BIOTECHNOLOGICAL APPLICATIONS OF CELLULASE AND PECTINASE ENZYMES PRODUCED BY SOME FUNGI ISOLATED FROM SOIL IN UPPER EGYPT التطبيقات التقنية الحيوية لإنزيمات السيلوليز والبکتيناز المنتجة من بعض فطريات التربة بصعيد مصر

doi:10.21608/auber.2003.150963

BIOTECHNOLOGICAL APPLICATIONS OF CELLULASE AND PECTINASE ENZYMES PRODUCED BY SOME FUNGI ISOLATED FROM SOIL IN UPPER EGYPT التطبيقات التقنية الحيوية لإنزيمات السيلوليز والبکتيناز المنتجة من بعض فطريات التربة بصعيد مصر

Document Type : Original Article

10.21608/auber.2003.150963

Abstract

ABSTRACT :

This investigation was concerning with isolation and identification of fungal species from soil in upper Egypt (Assiut). Thirty fungal species belonging to eighteen genera were collected and screened for their ability to produce cellulase and pectinase enzymes. The most potent was Mucor fuscus (MS22)and wasallowed to grow on industrial cellulose and pectin under different cultural and nutritional conditions and resulted in: the best biosynthetic abilities were induced at substrate concentrations (%) of 2 and 0.2, pH optima (7 and 8) for cellulase and pectinase respectively. Carbon source (Maltose), temperature (20°C), inoculum concentration was one disk (0.5mm) and the incubation at static condition was the best circumstances for tested enzymes. Moreover, both nitrogen source (glycine and urea) and flask’s volume (ml) (250 and 2000 ) were the most favorable conditions for getting the best yields of cellulase and pectinase respectively. Biotechnological application of these enzymes separately and in comparison carried out with respect to clarification of ready made mango syrup resulted in: an optima enzymes’ concentrations were ranged from 25-50 μl, and clarification time(minutes)150 and 5 at refrigeration condition for cellulase and pectinase respectively, corresponding to 60 minutes at open air in case of mixed enzymes. The present enzymes may be of a remarkable application in many fields, such as biodetergents, food processing technology in large scale from one hand and of silage’s manufacture on the other hand.
يهدف هذا البحث للحصول على أفضل العزلات الفطرية والمعزولة من التربة بصعيد مصر بمحافظة أسيوط لتحفيز إنتاج إنزيمات السيلوليز والبکتيناز للاستفادة منها فى تکنولوجيا صناعة الغذاء واستغلالها بصورة فردية أو في مخاليط للحصول على التحلل الکامل للجدر الأولى والثانوية للخلية النباتية ولاستخدامها فى تکنولوجيا صناعة الأعلاف.
وقد تم عزل وتنقية وتعريف ثلاثين نوعاً فطريا تتبع ثمانية عشر جنسا، کما تم عمل مسح شامل لاختيار أقوى العزلات الفطرية قدرة على إنتاج الإنزيمات وکانت هى فطرة ميوکر فوسکس –مس-22، کما تم دراسة الظروف المثلى لإنتاج إنزيمات السيلوليز والبکتيناز ووجد أن : أنسب درجة حموضة (pH) کانت عند 7 و 8 في حالة إنزيمات السيلوليز والبکتيناز على التوالى، وأنسب مصدر کربوني کان (المالتوز)، وأنسب ترکيز للحقنة کان (واحد قرص 0.5 مليمتر قطر) والتحضين عند ظروف ثابتة ودرجة الحرارة 20°م، وکان أنسب ترکيز لمادة التفاعل (2، 0.2%)، أفضل مصدر نيتروجيني هو (الجليسين واليوريا)، حجم المخمر (250، 2000 مل) مثلت أفضل الظروف لإنتاج إنزيمات السيلوليز والبکتيناز على التوالي.
وقد تمت العمليات التطبيقية بواسطة استعمال (شربات المانجو) المستخدمة للمستهلک والمنتجة من شرکه فيتراک للأغذية بمحافظة القليوبية بواسطة استعمال الإنزيمات الحالية بصوره فردية أو مختلطة على النتائج التالية : أثبتت الدراسة أن نشاط الإنزيمات المنتجة يزداد تدريجياً بزيادة ترکيزها حتى 25 (ميکروليتر) يقابله 50 (ميکروليتر) في حالة مخلوط الإنزيمات. کما أوضحت الدراسة أن درجة نشاط کل من الإنزيمات تزداد تدريجياً مع وقت الترويق حتى 150 و 5 دقيقة بالنسبة لإنزيمات السيلوليز والبکتيناز على التوالي يقابلها 60 دقيقه في حالة مخلوط الإنزيمات.
وجد أن أنسب ظروف لتطبيق الإنزيمات کانت عند درجة حرارة الثلاجة يقابلها ظروف التطبيق عند درجة حرارة الغرفة في حالة مخلوط الإنزيمات. وبناءً على هذا فيمکن تطبيق هذه الإنزيمات على المستوى المعملي والتجريبي أو على المستوى الصناعي والتجاري نظراً لکفاءتها الملحوظة في العمل والنشاط عند درجة حرارة الغرفة وخصوصا في مجال العصائر المرکزة وأشباهها، کما يمکن الترکيز على إمکانية استخدامها في مجالات الصناعة والغذاء نظراً للنتائج التي تم التوصل إليها فى مجال التطبيق بالإضافة إلى قدرة الإنزيمات الحالية بالعمل بصفة فردية أو في مخاليط للتأکد التام على تطبيقها مستقبلا في العديد من المجالات مثل صناعة الأعلاف.

