a la concentración de la misma. Una solución conteniendo 12.5 mg.L−1 de pectinasas SE en 20 mM de buffer acetato de sodio pH 5 pierde el 80 % de la actividad al ser agitada en vortex por un período de 80 s a temperatura ambiente. La preincubación de la enzima (37°C, 30 min) con Ca2+, Mg2+, Co2+ Cu2+, Fe2+, Zn2+ and Mn2+ (0.1, 1.0 and 10.0 mM) no afecta su actividad a excepción del Cu2+ (10 mM). El Ca2+ (2.5 mM) and Mg2+ (2.5 mM) en la mezcla de reacción causan inhibición y activación de la enzima respectivamente. La inhibición causada por el Ca2+ es parcialmente revertida por el Mg2+. La enzima no es inhibida por producto. Los valores de Km y Vmax para PGA fueron determinados, resultando en 0.198 ± 0.013 g.L−1 y 0.0509 ± 0.0032 µmol.mL−1.min−1 respectivamente. Este valor de Km es uno de los más bajos reportados para PGasas microbianas de diferentes orígenes.Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriale

Una contribucion a la caracterización de protopectinasa-SE, una endo-polygalacturonasa de Geotrichum klebahnii con actividad solubilizadora de pectina

Hydrolysis of polygalacturonic acid (1.8 g.L−1 ) with 1.25 mg.L−1 of a commercial preparation (Pectinase SE from Shikibo Ltd., Japan) containing protopectinase SE (PPase-SE) activity for 80 min released a reducing power equivalent to ≈ 400 mg.L−1 of galacturonic acid monohydrate, yielding oligogalacturonates with an average polymerization degree of around 4. Thermostability of PPase-SE was positively affected by enzyme concentration. Enzyme activity of a solution containing 12.5 mg.L−1 of Pectinase SE in 20 mM sodium acetate buffer, pH 5.0, quickly dropped to less than 20 % after 80 s of vortexing. Enzyme pre-incubation (37°C, 30 min) with Ca2+, Mg2+, Co2+, Cu2+, Fe2+, Zn2+ and Mn2+ (0.1, 1.0 and 10.0 mM) did not affect the activity except in the case of Cu2+ (10 mM). Ca2+ (2.5 mM) and Mg2+ (2.5 mM) in the reaction mixture caused inhibition and activation, respectively. Ca2+ inhibition was partially reverted by Mg2+. The enzyme is not inhibited by products. Km and Vmax value for PGA was determined to be 0.198 ± 0.013 g.Lsup>−1 and 0.0509 ± 0.0032 µmol.mLsup>−1.minsup>−1 respectively. This Km value is one of the lowest reported for microbial PGases from different origins.La hidrólisis de ácido poligalacturónico (1.8 g.L−1 en buffer acetato de sodio pH 5) con una solución 1.25 mg.L−1 de un preparado comercial (Pectinase SE, Shikibo Ltd., Japan) de protopectinasa SE (PPasa-SE) por 80 minutos produce un poder reductor equivalente a ≈ 400 mg.L−1 de ácido galacturónico monohidrato, lo que representa un grado de polimerización de aproximadamente 4. La estabilidad térmica de la enzima resulta ser proporcional a la concentración de la misma. Una solución conteniendo 12.5 mg.L−1 de pectinasas SE en 20 mM de buffer acetato de sodio pH 5 pierde el 80 % de la actividad al ser agitada en vortex por un período de 80 s a temperatura ambiente. La preincubación de la enzima (37°C, 30 min) con Ca2+, Mg2+, Co2+ Cu2+, Fe2+, Zn2+ and Mn2+ (0.1, 1.0 and 10.0 mM) no afecta su actividad a excepción del Cu2+ (10 mM). El Ca2+ (2.5 mM) and Mg2+ (2.5 mM) en la mezcla de reacción causan inhibición y activación de la enzima respectivamente. La inhibición causada por el Ca2+ es parcialmente revertida por el Mg2+. La enzima no es inhibida por producto. Los valores de Km y Vmax para PGA fueron determinados, resultando en 0.198 ± 0.013 g.L−1 y 0.0509 ± 0.0032 µmol.mL−1.min−1 respectivamente. Este valor de Km es uno de los más bajos reportados para PGasas microbianas de diferentes orígenes.Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriale