Mokslininkai parodė naują technologiją, pagal kurią bioinžinerijos būdu sukurtos bakterijos gali pagaminti ekonomiškai efektyvias chemines medžiagas/polimerus iš atsinaujinančių energijos šaltinių. augalas šaltiniai
lignino yra medžiaga, kuri yra visų sausumos augalų ląstelių sienelių sudedamoji dalis. Tai antras pagal gausumą natūralus polimeras po celiuliozės. Ši medžiaga yra vienintelis augaluose randamas polimeras, kurio sudėtyje nėra angliavandenių (cukrus) monomerai. Lignoceliuliozės biopolimerai suteikia augalams formą, stabilumą, tvirtumą ir standumą. Lignoceliuliozės biopolimerai susideda iš trijų pagrindinių komponentų: celiuliozė ir hemiceliuliozė sudaro karkasą, kuriame ligninas yra įtrauktas kaip tam tikra jungtis, taip sutvirtindama ląstelės sienelę. Ląstelių sienelių lignifikacija daro augalus atsparius vėjui ir kenkėjams ir padeda jiems pūti. Ligninas yra didžiulis, bet labai nepakankamai naudojamas atsinaujinantis energijos šaltinis. Ligninas, kuris sudaro iki 30 procentų lignoceliuliozės biomasės, yra neišnaudotas lobis – bent jau cheminiu požiūriu. Chemijos pramonė daugiausia priklauso nuo anglies junginių gaminant įvairius produktus, tokius kaip dažai, dirbtinis pluoštas, trąšos ir, svarbiausia, plastikas. Ši pramonė naudoja kai kuriuos atsinaujinančius išteklius, tokius kaip augalinis aliejus, krakmolas, celiuliozė ir kt., tačiau tai sudaro tik 13 procentų visų junginių.
Ligninas – perspektyvi alternatyva naftai gaminant produktus
Tiesą sakant, ligninas yra vienintelis atsinaujinančios energijos šaltinis žemėje, kuriame yra daug aromatinių junginių. Tai svarbu, nes aromatiniai junginiai paprastai išgaunami iš neatsinaujinančių naftos šaltinių ir naudojami gaminti plastikų, dažai ir tt Taigi lignino potencialas yra labai didelis. Lyginant su nafta, kuri yra neatsinaujinantis iškastinis kuras, lignoceliuliozės gaunamos iš mediena, šiaudai arba Miscanthus, kurie yra atsinaujinantys šaltiniai. Ligninas gali būti auginamas laukuose ir miškuose ir paprastai yra neutralus klimato atžvilgiu. Lignoceliuliozės per pastaruosius kelis dešimtmečius buvo laikomos rimta alternatyva naftai. Šiuo metu chemijos pramonę varo nafta. Nafta yra daugelio pagrindinių cheminių medžiagų, kurios vėliau naudojamos naudingiems produktams gaminti, žaliava. Tačiau nafta yra neatsinaujinantis šaltinis ir jo mažėja, todėl reikia sutelkti dėmesį į atsinaujinančių šaltinių paiešką. Dėl to ligninas yra labai perspektyvi alternatyva.
Ligninas yra pilnas didelės energijos, tačiau šios energijos išgavimas yra sudėtingas ir brangus procesas, todėl net biokuras, gaunamas, nes galutinis rezultatas paprastai yra labai brangus ir negali ekonomiškai pakeisti šiuo metu naudojamos „transporto energijos“. Buvo ištirta daug būdų, kaip sukurti ekonomiškus būdus, kaip skaidyti ligniną ir paversti jį vertingomis cheminėmis medžiagomis. Tačiau keli apribojimai apribojo liečiamų augalų medžiagų, tokių kaip ligninas, pavertimą naudoti kaip alternatyvų energijos šaltinį arba netgi bando padaryti jį ekonomiškesnį. Neseniai atliktas tyrimas parodė, kad bakterijos (E. Coli) veiktų kaip efektyvi ir produktyvi biokonversijos ląstelių gamykla. Bakterijos auga ir dauginasi labai greitai ir gali atlaikyti atšiaurius pramonės procesus. Ši informacija buvo derinama su natūralių lignino skaidytojų supratimu. Darbas buvo paskelbtas m Proceedings of the National Academy of Sciences USA.