References

REFERENCES:

1-Acebal, C.M.P. Castillon, P. Estrada, I. Meta, E. Casta, j. Aguado, D. Romero, and F. Jimenez (1986). Enhanced pectinase production from Trichoderma ressei QM 9414 on physically treated wheat straw. Appl. Microbiol. Biotechnol. 24:218.

2-Afifi, M.M.(1994). Studies on Microbial Pectinases. M. Sc. Thesis, Bot. Dept., Fac. Sci., Al-Azhar Univ. Cairo, Egypt.

3-Afifi, M.M.(2002). Application of Aspergillus niger, S-48 TAT enzyme in food processing as compared with those of natural microflora of fermented potato wastes. Ph.D. Botany and Microbiology Dept., Faculty of Science, Al-Azhar Univ., Cairo, Egypt.

4-Ali, I.O.(2000). Microbial Utilization of Eichhotnia crassipes under SSF. M. Sc. Thesis, Bot. & Microbiol. Dept., Fac. of Sci., AL-Azhar Univ., Cairo, Egypt.

5-Ammar M.S. and Afifi, M. M. (2003). Solution of the problems of malclarification, turbidity and separation in mango syrups by fungal pectinases. Socity of general microbiology, 152^ndmeeting, University of Edienburgh, UK.7-11 April 2003., pp.41.

6-Ammar, M.S.; Loubody, S.S.; Azab, M.S. and Afifi, M. M. (1995a). A new method for the estimation of fungal pectinase(s) using the pectin clearing zone (P.C.Z.) and its application in food industries. Al-Azhar Bull.Sci. 6 (1): pp.325-339.

7-Ammar, M.S.; Desouki, E., El-Houseiny, M. M. and Sedki, Nagwa, M. (1995b). Cellulolytic fungi from phylloplane and phyllosphere of some Egyptian plants.Al-Azhar Bull. Sci. 6(2): 1823-1841.

8-Ammar, M.S.;Desouki, E., El-Houseiny, M.M. and Sedki, N.M. (1995c). Some environmental and nutritional parameters controlling the productivity of cellulase(s) by Trichoderma hamatum (Bon.) Bain, S-6 andT. longibrachiatum Refai, S-7 under bench scale fermentation conditions. Al-Azhar Bull. Sci. 6(9): 423-437.

