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科學(xué)家利用“環(huán)境因素”提高生物燃料生產(chǎn)效率
來(lái)源：環(huán)球糧機(jī)網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2015-04-28 21:19:18
使用光生物反應(yīng)器設(shè)備培養(yǎng)微藻 利用“B因子”引導(dǎo)誘變方法增強(qiáng)里氏木霉內(nèi)切葡聚 糖酶產(chǎn)生的TrEGI熱穩(wěn)定性 日前，包括美日等國(guó)在內(nèi)的多國(guó)政府均為生物燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了多項(xiàng)扶持措施。據(jù)悉，目前有31個(gè)國(guó)家確定了生物燃料調(diào)合標(biāo)準(zhǔn)，有19個(gè)國(guó)家和地區(qū)實(shí)施了燃料免稅和生產(chǎn)補(bǔ)貼政策。 正當(dāng)生物燃料的研發(fā)在全球如火如荼地進(jìn)行時(shí)，科學(xué)家已計(jì)劃通過(guò)改變?cè)牧仙L(zhǎng)的“環(huán)境因素”，來(lái)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(yīng)器培養(yǎng)微藻 據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)日前報(bào)道，西班牙阿利坎特大學(xué)聚合物加工與熱解研究小組設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一種光生物反應(yīng)器設(shè)備。這種設(shè)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(lǐng)域都具有較大價(jià)值。 據(jù)了解，這種光生物反應(yīng)器設(shè)備極易擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。研究人員表示，與現(xiàn)有的生物反應(yīng)器相比，利用二氧化碳與光傳輸調(diào)整藻類(lèi)生長(zhǎng)的環(huán)境因素，在大批量生產(chǎn)過(guò)程中將需要更少的清潔和維護(hù)操作。 眾所周知，由于傳統(tǒng)化石燃料的負(fù)面影響和全球氣候變暖現(xiàn)象推動(dòng)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(lèi)具有很多優(yōu)勢(shì)：繁殖快、不需占用農(nóng)業(yè)用地、不需要清潔水也可生長(zhǎng)，最重要的是藻類(lèi)產(chǎn)生的藻油可直接轉(zhuǎn)化為生物柴油燃料。根據(jù)藻類(lèi)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(jià)值的產(chǎn)品。 該研究小組負(fù)責(zé)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(lái)，對(duì)微型藻類(lèi)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(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)光生物反應(yīng)器可以極大地提高微藻產(chǎn)能。” 生物燃料轉(zhuǎn)化的理想溫度 據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近期報(bào)道，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室利用新技術(shù)改進(jìn)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(duì)于表達(dá)酶的活性和穩(wěn)定性具有深遠(yuǎn)的影響。這將對(duì)生產(chǎn)生物燃料具有指導(dǎo)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(shù)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(shù)采用“B因子”引導(dǎo)誘變方法，增強(qiáng)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(shì)：在高溫預(yù)處理下粘度降低；微生物污染風(fēng)險(xiǎn)減少；兼容性增強(qiáng)。這樣就具有了較高的固體負(fù)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(gè)氨基酸鏈連接在一起而成，每一個(gè)氨基酸在對(duì)應(yīng)酶中都具有“B因子”值，該數(shù)值對(duì)應(yīng)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(yīng)力下最容易分離。因此通過(guò)突變氨基酸固定酶，并降低“B因子”值以支撐結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增強(qiáng)蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定值。 研究人員篩選1.1萬(wàn)個(gè)TrEGI突變體，隨后經(jīng)過(guò)50℃的預(yù)處理，最后確認(rèn)約500個(gè)變異菌種候選，再使用“B因子”引導(dǎo)誘變。改造后的TrEGI，在溫度范圍50℃—60℃之間時(shí)，其活性為原纖維素酶對(duì)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(guò)改造的TrEGI能夠在60℃時(shí)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(shí)一樣。經(jīng)對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)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。