Mokslininkų komanda, vadovaujama dr. Seema Singh iš Sandia National Laboratories, išsprendė tris pagrindines problemas, su kuriomis susiduriama paverčiant ligniną platformos cheminėmis medžiagomis. Pirmoji didelė kliūtis yra ta bakterijos E.Coli paprastai negamina fermentų, reikalingų konversijai. Mokslininkai linkę išspręsti šią fermentų gamybos problemą, pridedant „induktorių“ į fermentacijos žiedą. Šie induktoriai yra veiksmingi, tačiau yra labai brangūs, todėl netinkamai tinka biorafinavimo gamyklų koncepcijai. Tyrėjai išbandė koncepciją, pagal kurią iš lignino gaunamas junginys, pavyzdžiui, vanilė, buvo naudojamas kaip substratas ir induktorius. bakterijos E.Coli. Taip būtų išvengta brangaus induktoriaus poreikio. Nors, kaip išsiaiškino grupė, vanilė nebuvo geras pasirinkimas, ypač dėl to, kad suyrus ligninui, vanilė gaminama dideliais kiekiais ir ji pradeda slopinti E.Coli funkciją, ty vanilė pradeda daryti toksiškumą. Tačiau tai jiems buvo naudinga, kai jie sukūrė bakterijos. Pagal naująjį scenarijų sudėtingam „lignino valorizacijos“ procesui pradėti naudojama pati cheminė medžiaga, kuri yra toksiška E.Coli. Kai yra vanilės, ji suaktyvina fermentus ir bakterijos pradeda paversti vanilinu katecholiu, kuris yra norima cheminė medžiaga. Be to, vanilino kiekis niekada nepasiekia toksiško lygio, nes dabartinėje sistemoje jis automatiškai reguliuojamas. Trečioji ir paskutinė problema buvo efektyvumas. Konversijos sistema buvo lėta ir pasyvi, todėl mokslininkai ištyrė veiksmingesnius kitų bakterijų pernešėjus ir sukūrė juos į E. Coli, kuris paspartino procesą. Toksiškumo ir efektyvumo problemų įveikimas tokiais naujoviškais sprendimais gali padėti biokuro gamybai tapti ekonomiškesniu procesu. Be to, pašalinus išorinį induktorių ir įtraukus automatinį reguliavimą, biokuro gamybos procesas gali būti dar labiau optimizuotas.
Nustatyta, kad kai ligninas yra suskaidytas, jis gali suteikti arba, veikiau, „padovanoti“ vertingų platformos cheminių medžiagų, kurios vėliau gali būti paverstos nailonu, plastikais, vaistais ir kitais svarbiais produktais, kurie šiuo metu gaunami iš naftos. - atsinaujinantis energijos šaltinis. Šis tyrimas yra svarbus, nes tai yra žingsnis siekiant tirti ir kurti ekonomiškai efektyvius biokuro ir biogamybos sprendimus. Naudodami bioinžinerijos technologiją galime pagaminti didesnius kiekius platforminių chemikalų ir keletą kitų naujų galutinių produktų ne tik su bakterine E.Coli, bet ir su kitais mikrobų šeimininkais. Būsimuose autorių tyrimuose pagrindinis dėmesys bus skiriamas ekonomiškos šių produktų gamybos demonstravimui. Šis tyrimas turi didžiulę įtaką energijos gamybos procesams ir ekologiškų produktų galimybių išplėtimui. Autoriai pažymi, kad artimiausiu metu lignoceliuliozė tikrai turėtų papildyti naftą, jei ne ją pakeisti.
***
{Galite perskaityti pradinį tyrimo dokumentą spustelėję toliau pateiktą DOI nuorodą cituojamų šaltinių sąraše}
Šaltiniai)
Wu W ir kt. 2018 m. E. coli su lignino valorizacijos autoreguliavimo sistema inžinerijos link“, Bylos Nacionalinės mokslų akademijos. 115 straipsnio 12 dalį. https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
