Kääpäsienten puunlahotustoiminta ja mahdollinen etanolin tuotto kierrätysperäisestä jätelignoselluloosasta

Fossiilisilla polttoaineilla on nykyaikana edelleen suuri rooli energian ja kemiallisten yhdisteiden tuotannossa. Ilmastonmuutoksen, terveysriskien, ympäristön hyvinvoinnin ja geopoliittisten konfliktien takia on kuitenkin kehitettävä vaihtoehtoisia uusiutuvista materiaaleista tuotettuja biopolttoaineita. Yksi mahdollinen vaihtoehto on käyttää ravinnoksi kelpaamatonta kasvijäteperäistä lignoselluloosaa energian tuotantoon. Jotta lignoselluloosaa voitaisiin hyödyntää energian lähteenä, tarvitaan sitä hajottavia ja muokkaavia entsyymejä sekä yhdisteitä. Kääpäsienet pystyvät tuottamaan kyseisiä entsyymejä luonnostaan, mikä tekee niistä mielenkiintoisia tutkimuskohteita bioteknisiin sovelluksiin kuten biopolttoaineiden tuottoon tähtäävissä tutkimuksissa. Tässä tutkielmassa tutkittiin kahden eri kääpäsienen, rusorypykän (valkolahottaja) ja kantokäävän (ruskolahottaja), sekä niiden yhdistelmäkasvatuksen kykyä tuottaa lignoselluloosaa hajottavia yhdisteitä, polysakkaridien hydrolysointikykyä sekä mahdollista sokerien fermentaatiota jätelignoselluloosamateriaalilla (hylsypahvi) semi-aerobisissa olosuhteissa kasvaessaan. Kolmea eri lignoselluloosan pääkomponenttia (selluloosaa, hemiselluloosaa ja ligniiniä) hajottavien entsyymien pitoisuudet määriteltiin spektrofotometrisesti viikoittain kuuden viikon kasvatuksen ajalta. Entsyymiaktiivisuuksien lisäksi lignoselluloosan rakenteeseen vaikuttavan oksaalihapon pitoisuus ja kasvuliemen pH-arvot määritettiin kasvatuksista. Sienten kykyä fermentoida vapautuneita sokereita etanoliksi tutkittiin määrittämällä hylsypahvimateriaalista vapautuneiden sokerien ja tuotetun etanolin pitoisuudet. Geenien ilmentymistä rusorypykän kasvaessa hylsypahvimateriaalilla tutkittiin RT-qPCR–analyysillä, johon valittiin kaksitoista lignoselluloosan hajotukseen/muokkaukseen osallistuvaa geeniä rusorypykän genomista. Näiden geenien suhteelliset ilmentymistasot hylsypahvikasvatuksissa verrattuna vertailukasvatuksiin (glukoosialusta) määritettiin viikon kaksi aikapisteestä. Rusorypykkä tuotti yksin kasvaessaan korkeimmat oksidoreduktaasi sekä β-glukosidaasi-aktiivisuudet. Kantokääpä tuotti hyvin alhaisia entsyymiaktiivisuuksia verrattuna valkolahottavaan rusorypykkään. Molempien kääpäsienten yhdistelmäkasvatuksessa oksidoreduktaasiaktiivisuudet jäivät alhaisiksi, mutta ksylanaasiaktiivisuudet nousivat tasaisesti korkeisiin pitoisuuksiin. Kaikissa kasvatuksissa, lukuun ottamatta kantokäävän hylsypahvikasvatusta, havaittiin oksaalihapon tuottoa ja siitä johtuvaa pH:n madaltumista. Rusorypykkä tuotti hylsypahvimateriaalista vapautuneista sokereista etanolia toisella viikolla yksin kasvaessaan sekä yhdistelmäkasvatuksessa. Rusorypykän puumateriaalin hajotukseen osallistuvat geenit ilmentyivät kierrätysperäisellä lignoselluloosa-alustalla semi-aerobisissa ilmakehäolosuhteissa. Selluloosaa ja hemiselluloosaa hajottavia entsyymejä koodaavat geenit olivat merkitsevästi up-reguloituja hylsypahvialustalla glukoosialustaan verrattuna. Ligniinin muokkaukseen osallistuvien geenien säätelyssä oli enemmän vaihtelua. Tutkimukseni osoittaa, että sekä rusorypykkä, että kantokääpä pystyvät kasvamaan lignoselluloosapohjaisella jätemateriaalilla ja tuottamaan kyseistä materiaalia hajottavia entsyymejä sekä muita yhdisteitä, joilla voidaan muokata erittäin kestävää ja näin ollen ongelmallista lignoselluloosamateriaalia. Valkolahottavan rusorypykän avulla on mahdollista hydrolysoida jätemateriaalia sekä fermentoida irronneita sokereita edelleen etanoliksi samassa prosessissa.

Grantor dc:publisher

Helsingin yliopisto

Year dc:date.issued

2018

Author dc:creator

• Risulainen, Netta

Contributors dc:contributor

• Helsingin yliopisto, Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta, Elintarvike- ja ympäristötieteiden laitos
• University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences
• Helsingfors universitet, Agrikultur- och forstvetenskapliga fakulteten, Institutionen för livsmedels- och miljövetenskaper

• bioetanoli
• geeniekspressio
• kantasieni
• kääpäsieni
• puunlahotus
• puunlahotusentsyymi
• ruskolahottaja
• valkolahottaja

Language dc:language.iso

fin

Identifier URI

URN:NBN:fi:hulib-201803081430

OAI identifier oai:identifier

oai:helda.helsinki.fi:10138/233312