La bioproduzione ecologica di xilitolo e nanofibre di cellulosa utilizzando cellule di lievito modificate, da materiale prodotto dall'industria della carta è stato ottenuto da un gruppo di ricerca giapponese. Questa scoperta potrebbe contribuire allo sviluppo di una società più verde e più sostenibile. I risultati sono stati pubblicati il ​​4 marzo in chimica verde .

La ricerca è stata condotta da un gruppo guidato dall'assistente professore Gregory Guirimand-Tanaka, Il professor Tomohisa Hasunuma e il professor Akihiko Kondo della Graduate School of Science, Tecnologia e innovazione e il Centro di ricerca sulla biologia ingegneristica dell'Università di Kobe.

Nel suo sforzo di sviluppare processi innovativi per raggiungere una società sostenibile, Il professor Kondo si è concentrato su una varietà di biocomposti come xilitolo, un prodotto chimico di grande valore, che trova largo impiego sia nell'industria alimentare che in quella farmaceutica (ad esempio, come sostituto dello zucchero nelle gomme da masticare).

Il gruppo del professor Kondo è anche interessato a nanomateriali innovativi come le nanofibre di cellulosa, che presentano un enorme potenziale economico grazie alle proprietà della nanocellulosa (proprietà meccaniche, proprietà filmogene, viscosità ecc.), e significative applicazioni nel settore alimentare, igiene, assorbente, medico, prodotti cosmetici e farmaceutici.

La domanda mondiale di nanofibre di xilitolo e di cellulosa è in costante crescita, e il costo e l'impatto ambientale della loro produzione industriale rimangono molto elevati.

La produzione industriale di xilitolo e nanofibre di cellulosa da fibre di D-xilosio e di cellulosa purificate comporta rispettivamente processi costosi e inquinanti. Per risolvere questi problemi e realizzare una società sostenibile e attenta all'ambiente, dobbiamo utilizzare biomasse rinnovabili come la pasta di carta (pasta Kraft) e sviluppare processi innovativi.

Produzione biotecnologica di xilitolo e nanofibre di cellulosa utilizzando polpa Kraft, derivanti dall'industria della carta, potrebbe essere un'opzione vantaggiosa, poiché questo materiale è abbondante, contiene quantità ragionevoli (17%) di D-xilosio, e possono essere convertiti in composti di materie prime e nanomateriali di grande valore.

Per rilasciare il D-xilosio contenuto nella polpa di Kraft, di solito abbiamo bisogno di aggiungere una grande quantità di enzimi commerciali (CE), che sono molto costosi. Perciò, abbiamo deciso di utilizzare microrganismi come lievito modificato, che è in grado di produrre questi enzimi da solo, al fine di ridurre la quantità di CE inizialmente richiesta. Le cellule di lievito modificate sviluppate trasportano questi enzimi direttamente sulla propria superficie cellulare, e chiamiamo questa strategia tecnologia di "visualizzazione della superficie cellulare".

In questo studio, xilitolo e nanofibre di cellulosa sono state co-prodotte dalla polpa Kraft utilizzando un ceppo modificato di lievito di birra (ceppo Saccharomyces cerevisiaeYPH499) che esprime tre diversi enzimi (β-D-glucosidasi (BGL), xilosidasi (XYL) e xilanasi (XYN)) co-visualizzate sulla superficie cellulare.

Utilizzando questa strategia, non solo siamo stati in grado di produrre xilitolo e nanofibre di cellulosa, ma anche per aumentare notevolmente la purezza della cellulosa stessa e l'economicità del processo riducendo la quantità di CE inizialmente richiesta (figura 1).

Ultimo, ma non per importanza, il nostro team è stato in grado di eseguire con successo questi esperimenti in volumi più grandi utilizzando fermentatori in vaso da 2 litri, consentendoci di aumentare ulteriormente la produzione industriale di bioraffineria di xilitolo e nanofibre di cellulosa dalla polpa di Kraft (figura 2).

Sulla base di questi risultati, il team continuerà a cercare modi per aumentare la bioproduzione sostenibile di xilitolo e nanofibre di cellulosa attraverso l'ingegneria genetica delle cellule di lievito.