Tutkijat ovat osoittaneet uuden teknologian, jossa biotekniset bakteerit voivat valmistaa kustannustehokkaita kemikaaleja/polymeerejä uusiutuvista energialähteistä. kasvi lähteet
ligniini on materiaali, joka on kaikkien kuivan maan kasvien soluseinän ainesosa. Se on toiseksi yleisin luonnollinen polymeeri selluloosan jälkeen. Tämä materiaali on ainoa kasveista löytyvä polymeeri, joka ei koostu hiilihydraateista (sokeri) monomeerit. Lignoselluloosabiopolymeerit antavat kasveille muotoa, vakautta, lujuutta ja jäykkyyttä. Lignoselluloosabiopolymeerit koostuvat kolmesta pääkomponentista: selluloosa ja hemiselluloosa muodostavat rungon, johon ligniini liitetään eräänlaisena liittimenä ja kiinteyttää soluseinää. Soluseinän lignifikaatio tekee kasveista vastustuskykyisiä tuulelle ja tuholaisille ja auttaa niitä mätänemään. Ligniini on laaja mutta hyvin vajaakäyttöinen uusiutuva energialähde. Ligniini, joka edustaa jopa 30 prosenttia lignoselluloosan biomassasta, on hyödyntämätön aarre – ainakin kemiallisesta näkökulmasta. Kemianteollisuus on pääasiassa riippuvainen hiiliyhdisteistä erilaisten tuotteiden, kuten maalien, tekokuitujen, lannoitteiden ja ennen kaikkea muovin luomisessa. Tämä teollisuus käyttää joitakin uusiutuvia luonnonvaroja, kuten kasviöljyä, tärkkelystä, selluloosaa jne., mutta tämä muodostaa vain 13 prosenttia kaikista yhdisteistä.
Ligniini, lupaava vaihtoehto öljylle tuotteiden valmistuksessa
Itse asiassa ligniini on ainoa uusiutuvan energian lähde maan päällä, joka sisältää suuren määrän aromaattisia yhdisteitä. Tämä on tärkeää, koska aromaattiset yhdisteet uutetaan yleensä uusiutumattomista raakaöljyistä ja niitä käytetään sitten muovit, maalit jne. Näin ollen ligniinin potentiaali on erittäin korkea. Verrattuna öljyyn, joka on uusiutumaton fossiilinen polttoaine, lignoselluloosat ovat peräisin puu, oljet tai Miscanthus, jotka ovat uusiutuvia lähteitä. Ligniiniä voidaan kasvattaa pelloilla ja metsissä ja se on yleensä neutraali ilmaston suhteen. Lignoselluloosia on pidetty viime vuosikymmeninä vakavana vaihtoehtona öljylle. Öljy ohjaa tällä hetkellä kemianteollisuutta. Öljy on raaka-aine monille peruskemikaaleille, joita sitten käytetään hyödyllisten tuotteiden valmistukseen. Öljy on kuitenkin uusiutumaton lähde ja sen määrä on hupenemassa, joten on keskityttävä uusiutuvien lähteiden löytämiseen. Tämä tuo ligniinin kuvaan, koska se näyttää olevan erittäin lupaava vaihtoehto.
Ligniini on täynnä korkeaa energiaa, mutta tämän energian talteenotto on monimutkainen ja kallis prosessi, joten jopa biopolttoainetta syntyy, koska lopputuloksena on yleensä erittäin korkea hinta, eikä se voi korvata taloudellisesti tällä hetkellä käytössä olevaa "kuljetusenergiaa". Monia lähestymistapoja on tutkittu kustannustehokkaiden tapojen kehittämiseksi ligniinin hajottamiseksi ja sen muuntamiseksi arvokkaiksi kemikaaleiksi. Useat rajoitukset ovat kuitenkin rajoittaneet kosketuskasviaineen, kuten ligniinin, muuntamista käyttämään vaihtoehtoisena energialähteenä tai jopa yrittänyt tehdä siitä kustannustehokkaampaa. Äskettäinen tutkimus on onnistuneesti kehittänyt bakteerit (E. Coli) toimimaan tehokkaana ja tuottavana biokonversiosolutehtaana. Bakteerit kasvaa ja moninkertaistuu erittäin nopeasti ja ne kestävät ankaria teollisia prosesseja. Tämä tieto yhdistettiin ymmärrykseen luonnollisesti saatavilla olevista ligniinin hajottajista. Teos julkaistiin Proceedings of the National Academy of Science USA.
