科學家用預處理的植物材料來生產高級生物燃料

圖為在微生物學實驗室聯合生物能源研究所的Marijke Frederix(左)和Aindrila Mukhopadhyay

材料牛注：美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室) 的研究人員設計出一種細菌,使“一鍋法”的方法通過預處理的植物材料漿生產先進生物燃料。

大腸桿菌(E. coli)能夠承受足以分解植物含糖聚合物液態鹽。因為鹽溶劑,又稱離子液體,會在生物燃料生產的后期造成干擾,并且這種鹽溶液需要在進程之前被移除,這個過程需要時間和金錢。開發高忍耐液態鹽溶液的細菌消除了洗去殘留的離子液體的必要。

研究得出的成就, 發表在5月10日周二的《綠色化學》雜志上，其中包含了使生物燃料成為化石燃料的最大競爭對手的一個關鍵步驟，因為它有助于簡化生產過程。

“把所有的一切放在一起，移走，添加，然后最終得到這種燃料，這是推進生物燃料經濟化的一個必要的步驟” Aindrila Mukhopadhya（燃料合成部門副總裁聯合生物能源研究所(JBEI),能源部伯克利國家實驗室的生物能源研究中心首席研究員）。“?E. coli?讓我們更接近這一目標。它就像一個汽車的底盤，我們構建其他的事情上的一個底盤。它可以用來集成多種最新技術將先進的可再生碳源如柳枝稷噴氣燃料。”

打破了生物燃料的生產過程

生物燃料生產的基本步驟從解構開始，或分開，纖維素、半纖維素和木質素在復雜的植物結構聯系在一起。然后添加能從粘稠的纖維素和半纖維素的混合物中釋放糖的酶，這一步被稱為糖化。細菌可以把糖生產成所需的生物燃料。多個步驟都是在不同的鍋爐中完成的。

JBEI中的研究員率先使用離子液體，鹽在室溫下是液體，解決植物材料的解構，因為溶劑工作的效率比較高。但是對植物解構有極大好處的離子液體對下游用于生物燃料的酶和細菌的生產是有害的。

先前的研究已經發現了來應對這些挑戰的方法。2012年JBEI的研究人員，包括在這個新的研究中的一個布萊克·西蒙斯合作者發現了一套糖化酶被寬容的離子液體。

Marijke Frederix，最近這項研究的第一作者和Mukhopadhyay實驗室的一位博士后研究員，證實了一種氨基酸的突變基因rcdA，這有助于調節多種基因，致使E. coli菌株是非常能夠忍受離子液體，提供了解決難題的重要辦法。他們使用這一毒株為基礎建立在先前的研究工作，包括高忍耐液態鹽酶，采取進一步措施制備生物燃料。

拼接

他們開始測試E. coli菌株使用預處理柳枝稷的離子液體由美國能源部提供的Advanced Biofuels and Bioproducts Process Demonstration Unit (ABPDU)，生物燃料的設施在伯克利實驗室于2011年推出加速生物燃料的商業化。

“武裝rcdA變體，我們工程師的E. coli?,不僅可以容忍離子液體，但也可能產生高忍耐液態鹽酶消化纖維素，產生糖，消化它生產生物燃料,”Frederix說。“E. coli在合成生物學和在我們的研究中仍是微生物宿主的主力，使用高忍耐液態鹽E. coli菌株，我們可以結合許多早期發現創建一個先進生物燃料在單個鍋爐中。”

盡管乙醇可能是在這個過程中更經常出現的一種產品，科學家已經研究出更先進的生物燃料，可以裝更多的能量。在這種情況下，他們使用開發的生產途徑也比JBEI更先進，并且生產柑橘檸烯，以及噴氣燃料的前驅物。

“最終，我們在JBEI希望開發快速和簡單的過程，并且可以在一個鍋爐中直接轉換任何可再生植物最終燃料，“Mukhopadhyay說。“這項研究使我們離月球探測器更近一步”。

本文參考地址：Scientists Brew Jet Fuel in 1-pot Recipe

感謝材料牛編輯楊洪期提供素材。