Improvement of xylanase production by Penicillium canescens 10-10c in solid-state fermentation

French. Optimisation de la production des xylanases par Penicillium canescens 10-10c en culture solide. L’intérêt que suscitent les hémicellulases, plus particulièrement les xylanases, est de plus en plus important, que ce soit d’un point de vue théorique ou d’un point de vue appliqué. Or, il est paradoxal de constater que le coût élevé de leur production limite leur utilisation à grande échelle. L’emploi de xylane purifié comme substrat de culture augmente le coût de production de l’enzyme. En conséquence, pour des applications commerciales, il convient de développer des procédés à partir de substrats peu coûteux. C’est dans ce cadre que se situe cette étude. Elle vise à optimiser la production de xylanases en milieu solide à partir de résidus agricoles. La souche envisagée est Penicillium canescens 10-10c, sélectionnée dans notre laboratoire pour son aptitude à produire une activité xylanase exempte d’activité cellulase. Les travaux concernent l’optimisation de différents paramètres de culture avec comme optique le développement ultérieur d’un réacteur semi-solide à base de tourteau de soja. Ces paramètres sont : la composition du milieu de culture, la température d’incubation, les phénomènes d’induction et de répression. Le tourteau de soja non broyé (taille > 10 mm) donne une bonne activité enzymatique. L’augmentation de la quantité de milieu de culture entraîne une baisse de la production enzymatique. La présence de lactose, de saccharose ou d’amidon de blé a un effet positif sur la production des xylanases tandis que la présence de xylose, de mannose, de galactose, d’arabinose, de cellobiose, de pectine ou de méthylcellulose réduit la production de xylanase. Les phosphates dipotassique ou disodique améliorent la production. La production enzymatique obtenue en fiole (250 ml) après une incubation de 7 jours à 30 °C est de l’ordre de 14 000 U.g-1 de substrat carboné. La nature de l’inoculum affecte la productivité enzymatique. En effet, les productivités enzymatiques respectives suivantes sont  obtenues : 965 U.g-1 par jour avec une pré-culture solide, 473 U.g-1 par jour avec une pré-culture liquide et 383 U.g-1 par jour avec des spores. Les niveaux d’activités enzymatiques obtenus avec cette technique sont supérieurs aux niveaux présentés dans la littérature et démontrent donc toutes les potentialités de cette souche et de cette technique pour la production des xylanases.

English. Among hemicellulases, xylanases are catalysts of considerable interest so as fundamental than applied point of view. However, it is paradoxical to note that the high cost of their production limits their use on a large scale. The use of purified xylan as culture substrate increases the production cost of the enzyme. Consequently, for commercial applications, it is advisable to develop processes starting from inexpensive substrates. The purpose of this study is to optimise xylanases production in solid-state fermentation based on agricultural residues. The strain is Penicillium canescens 10-10c, selected in our laboratory for his ability to produce xylanase activity free of cellulase. Assays concern optimization of different culture parameters in order to develop in the future a solid-state fermentation reactor with soya oil cake. These parameters are: medium composition, temperature incubation, induction and repression mechanisms. Soya oil cake in pellets (size > 10 mm) gave a higher enzymatic activity. Great volume of culture medium reduced the enzymatic production. The presence of lactose, saccharose or starch of corn has a positive effect on the production of xylanase while the presence of xylose, mannose, galactose, arabinose, cellobiose and pectin or methylcellulose reduces the production of xylanase. The sources of phosphorus (di-potassic and di-sodic) enhance xylanase production. The enzymatic production obtained in Erlenmeyer flasks (250 ml) after 7 days incubation at 30°C is about 14 000 U.g-1 of carbon source. The nature of inoculum affects the enzymatic productivity. Indeed, better productivity was obtained with inoculation by solid preculture (956 U.g-1 per day) than liquid preculture (473 U.g-1 per day) and spores suspension (383 U.g-1 per day). These observed enzymatic activity levels are higher than those related in the literature, which shows all the potentialities of this strain and this technique for the production of xylanase and allow to develop our solid-state fermentation bioreactor.