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[中國化工報]南工大生物質轉化為高附加值化學品

我國每年產生十幾億噸的玉米芯、秸稈等農業廢棄物,由于其結構復雜,難以實現有效降解和利用。如何將這些廢棄物變廢為寶,是目前探索的難題之一。近日,南京工業大學姜岷教授團隊等人通過設計不同功能互補的人工雙菌共培養體系,可以將玉米芯、秸稈等低劣生物質轉化為燃料丁醇、琥珀酸等生物燃料和有用化學品。

“目前國際上多數研究是將木質纖維素(比如玉米芯、秸稈等)進行預處理(加酸或加堿等)后再進行生物轉化,成本較高;或者是通過基因工程改造單個菌株實現木質纖維素降解和有用化學品合成,這就導致菌株的代謝負荷過重、木質纖維素降解轉化效率低等問題?!闭撐牡谝蛔髡?、南京工業大學生物與制藥工程學院博士生陸家聲介紹。而姜岷團隊通過設計和構建人工雙菌共培養體系,實現兩個菌株相互協作,其中一個菌株負責將木質纖維素水解成單糖[木質纖維素(玉米芯)通常是以聚合糖的形式存在的,而大多數菌只能利用單糖,因此要將聚合糖水解成單糖(還原糖)],另一個菌株負責將單糖轉化為琥珀酸,從而實現了從木質纖維素直接得到較高產量的琥珀酸。日前,該成果發表在SCI期刊《ACS可持續化學與工程》(ACS Sustainable Chemistry & Engineering)上。

“對這一雙菌共培養體系發酵過程作進一步優化,就可以實現直接利用木聚糖合成32.50 g/L琥珀酸,收率達0.39 g/g;此外,這一雙菌體系可以直接降解80 g/L未處理的玉米芯合成12.51 g/L的琥珀酸?!苯航淌诒硎?,這一研究成果可以將難以降解的玉米芯轉化為琥珀酸,而琥珀酸可廣泛用于合成生物可降解塑料,同時也可用作食品添加劑、防腐劑、解毒劑和用于合成鎮靜劑、止血藥、抗生素等,用途非常廣泛。

根據同樣的設計原理,姜岷教授團隊通過從自然界天然降解木質纖維素的菌群中篩選、鑒定了兩種核心功能菌株,并構建一個功能互補的人工雙菌體系,成功實現了直接利用木質纖維素合成燃料丁醇?!皩@一雙菌體系發酵過程進一步優化,最終,該雙菌體系可直接利用木聚糖(半纖維素的重要組成部分。半纖維素是木質纖維素的成分之一)合成13.28 g/L丁醇,并可直接利用未經任何化學或生物處理的玉米芯合成7.61 g/L丁醇,收率達0.12 g/g?!边@一研究近日發表在《生物技術與生物工程》(Biotechnology and Bioengineering)上,論文共同通訊作者、南京工業大學生物與制藥工程學院信豐學教授介紹。

姜岷教授團隊的研究成果可為直接利用木質纖維素等低劣生物質合成有用化學品提供理論指導,比如農村中難以降解的秸稈、餐廚垃圾、廢棄塑料等,通過混菌體系(多細胞體系)的合理設計和構建,可實現將其轉化為有用化學品。(周偉)

《中化新網》2020年7月21日  http://www.ccin.com.cn/detail/056ccb34dd29290b3986cbe4793d8831/news

《中國化工報》2020年7月21日第2版 http://124.207.49.121/pc/page.do?pageId=219342&pId=960

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