利用“環(huán)境因素”提高生物燃料生產(chǎn)效率

文/焦 旭

利用“環(huán)境因素”提高生物燃料生產(chǎn)效率

文/焦 旭

近日，包括美日等國在內(nèi)的多國政府均為生物燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了多項扶持措施。據(jù)悉，目前有31個國家確定了生物燃料調(diào)合標準，有19個國家和地區(qū)實施了燃料免稅和生產(chǎn)補貼政策。

正當生物燃料的研發(fā)在全球如火如荼地進行時，科學家已計劃通過改變原材料生長的“環(huán)境因素”，來提高生物燃料生產(chǎn)的效率，并降低生產(chǎn)成本。

光生物反應器培養(yǎng)微藻

據(jù)物理學家組織網(wǎng)近日報道，西班牙阿利坎特大學聚合物加工與熱解研究小組設計并開發(fā)了一種光生物反應器設備。這種設備可以有效培養(yǎng)微藻，而微藻在生產(chǎn)生物燃料、農(nóng)業(yè)食品、醫(yī)藥行業(yè)等領域都具有較大價值。

據(jù)了解，這種光生物反應器設備極易擴大生產(chǎn)規(guī)模。研究人員表示，與現(xiàn)有的生物反應器相比，利用二氧化碳與光傳輸調(diào)整藻類生長的環(huán)境因素，在大批量生產(chǎn)過程中將需要更少的清潔和維護操作。

眾所周知，由于傳統(tǒng)化石燃料的負面影響和全球氣候變暖現(xiàn)象推動了生物燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在生物燃料的眾多原材料中，藻類具有很多優(yōu)勢：繁殖快、不需占用農(nóng)業(yè)用地、不需要清潔水也可生長，最重要的是藻類產(chǎn)生的藻油可直接轉(zhuǎn)化為生物柴油燃料。根據(jù)藻類品種的不同，可以獲得抗生素、多不飽和脂肪酸、酶、蛋白質(zhì)、維生素、甘油三酸脂或抗氧化劑等極具工業(yè)價值的產(chǎn)品。

該研究小組負責人安東尼奧?馬爾西利亞?戈米斯表示：“原材料起初取自于海藻，近15年來，對微型藻類培養(yǎng)的研究掀起了熱潮。人們已將其視為燃料油的替代品。實驗證明，通過光生物反應器可以極大地提高微藻產(chǎn)能?！?/p>

生物燃料轉(zhuǎn)化的理想溫度

據(jù)物理學家組織網(wǎng)近期報道，美國勞倫斯伯克利國家實驗室利用新技術改進了一種高溫酶突變體。這種突變體能夠在所需溫度范圍內(nèi)具有較好的活性和穩(wěn)定性。研究表明，重組纖維素酶對于表達酶的活性和穩(wěn)定性具有深遠的影響。這將對生產(chǎn)生物燃料具有指導性意義。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在65～70℃的環(huán)境下從木質(zhì)纖維素中生產(chǎn)生物燃料是極有效率的。新的技術在此溫度范圍內(nèi)提高纖維素酶的能力將纖維素分解為發(fā)酵糖。

據(jù)了解，該技術采用“B因子”引導誘變方法，增強里氏木霉的內(nèi)切葡聚糖酶產(chǎn)生的TrEGI熱穩(wěn)定性（里氏木霉是一種重要的生產(chǎn)纖維素酶的菌種）。在高溫下，使用纖維素酶水解木質(zhì)纖維素具有很大優(yōu)勢：在高溫預處理下粘度降低；微生物污染風險減少；兼容性增強。這樣就具有了較高的固體負荷，還加快了傳質(zhì)和水解速度。

然而，里氏木霉纖維素酶在50℃以上不太穩(wěn)定，因此使用“B因子”法改善纖維素酶的熱穩(wěn)定性。像所有的蛋白質(zhì)一樣，纖維素酶是由單個氨基酸鏈連接在一起而成，每一個氨基酸在對應酶中都具有“B因子”值，該數(shù)值對應氨基酸的靈活性。具有越高“B因子”值的氨基酸靈活性越好。酶中最活躍的氨基酸在蛋白質(zhì)熱應力下最容易分離。因此通過突變氨基酸固定酶，并降低“B因子”值以支撐結構，進而增強蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定值。

研究人員篩選1.1萬個TrEGI突變體，隨后經(jīng)過50℃的預處理，最后確認約500個變異菌種候選，再使用“B因子”引導誘變。改造后的TrEGI，在溫度范圍50～60℃之間時，其活性為原纖維素酶對不溶性木質(zhì)纖維素基質(zhì)的兩倍。在模式菌株粗糙脈孢菌中經(jīng)過改造的TrEGI能夠在60℃時水解木質(zhì)纖維素生物質(zhì)，其轉(zhuǎn)化效率與原纖維素酶在50℃時一樣。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，TrEGI突變體在大腸桿菌提取物以及模式釀酒酵母菌中，在較高溫度下活性較低。這一實驗結果將有助于提高從木質(zhì)纖維素中生產(chǎn)生物燃料的轉(zhuǎn)化效率。

(文章來源：中國能源報)