科学家利用环境因素降低生物燃料生产成本

    日前，包括美日等国在内的多国政府均为生物燃料产业的发展提供了多项扶持措施。据悉，目前有31个国家确定了生物燃料调合标准，有19个国家和地区实施了燃料免税和生产补贴政策。
   
    正当生物燃料的研发在全球如火如荼地进行时，科学家已计划通过改变原材料生长的“环境因素”，来提高生物燃料生产的效率，并降低生产成本。
   
    光生物反应器培养微藻
   
    据物理学家组织网日前报道，西班牙阿利坎特大学聚合物加工与热解研究小组设计并开发了一种光生物反应器设备。这种设备可以有效培养微藻，而微藻在生产生物燃料、农业食品、医药行业等领域都具有较大价值。
   
    据了解，这种光生物反应器设备极易扩大生产规模。研究人员表示，与现有的生物反应器相比，利用二氧化碳与光传输调整藻类生长的环境因素，在大批量生产过程中将需要更少的清洁和维护操作。
   
    众所周知，由于传统化石燃料的负面影响和全球气候变暖现象推动了生物燃料产业的发展。在生物燃料的众多原材料中，藻类具有很多优势：繁殖快、不需占用农业用地、不需要清洁水也可生长，最重要的是藻类产生的藻油可直接转化为生物柴油燃料。根据藻类品种的不同，可以获得抗生素、多不饱和脂肪酸、酶、蛋白质、维生素、甘油三酸脂或抗氧化剂等极具工业价值的产品。
   
    该研究小组负责人安东尼奥·马尔西利亚·戈米斯表示：“原材料起初取自于海藻，近15年来，对微型藻类培养的研究掀起了热潮。人们已将其视为燃料油的替代品。实验证明，通过光生物反应器可以极大地提高微藻产能。”
   
    生物燃料转化的理想温度
   
    据物理学家组织网近期报道，美国劳伦斯伯克利国家实验室利用新技术改进了一种高温酶突变体。这种突变体能够在所需温度范围内具有较好的活性和稳定性。研究表明，重组纤维素酶对于表达酶的活性和稳定性具有深远的影响。这将对生产生物燃料具有指导性意义。
   
    研究人员发现，在65℃—70℃的环境下从木质纤维素中生产生物燃料是极有效率的。新的技术在此温度范围内提高纤维素酶的能力将纤维素分解为发酵糖。
   
    据了解，该技术采用“B因子”引导诱变方法，增强里氏木霉的内切葡聚糖酶产生的TrEGI热稳定性（里氏木霉是一种重要的生产纤维素酶的菌种）。在高温下，使用纤维素酶水解木质纤维素具有很大优势：在高温预处理下粘度降低；微生物污染风险减少；兼容性增强。这样就具有了较高的固体负荷，还加快了传质和水解速度。
   
    然而，里氏木霉纤维素酶在50℃以上不太稳定，化工网因此使用“B因子”法改善纤维素酶的热稳定性。像所有的蛋白质一样，纤维素酶是由单个氨基酸链连接在一起而成，每一个氨基酸在对应酶中都具有“B因子”值，该数值对应氨基酸的灵活性。具有越高“B因子”值的氨基酸灵活性越好。酶中最活跃的氨基酸在蛋白质热应力下最容易分离。因此通过突变氨基酸固定酶，并降低“B因子”值以支撑结构，进而增强蛋白质的热稳定值。
   
    研究人员筛选1.1万个TrEGI突变体，随后经过50℃的预处理，最后确认约500个变异菌种候选，再使用“B因子”引导诱变。改造后的TrEGI，在温度范围50℃—60℃之间时，其活性为原纤维素酶对不溶性木质纤维素基质的两倍。在模式菌株粗糙脉孢菌中经过改造的TrEGI能够在60℃时水解木质纤维素生物质，其转化效率与原纤维素酶在50℃时一样。经对比发现，TrEGI突变体在大肠杆菌提取物以及模式酿酒酵母菌中，在较高温度下活性较低。这一实验结果将有助于提高从木质纤维素中生产生物燃料的转化效率。