利用“環境因素”提高生物燃料生產效率

文/焦 旭

利用“環境因素”提高生物燃料生產效率

文/焦 旭

近日，包括美日等國在內的多國政府均為生物燃料產業的發展提供了多項扶持措施。據悉，目前有31個國家確定了生物燃料調合標準，有19個國家和地區實施了燃料免稅和生產補貼政策。

正當生物燃料的研發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“環境因素”，來提高生物燃料生產的效率，并降低生產成本。

光生物反應器培養微藻

據物理學家組織網近日報道，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了一種光生物反應器設備。這種設備可以有效培養微藻，而微藻在生產生物燃料、農業食品、醫藥行業等領域都具有較大價值。

據了解，這種光生物反應器設備極易擴大生產規模。研究人員表示，與現有的生物反應器相比，利用二氧化碳與光傳輸調整藻類生長的環境因素，在大批量生產過程中將需要更少的清潔和維護操作。

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

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能。”

生物燃料轉化的理想溫度

據物理學家組織網近期報道，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具有較好的活性和穩定性。研究表明，重組纖維素酶對于表達酶的活性和穩定性具有深遠的影響。這將對生產生物燃料具有指導性意義。

研究人員發現，在65～70℃的環境下從木質纖維素中生產生物燃料是極有效率的。新的技術在此溫度范圍內提高纖維素酶的能力將纖維素分解為發酵糖。

據了解，該技術采用“B因子”引導誘變方法，增強里氏木霉的內切葡聚糖酶產生的TrEGI熱穩定性（里氏木霉是一種重要的生產纖維素酶的菌種）。在高溫下，使用纖維素酶水解木質纖維素具有很大優勢：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，還加快了傳質和水解速度。

然而，里氏木霉纖維素酶在50℃以上不太穩定，因此使用“B因子”法改善纖維素酶的熱穩定性。像所有的蛋白質一樣，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，進而增強蛋白質的熱穩定值。

研究人員篩選1.1萬個TrEGI突變體，隨后經過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纖維素基質的兩倍。在模式菌株粗糙脈孢菌中經過改造的TrEGI能夠在60℃時水解木質纖維素生物質，其轉化效率與原纖維素酶在50℃時一樣。經對比發現，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纖維素中生產生物燃料的轉化效率。

(文章來源：中國能源報)