Den nära förestående bristen på fossila resurser i kombination med deras associerade miljöfarlighet betonar behovet av utveckling av alternativa, mer hållbara kemikalier. I denna studie utvecklades en enzymatisk kaskad för förädling av 5-(hydroxymetyl)furfural (HMF) till 5-(aminometyl)-2-furfuraldehyd (AMFA). Kaskaden omfattar transaminering av HMF till 5-(hydroxymetyl)furfurylamin (HMFA) följt av oxidation av HMFA till AMFA. Transaminas från Silicibacter pomeroyi (SpATA) immobiliserades via his6-taggar på EziG-proteinbärare från EnginZyme AB. Proteinbärarna placerades i spin-kolonner under transamineringen vilket möjliggjorde omhändertagande av SpATA efter transamineringen av HMF. För oxidationen utvärderades alkoholdyhydrogenas från Thermoanaerobacter brockii och hästlever samt galaktosoxidas från Dactylium dendroides (GOase). Omsättning och produktbildning analyserades med HPLC. Resultaten indikerar att SpATA effektivt katalyserar transamineringen av HMF, att alkohol dehydrogenasen inte förmår katalysera oxidationen av HMF till HMFA och att galaktosoxidaset kan oxidera HMFA med hög omsättning vilket leder oss att tro att den föreslagna kaskaden för förädling av HMF till AMFA är möjlig. / The imminent shortage of fossil resources coupled with their associated environmental hazards stresses the need for the development of alternative, more sustainable chemicals. In this study an enzymatic cascade was developed for the valorisation of 5-(hydroxymethyl)furfural (HMF) into 5-(aminomethyl)-2-furfuraldehyde (AMFA). The cascade involves the transamination of HMF into 5-(hydroxymethyl)furfurylamine (HMFA) followed by the oxidation of HMFA into AMFA. Transaminases from Silicibacter pomeroyi (SpATA) was immobilised via his6-tags onto EziG-protein carriers from EnginZyme AB. The protein carriers were placed in spin-columns during the transamination which allowed for salvaging of the SpATA after the transamination of HMF. For the oxidation, alcohol dehydrogenases from Thermoanaerobacter brockii and horse liver as well as galactose oxidase from Dactylium dendroides (GOase) were evaluated. The conversion and product formation were analysed by HPLC. The results indicate that the SpATA efficiently catalyses the transamination of HMF, that the alcohol dehydrogenases are not able to catalyse the oxidation of HMF nor HMFA and that the GOase can oxidize HMFA with high conversion which leads us to believe that the proposed cascade for the valorisation of HMF to AMFA is feasible.

Trä är den bästa förnyelsebara källan för att producera många produkter på grund av dess biokompatibla och biologiskt nedbrytbara natur. Träets biomassa har en motstridig natur mot enzymatisk uppgradering. Det beror på olika orsaker som ligninhalt, acetylhalt i hemicellulosa och cellulosakristallinitet som blockerar enzymets bindningsställe. Denna studie kommer under BioUPGRADE, som är en samarbetsplattform för att skapa högvärdiga och mångsidiga material på ett hållbart sätt med hjälp av biokatalys. Det allmänna syftet med denna studie är att producera holocellulosa och hemicellulosasubstrat från olika träslag och producera, rena och validera galaktosoxidas som en potentiell biokatalysator för träfibermodifiering. Studien undersöker effekten av kemisk perättiksyradelignifiering på två träslag, lövträ av eukalyptus (HW), och barrträ av gran (SW), undersökta vid olika tidsintervall, där PAA framställdes exsitu med ett volymetriskt förhållande på 1:3. Med resultaten från PAA-behandlingen avlägsnades 38,53 % lignin i eukalyptus och 31,80 % i barrved. Hemicellulosautbytet ökade med 47,40 % för eukalyptus och 19,05 % för gran med en ökning av tiden för PAA-behandling. Acetylhalten i hemicellulosan minskade från 2 % till 0,6 % i lövträ och 1,96 % till 0,6 % i barrträ. Cellulosautvinningen efter delignifieringen var nästan 100 %. Galaktosoxidaset producerades i en skakkolv med användning av Pichia pastoris KM71H-stammen. Pichia pastoris KM71H-celler odlades med användning av det buffrade komplexa glycerolmediet (BMGY) och galaktosoxidas uttrycktes med användning av Pichia pastoris KM71H-stammen i buffrat komplex metanolmedium (BMMY). Det uttryckta GaOx-proteinet renades därefter med användning av AKTA-kromatografi med användning av en 5 ml Histrap FF-kolonn. För att bestämma proteinkoncentrationen utfördes bicinchoninsyra (BCA) analys och GaOx som producerades i skakkolvsodling var 286,25 mg/L. Den specifika aktiviteten hos skakkolven som produceras GaOx är 164,24 U/mg. Det kan observeras att PAA-behandling visar sig vara en effektiv metod för delignifiering eftersom cellulosautvinningen är nära 100 % och förlusten av hemicellulosa är relativt låg med det använda volymetriska förhållandet. GaOx som produceras i skakkolvsproduktion visar ett lovande utbyte med en betydande specifik aktivitet mot galaktosen som substrat och kan användas i framtiden för enzymatisk uppgradering av träets biomassa. / Wood is the best renewable source for producing many products due to its biocompatible and biodegradable nature. The wood biomass has a recalcitrance nature towards enzymatic upgrading. It is due to various reasons such as lignin content, acetyl content in hemicellulose, and cellulose crystallinity which blocks the enzyme binding site. This study comes under BioUPGRADE, which is a collaborative platform to create high-value and multipurpose materials sustainably using biocatalysis. The general aim of this study is to produce holocellulose and hemicellulose substrates from different wood species and produce, purify, and validate galactose oxidase as a potential biocatalyst for wood fiber modification. The study investigates the effect of chemical peracetic acid delignification on two wood species, eucalyptus hardwood (HW), and spruce softwood (SW) investigated at different time intervals, where the PAA was prepared ex-situ with a volumetric ratio of 1:3. With the results from the PAA treatment, 38.53% of lignin was removed in eucalyptus and 31.80% in softwood. The hemicellulose yield increased by 47.40% for eucalyptus and 19.05% for spruce with an increase in the time of PAA treatment. The acetyl content of the hemicellulose was reduced from 2% to 0.6% in hardwood and 1.96% to 0.6% in softwood. The cellulose recovery after the delignification was nearly 100%. The galactose oxidase was produced in a shake flask using the Pichia pastoris KM71H strain. Pichia pastoris KM71H cells were cultivated using the buffered complex glycerol media (BMGY) and galactose oxidase was expressed using the Pichia pastoris KM71H strain in Buffered complex methanol media (BMMY). The expressed GaOx protein was subsequently purified using AKTA chromatography using a 5ml Histrap FF column. To determine the protein concentration Bicinchoninic acid (BCA) analysis was performed and the GaOx produced in shake flask cultivation was 286.25 mg/L. The specific activity of the shake flask produced GaOx is 164.24 U/mg. It can be observed that PAA treatment proves to be an efficient method for delignification as the cellulose recovery is near 100% and the loss of hemicellulose is relatively low with the volumetric ratio used. The GaOx produced in shake flask production shows a promising yield with a significant specific activity towards the galactose as substrate and could be used in the future for the enzymatic upgrading of the wood biomass.