Fungal biosynthesis of lignin-modifying enzymes from pulp wash and Luffa cylindrica for azo dye RB5 biodecolorization using modeling by response surface methodology and artificial neural network

Abstract

This study demonstrates the evaluation between the artificial neural network technique coupled to the genetic algorithm (ANN-GA) and the response surface methodology (RSM) for prediction of Reactive Black 5 (RB5) decolorization by crude enzyme from Pleurotus. sajor-caju. Fungal lignin-modifying enzymes (FLME) were synthesized using pulp wash (PW) as an inducing substrate, and L. cylindrica (L.C) for cell immobilization. When grown in PW, the fungus showed higher Lac activity (126.5 IU. mL−1 ), whereas when immobilized a higher MnP activity was achieved (22.79 IU. mL−1 ), but both methods were capable of decolorizing the dye in about 89.4 % and 75 %, respectively. This indicates applicability of PW as an alternative substrate for FLME induction and viability of immobilization for MnP synthesis. For RB5 decolorization, the action of the crude enzyme extract was considered as a function of pH, dye concentration, temperature, and reaction time. The models are well adjusted to predict the efficiency of biodecolorization, with no statistical difference between ANN-GA and RSM, which indicates potential for green enzymes prospecting application in bioprocess industry

Este estudio demuestra la evaluación entre la técnica de red neuronal artificial acoplada al algoritmo genético (ANN-GA) y la metodología de superficie de respuesta (RSM) para la predicción de la decoloración del Reactive Black 5 (RB5) por la enzima cruda de Pleurotus. sajor-caju. Se sintetizaron enzimas modificadoras de lignina fúngicas (FLME) utilizando pulp wash (PW) como sustrato inductor y L. cylindrica (L.C) para la inmovilización celular. Cuando se cultivó en PW, el hongo mostró una mayor actividad Lac (126,5 UI. ML-1), mientras que cuando se inmovilizó se logró una mayor actividad de MnP (22,79 UI. ML-1), pero ambos métodos fueron capaces de decolorar el tinte en aproximadamente 89,4 UI. % y 75%, respectivamente. Esto indica la aplicabilidad de PW como un sustrato alternativo para la inducción de FLME y la viabilidad de la inmovilización para la síntesis de MnP. Para la decoloración de RB5, la acción del extracto de enzima crudo se consideró en función del pH, la concentración de tinte, la temperatura y el tiempo de reacción. Los modelos están bien ajustados para predecir la eficiencia de la biodecoloración, sin diferencia estadística entre ANN-GA y RSM, lo que indica potencial para la aplicación de prospección de enzimas verdes en la industria de bioprocesos.