Tohtori Seema Singhin johtama tutkijaryhmä Sandia National Laboratoriesista ratkaisi kolme pääongelmaa, joita kohdataan ligniinin muuttamisessa alustakemikaaleiksi. Ensimmäinen suuri este on se bakteerit E.Coli ei yleensä tuota konversioon tarvittavia entsyymejä. Tiedemiehet pyrkivät ratkaisemaan tämän entsyymien valmistusongelman lisäämällä "indusoijan" käymisrenkaaseen. Nämä induktorit ovat tehokkaita, mutta erittäin kalliita eivätkä siksi sovi hyvin biojalostamoiden käsitteeseen. Tutkijat kokeilivat konseptia, jossa ligniinistä johdettua yhdistettä, kuten vaniljaa, käytettiin substraattina sekä indusoijana kehittämällä bakteerit E. Coli. Tämä ohittaisi kalliin induktorin tarpeen. Tosin, kuten ryhmä havaitsi, vanilja ei ollut hyvä valinta varsinkaan siksi, että kun ligniini hajoaa, vaniljaa syntyy suuria määriä ja se alkaa estää E.Colin toimintaa eli vanilja alkaa aiheuttaa myrkyllisyyttä. Mutta tämä toimi heidän edukseen, kun he suunnittelivat bakteerit. Uudessa skenaariossa juuri sitä kemikaalia, joka on myrkyllinen E. Colille, käytetään käynnistämään monimutkainen "ligniinin valorisaatio" -prosessi. Kun vanilja on läsnä, se aktivoi entsyymit ja bakteerit alkavat muuntaa vanilliinia katekoliksi, joka on haluttu kemikaali. Vanilliinin määrä ei myöskään koskaan saavuta myrkyllistä tasoa, koska se säätyy automaattisesti nykyisessä järjestelmässä. Kolmas ja viimeinen ongelma oli tehokkuus. Konversiojärjestelmä oli hidas ja passiivinen, joten tutkijat etsivät tehokkaampia kuljettajia muista bakteereista ja kehittivät ne E. coliksi, joka sitten seurasi prosessia nopeasti. Myrkyllisyys- ja tehokkuusongelmien ratkaiseminen tällaisilla innovatiivisilla ratkaisuilla voi auttaa tekemään biopolttoaineiden tuotannosta taloudellisemman prosessin. Ja ulkoisen induktorin poistaminen ja automaattisen säätelyn sisällyttäminen voi edelleen optimoida biopolttoaineiden valmistusprosessia.
On tunnettua, että kun ligniini on hajotettu, se pystyy tarjoamaan tai pikemminkin "lahjoamaan" arvokkaita alustakemikaaleja, jotka voidaan sitten muuttaa nailoniksi, muoveiksi, lääkkeiksi ja muiksi tärkeiksi tuotteiksi, jotka tällä hetkellä johdetaan öljystä. - uusiutuva energialähde. Tämä tutkimus on tärkeä askel kohti kustannustehokkaiden biopolttoaineiden ja biotuotannon ratkaisujen tutkimusta ja kehittämistä. Biotekniikan avulla voimme tuottaa suurempia määriä alustakemikaaleja ja useita muita uusia lopputuotteita, ei vain bakteeri-E.Colilla, vaan myös muilla mikrobisännillä. Tekijöiden tuleva tutkimus keskittyy näiden tuotteiden taloudellisen tuotannon osoittamiseen. Tällä tutkimuksella on valtava vaikutus energiantuotantoprosesseihin ja vihreiden tuotteiden mahdollisuuksien laajentamiseen. Kirjoittajat huomauttavat, että lähitulevaisuudessa lignoselluloosan tulisi ehdottomasti täydentää öljyä ellei korvata sitä.
***
Lähteet)
Wu W et ai. 2018. Kohti E. colin muokkausta ligniinin arvostamiseen tarkoitetulla autosäätelyjärjestelmällä. Proceedings of National Academy of Sciences. 115 (12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
***
 monomers.){kind=link}