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FEI 09.09.2009 Basidiomyceten - Biokatalysatoren für eine nachhaltigere Lebensmittelproduktion 1/25
BasidiomycetenBiokatalysatoren für eine nachhaltigere Lebensmittelproduktion
Ralf G. Berger
Institut für LebensmittelchemieGottfried Wilhelm Leibniz Universität
Callinstrasse 5D-30167 Hannover
www.lci.uni-hannover.de
FEI 09.09.2009 Basidiomyceten - Biokatalysatoren für eine nachhaltigere Lebensmittelproduktion 2/25
complex biochemistryeasy bioprocessingedible species, GRASBasidiomycetes
CultivationBioreactors
MetabolitesPerilleneHydrophobines
EnzymesEsteraseLaccase
Foaming
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BasidiomycetesCultivationBioreactors
MetabolitesPerilleneHydrophobines
EnzymesEsteraseLaccase
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Perilla frutescensPerilla citriodorata
Kondo and Yamaguchi 1919
Perillene: 3-(4-methylpent-3-enyl)furane
woody, flowery, citrus; character impact of rose oil; defense pheromone of Acaridae and Apocritae
O
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the biocatalyst
O
Pleurotus ostreatus
AIF 299 ZN LCI/JLG
and itssubstrate
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O
+ CH2OOO O
O
Dehydromelonal and perillene via dioxygenase catalysis
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OOH O
HO
OOH
O
OH
OO
OO
OHH
D3
D3 D3
D3
D3 D3
D3
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MS- and 1H-spectra of epoxy- and hydoxy-perillene
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Orientation of hydrophobin interacting with air-water interface
Kwan AH et al. (2008) J. Mol. Biol. 382: 708-720
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Stabilisation of dispersions
n-Hexane/Hydrophobin
n-Hexane /RNase A
n-Hexane/ H2O
Reduction of surface tension
Stabilisation of an
emulsion
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CH3O
OH
CHCH
CH2OH
OO
OHOCH3
CCHCH2OH
OO
OCH3
CHOH
CH O
CH2OH
CH3O
O
HOH2COCH3
CHCH
CH2OH
O
O
CH
CH
CH2OH
H3CO OCH3
CHOHCH
CH2OH
O
OCH3
OCH3
OCH3
CHOHCH
CH2OH
O
white rot
brown rot
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Armillaria mellea Fomitopsis pinicolaGloeophyllum odoratumHericium erinaceusKuehneromyces mutabilisLaetiporus sulphureusLentinellus cochleatus Marasmius scorodonius Polyporus umbellatus Trametes versicolorWolfiporia cocos etc .........
KH Engel 2009
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O
OH
OH
OAcyl
O
OAcyl+ 2 HOH- 2 AcylOH
Capsanthin
Hydrolysis of xanthophyll esters: Is the enzymatic alternative viable?
LCI-LUH plus LCI-UHohenheim
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Hydrolysis of esters of (Z)/(E)-capsanthin, zeaxanthin, and β-cryptoxanthin by KOH vs. culture supernatant of
Pleurotus sapidus
6
6
6
6
0 10 20 30 40 50 60
0
1x10
2x10
3x10
4x10
native
t [min]
KOHenzymatic hydrolysisC
OOH
λ = 450 nm
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(A) SEC elution profile of total protein and esterolytic activity(B) SDS-PAGE of protein samples purified by ultrafiltration, IEX, and SEC(C) PCR screening with degenerated reverse-translated primers
(A) (B)
(C)
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Plasmid for the heterologous expression of Lip2 variants
72
230
95
28
36
56
130
17
[kDa]
SDS-PAGE anti-His blot
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HPLC-DAD: Hydrolysis of xanthophyll esters of C. annum:inactivated wild-type Lip2 (A),wild-type Lip2 (B), refolded s-Lip2-His (C) and refolded Lip2-His (D)
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ESI-MS/MSCharacterisationand cloning
cloningligationtransformation
SDS-PAGE HPLC, GC, MSinductionExpression, proof of function
Enzyme detection and isolation
FPLC SDS-PAGEScreeningvol [ml]
50 100 150 200 250 300
rel.
Akt
ivitä
t [%
]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
abs
[280
nm
]
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
Fraktion
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
c N
aCl [
mol
/l]
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
rel. Aktiv itätAbs. [280] c NaCl [mol/l]
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Cross-linking glutelins and
arabinoxylanes
AIF 15305LCI/HDBI
Redox enzymesDiOX, vPOX, LOX, LnP, MnP, tyrosinases, laccases ......
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Separation of ferulic acid di- and trimers (Bunzel et al. 2003)Eurosphere 100-C18-5-HD, 0.05 % aqueous formic acid/MeOH, LC-MS (ESI)
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Polysaccharide solution after addition of laccase
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Enzyme purification options
centrifugation
HIC
ultrafiltration
ultrafiltration
IEX
SEC
ultrafiltration
pellet culture
purified enzyme
isoelectricfoam
fractionation
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Isoelectric foam fractionation
receiver and foam breaker
porous fritnitrogen enzyme solution
flow meter
column
foamate
glass bowl
patent blue
Ama-ranth
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2%
3%95%
Activity in foam [%]
residual activity in bioreactor medium [%]
activity lost during foaming [%]
Foaming of a lipase of Psa AIF 121 ZNLCI/CTA
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FoamingYadav et al.: Purification and characterization of a regiospecific lipase from Aspergillus terreus. Biotechnol. Appl. Biochem. 1998, 28, 243-49
(NH4)2SO4 precipitationacetone precipitation (25%, 35%)SEC, IEX
R = 18%; P = 11,9
centrifugation
HIC
ultrafiltration
ultrafiltration
IEX
SEC
ultrafiltration
pellet culture
purified enzyme
one step, 50 min
R = 95%; P = 11,6
foam fractionation
Linke et al.: Separation of extra-cellular esterases from pellet cultures of Pleurotus sapidus JAOCS 2009, 86, 437–444
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