科学家用预处理的植物材料来生产高级生物燃料

图为在微生物学实验室联合生物能源研究所的Marijke Frederix(左)和Aindrila Mukhopadhyay

材料牛注：美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室) 的研究人员设计出一种细菌,使“一锅法”的方法通过预处理的植物材料浆生产先进生物燃料。

大肠杆菌(E. coli)能够承受足以分解植物含糖聚合物液态盐。因为盐溶剂,又称离子液体,会在生物燃料生产的后期造成干扰,并且这种盐溶液需要在进程之前被移除,这个过程需要时间和金钱。开发高忍耐液态盐溶液的细菌消除了洗去残留的离子液体的必要。

研究得出的成就, 发表在5月10日周二的《绿色化学》杂志上，其中包含了使生物燃料成为化石燃料的最大竞争对手的一个关键步骤，因为它有助于简化生产过程。

“把所有的一切放在一起，移走，添加，然后最终得到这种燃料，这是推进生物燃料经济化的一个必要的步骤” Aindrila Mukhopadhya（燃料合成部门副总裁联合生物能源研究所(JBEI),能源部伯克利国家实验室的生物能源研究中心首席研究员）。“ E. coli 让我们更接近这一目标。它就像一个汽车的底盘，我们构建其他的事情上的一个底盘。它可以用来集成多种最新技术将先进的可再生碳源如柳枝稷喷气燃料。”

打破了生物燃料的生产过程

生物燃料生产的基本步骤从解构开始，或分开，纤维素、半纤维素和木质素在复杂的植物结构联系在一起。然后添加能从粘稠的纤维素和半纤维素的混合物中释放糖的酶，这一步被称为糖化。细菌可以把糖生产成所需的生物燃料。多个步骤都是在不同的锅炉中完成的。

JBEI中的研究员率先使用离子液体，盐在室温下是液体，解决植物材料的解构，因为溶剂工作的效率比较高。但是对植物解构有极大好处的离子液体对下游用于生物燃料的酶和细菌的生产是有害的。

先前的研究已经发现了来应对这些挑战的方法。2012年JBEI的研究人员，包括在这个新的研究中的一个布莱克·西蒙斯合作者发现了一套糖化酶被宽容的离子液体。

Marijke Frederix，最近这项研究的第一作者和Mukhopadhyay实验室的一位博士后研究员，证实了一种氨基酸的突变基因rcdA，这有助于调节多种基因，致使E. coli菌株是非常能够忍受离子液体，提供了解决难题的重要办法。他们使用这一毒株为基础建立在先前的研究工作，包括高忍耐液态盐酶，采取进一步措施制备生物燃料。

拼接

他们开始测试E. coli菌株使用预处理柳枝稷的离子液体由美国能源部提供的Advanced Biofuels and Bioproducts Process Demonstration Unit (ABPDU)，生物燃料的设施在伯克利实验室于2011年推出加速生物燃料的商业化。

“武装rcdA变体，我们工程师的E. coli ,不仅可以容忍离子液体，但也可能产生高忍耐液态盐酶消化纤维素，产生糖，消化它生产生物燃料,”Frederix说。“E. coli在合成生物学和在我们的研究中仍是微生物宿主的主力，使用高忍耐液态盐E. coli菌株，我们可以结合许多早期发现创建一个先进生物燃料在单个锅炉中。”

尽管乙醇可能是在这个过程中更经常出现的一种产品，科学家已经研究出更先进的生物燃料，可以装更多的能量。在这种情况下，他们使用开发的生产途径也比JBEI更先进，并且生产柑橘柠烯，以及喷气燃料的前驱物。

“最终，我们在JBEI希望开发快速和简单的过程，并且可以在一个锅炉中直接转换任何可再生植物最终燃料，“Mukhopadhyay说。“这项研究使我们离月球探测器更近一步”。

本文参考地址：Scientists Brew Jet Fuel in 1-pot Recipe

感谢材料牛编辑杨洪期提供素材。