9-Ammar, M.S.; Desouki, E., El-Houseiny, M. M. and Sedki, N.M. (1995e). Production, purification and properties of cellulase(s) biosynthesis under bench scale fermentation the phylloplanic fungus Trichoderma hamatum (Bon.) Bain, S-6, Al-Azhar Bull.Sci.6 (1): 375-391.

10-Ammar, M.S.; Loubody, S.S.; Azab, M.S.; A.El-Deeb and Afifi, M.M.(1995g).Pecteolytic activities and identities of the fungal flora of Tut Ankhamen Tomb (TAT) allowed to grow under solid state fermentation (S.S.F.) conditions. Al-Azhar Bull. Sci., 6(1): 361-374.

11-Carden DE, and Felle HH. (2003).The mode of action of cell wall-degrading enzymes and their interference with Nod factor signaling in Medicago sativa root hairs). Planta Apr; 216(6): 993-1002

12-Cortez JM; Ellis J; and Bishop, DP. (2001). Pectinase finishing of woven, cotton fabrics in jet and winch machines.J. Biotechnol Aug 23;89(2-3):239-45.

13-De-Vries, RP. (2003). Regulation of Aspergillus genes encoding plant cell wall polysaccharide-degrading enzymes; relevance for industrial production. Appl. Microbiol Biotechnol, Mar; 61(1):10-20

14-Dongowski G., Sembries S., Bauckhage K., Will F., and Dietrich H. (2002). Degradation of apple cell wall material by commercial enzyme preparations. Nahrung Apr; 46(2): 105-11.

15-Emtiazi, G.; Naghav, N; and Bordbar, A.(2001). Biodegradaton of lignocellulosic waste by Aspergillus terreus. Biodegradation. 12(4): 259-263.

16-Essa, HA and Salama, MF. (2002). Effect of macerate enzymes on the yield, quality, volatile compounds and rheological property of prickly pear juice. Nahrung, Aug; 46(4): 245-50.

17-Fogarty, WM. and Kelly, TC. (1983). Pectic enzymes. Microbial Enzymes and Biotechnology, ed Fogarty WM. Applied Science puplishers, London, pp 131-182.

18-Henderson, A. R; McDonald, P. and Anderson, D. (1982). The effect of pectinase preparation derived from Trichoderma veride on the chemical changes during the ensilage of grass, lucerne and clover. J. Sci. Food Agric. 33:16.

19-Lambert, PW(1983). Industrial enzyme production and recovery from filamentous fungi. The filamentous fungi. Vol. 4, eds Smith JE, Berry OR and Kristiansen B.Edward Arnold Publishers, London, pp 210-237.

20-Mach RL. and Zeilinger S.( 2003).Regulation of gene expression in industrial fungi: Trichoderma. Appl. Microbiol Biotechnol Jan; 60(5): 515-522

21-Mchan, F. (1986). Pectinase-treated coastel bermudagrass silage and production of soluble charbohydrates, silage acids, and digestibility. J. Dairy Sci. 69:431.

22-Mclellan, M.R., Kime, R.W. and Lind. R. (1985). Apple juice clarification with the use of honey and pectinase. J. Food. Sci. 50:206-208.

23-Mehrlander, K; Dietrich, H.; Sembries, S ; Dongowski, G.and Will, F.(2002). Structural charachterization of oligosaccharides and polysaccharides from apple juice produced by enzymatic pomace liquefaction. J. Agric Food Chem. feb.27; 50(5) : 1230-1236.

24-Pathak, N. and Sanwal, G.G. (1998).Multiple forms of polygalacturonase from banana fruits. Phytochemistry 48:2, p. 249-255.

25-Petruccioli M., and Federici F(1992). Utilization of a yeast pectinase in olive oil extraction and red wine making processes. J. Food Sci. Agric. 58, 253-260.

26-Viquez, R.F. and Bonilla, L., A. (2002). Effect of pectinase and cellulase addition on in vitro digestibility of commen bean (Phaseolus vulgaris). Archlatinoam Nutr. jun; 52(2):151-154.