Abstrakti
We report for the first time that pectin-degrading enzymes could be tailored for wood bark based on the chemical features of pectin. Besides wood, stems of trees contain 10-20% bark that remains one of the largest underutilized biomasses on the planet. Unique extractive compounds, suberin, pectin, sclerenchyma fibres, etc. form a major part of the bark that is today mainly combusted for energy production. In certain trees, such as willow, lignified sclerenchyma fibres organize in continuous, thin bundles or bast fibres which are surrounded by the non-lignified ground tissue. Random screening of lignocellulose-degrading enzymes is the mainstream, suitable for uniform and simple substrates like cellulose, but the pectin chemistry is more complex. The structure of pectin was first elucidated after which pectin-degrading enzymes were tailored. Surprisingly, the applied pectinases alone were able to fully liberate the fibre bundles from the bark under mild conditions. When the pectinases were used together with hemicellulases, fibre bundles with an abnormally low surface lignin content of 10% were obtained. Overall, the novel findings of this study give promise for commercial valorisation of the underappreciated bark biomass in the future without the need to build huge plants with their expensive chemical recovery systems. Most importantly, the "tailor-made enzyme consortium based on the structural features of the substrate" concept may be a revolutionary breakthrough in precisely designing biochemical degradation strategies particularly for the recalcitrant macromolecule component (such as pectin) of lignocellulosic biomass.
| Alkuperäiskieli | Englanti |
|---|---|
| Sivut | 2576-2587 |
| Sivumäärä | 12 |
| Julkaisu | Green Chemistry |
| Vuosikerta | 24 |
| Numero | 6 |
| Varhainen verkossa julkaisun päivämäärä | 23 helmik. 2022 |
| DOI - pysyväislinkit | |
| Tila | Julkaistu - 21 maalisk. 2022 |
| OKM-julkaisutyyppi | A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä |
Rahoitus
The authors would like to thank Yingjie Guo and Haiyan Sui from Shandong University for their skilful assistance in HPLC and NMR analyses, respectively. Appreciation is also extended to Leena-sisko Johansson and Zborowski Charlotte from Aalto University for the XPS interpretation. This work made use of the NMR and XPS premises from Shandong University. This work also made use of the RawMatTERS Finland infrastructure (RAMI) facilities based at Aalto University. The authors would like to give a special acknowledgement for the support from Svedstrom Kirsi from the Department of Physics, University of Helsinki for the interpretation of crystallinity analysis results. This study was partly supported by the National Key Research and Development Program of China (2019YFC1905902). This work was a part of the Academy of Finland's Flagship Programme under Projects No. 318890 and No. 318891 (Competence Center for Materials Bioeconomy, FinnCERES).
YK:n kestävän kehityksen tavoitteet
Tämä tuotos edistää seuraavia kestävän kehityksen tavoitteita:
-
SDG 7 – Edullinen ja puhdas energia
-
SDG 9 – Teollisuus, innovaatiot ja infrastruktuuri
Sormenjälki
Sukella tutkimusaiheisiin 'Tailor-made enzyme consortium segregating sclerenchyma fibre bundles from willow bark'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.Projektit
- 1 Aktiivinen
-
-: FinnCERES
Hämäläinen, J. (Vastuullinen johtaja), Palasingh, C. (Projektin jäsen), Hellsten, S. (Projektin jäsen), Huynh, N. (Projektin jäsen), Witos, J. (Projektin jäsen), Hassinen, J. (Projektin jäsen), Lim, E. (Projektin jäsen), Zhao, B. (Projektin jäsen), Vlasova, M. (Projektin jäsen), Österberg, M. (Projektin jäsen), Henn, K. (Projektin jäsen), Nousiainen, P. (Projektin jäsen), Ahonen, L. (Projektin jäsen), Kimiaei, E. (Projektin jäsen), Truong, V. (Projektin jäsen), Lewicki, F. (Projektin jäsen), Vu-Lalli, V. (Projektin jäsen), Fang, W. (Projektin jäsen), Sharma, R. (Projektin jäsen), Ponomarev, N. (Projektin jäsen), Ikävalko, E. (Projektin jäsen), Kröger, M. (Projektin jäsen), Gustavsson, L. (Projektin jäsen), Kobets, A. (Projektin jäsen), Liu, C. (Projektin jäsen), Al Haj, Y. (Projektin jäsen), Joshi, A. (Projektin jäsen), Mennander, A. (Projektin jäsen), Phi, T.-L. (Projektin jäsen), De, S. (Projektin jäsen), Kokkonen, V. (Projektin jäsen), Mousavi, S. (Projektin jäsen), Kong, X. (Projektin jäsen), Makki, M. (Projektin jäsen), Meinander, K. (Projektin jäsen), Kalac, T. (Projektin jäsen), Tao, H. (Projektin jäsen), Kuribayashi, T. (Projektin jäsen), Jäntti, N. (Projektin jäsen), Seppälä, W. (Projektin jäsen), Eklund, A. (Projektin jäsen) & Gebeyehu, E. K. (Projektin jäsen)
01/05/2022 → 30/06/2026
Projekti: RCF Flagship
Laitteet
-
Raaka-aineiden tutkimusinfrastruktuuri
Karppinen, M. (Manager)
Kemian tekniikan korkeakouluLaitteistot/tilat: Facility
Siteeraa tätä
- APA
- Author
- BIBTEX
- Harvard
- Standard
- RIS
- Vancouver