Removal of dyes by immobilization of Trametes versicolor in a solid-state micro-fermentation system

Abstract

Se presenta un novedoso sistema de biorreactor de dos fases, de bajo costo y fácil ampliación, para la decoloración de colorantes aplicando hongos filamentosos. Durante la primera fase, los colorantes estuvieron en contacto con los hongos inmovilizados en cartuchos esféricos preparados con una malla de polietileno plástico de alta densidad y rellenos con salvado de trigo como sustrato para el crecimiento a 28 °C. En una segunda fase, se explotó la capacidad de las enzimas ligninolíticas (lacasa y Mn-peroxidasa) presentes en los extractos de los residuos sólidos para la decoloración a 50 °C. Cada esfera se comportó como un biorreactor a pequeña escala. Este sistema permitió desacoplar las etapas de crecimiento en esterilidad de las de decoloración en condiciones no estériles. Se evaluó la capacidad de decolorar el tinte azoico xilidina y el trifenilmetánico verde de malaquita por dos cepas argentinas de Trametes versicolor. T. versicolor BAFC 2234 mostró las tasas de decoloración más altas. Cuando ambos colorantes se aplicaron juntos en el biorreactor, después de la primera fase (100 min) se alcanzó una decoloración del 73,5% para el verde de malaquita y del 40% para la xilidina, mientras que al final de la segunda fase (240 min) se observó una decoloración del 97 y 52%, respectivamente. Se detectó actividad lacasa en la solución decolorada, pero no actividad Mn-peroxidasa. El sistema mostró fácil operatividad de los cartuchos y permitió un uso continuo del biorreactor para la decoloración no estéril de efluentes coloreados.

A novel bioreactor system (low cost and easily scaled-up) is presented for dye decolorization applying filamentous fungi. In this two-phase bioreactor, dyes were decolorized at 28 °C in a first phase by immobilized fungi in spherical cartridges prepared with a high-density plastic polyethylene mesh and filled with wheat bran as substrate for growth. In a second phase the capacity of the ligninolytic enzymes (laccase and Mn-peroxidase) present in the extracellular extracts from the solid residues was exploited for decolorization at 50 °C. Each sphere behaved as a small-scale bioreactor for cell-culture. This system allowed the decoupling of growth (sterile condition) and decolorization (non-sterile condition) stages. The ability to decolorize the azo dye xylidine and the triphenylmethane Malachite Green by two Argentinean strains of Trametes versicolor was evaluated. The highest decolorization rates were displayed by T. versicolor BAFC 2234. When both dyes were applied together in the bioreactor, after a first phase (100 min) 73.5% of Malachite Green and 40% of xylidine decolorization was attained, while at the end of the second phase (240 min) a 97% and 52% decolorization was observed. Laccase activity was detected in the decolorized solution, but no Mn-peroxidase activity. The easy change of the cartridges allows the continuous use of the bioreactor in the non-sterile decolorization of dye-containing effluents.