亚马逊酵素可以提高乙醇燃料产量

2019年8月5日15:05:15亚马逊酵素可以提高乙醇燃料产量已关闭评论
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从甘蔗秸秆和甘蔗渣生产第二代乙醇或纤维素乙醇可使巴西乙醇产量增加50%。没有必要强调这种将废物转化为能源的潜力的经济和环境重要性。为

从甘蔗秸秆和甘蔗渣生产第二代乙醇或纤维素乙醇可使巴西乙醇产量增加50%。没有必要强调这种将废物转化为能源的潜力的经济和环境重要性。

为此,巴西拥有世界上最好的生物质,安装的工业能力,必要的专业工程师和正确的酵母。迄今为止缺失的元素是完成驱动糖化过程所需的酶混合物,通过该过程,称为多糖的复合糖被解聚并分解成简单的可溶性糖。先进的研究重点是创造一个工业规模的微生物平台,用于生产这些酶。

最近取得的一项重要成果是发现生活在巴西亚马逊地区的微生物,这些微生物产生的酶对该项目的成功至关重要。

该酶已被分离,表征和复制,证明与第二代乙醇生产的两个基本阶段相容:发酵和糖化。如果这两个阶段可以同时进行,糖和乙醇工业将大大降低其成本,因为单个反应器可用于所涉及的两个过程,从而节省了试剂。

该研究涉及巴西国家能源与材料研究中心(CNPEM),巴西石油公司,圣保罗大学(USP)以及圣保罗州圣卡洛斯联邦大学(UFSCar)的研究人员,并得到了FAPESP的支持。研究小组的一篇文章发表在Biochimica et Biophysica Acta(BBA) - 蛋白质和蛋白质组学。

“糖化是这个过程中成本最高的部分。将复合糖转化为单糖所需的酶占纤维素乙醇成本的30%至50%,“CNPEM的研究员,该项目的主要研究者之一Mario Tyago Murakami说。

“酶的转化效率目前为50%-65%。这意味着生物质中可用的糖的50%至35%在糖化过程中“丢失”。我们的研究旨在寻找有助于提高酶效率的生物催化剂,“Murakami告诉AgênciaFAPESP。

在协同作用的必需酶的库中,β-葡糖苷酶对于它们在纤维素糖化级联的最后步骤中的作用至关重要。

“我们知道随着糖化产物的比例上升,糖化率下降,因为产物的存在抑制了酶的作用。这是一种一般规则,“村上说。“在这种特定情况下,产生的葡萄糖抑制β-葡糖苷酶的作用。已经详尽地研究了这种技术约束。为了提高糖化效率,β-葡萄糖苷酶必须具有高度葡萄糖耐受性。“

由于源自进化过程差异的遗传特异性,同源酶可显示出对产物抑制的不同程度的抗性。这项研究的目的是找到适合巴西生物质的β-葡萄糖苷酶;为此,研究人员关注亚马逊森林和塞拉多(巴西热带草原)生物群落中发生的自然过程。

Flavio Henrique da Silva,UFSCar遗传与进化系的全职教授和该项目的联合首席研究员,负责这个生物勘探企业。最有希望的发现发生在亚马逊地区Coari附近Solimões上游的Poraquê湖。取自当地非可培养微生物群落的样品含有编码具有必需工业潜力的β-葡糖苷酶的基因。

“在Poraquê湖等栖息地,微生物适应富含植物凋落物,叶子,木材等多糖的食物来源。这些微生物中存在的β-葡萄糖苷酶与不同进化压力产生的同源酶不同,“村上说。

同时糖化和发酵

在他的酶学研究中,席尔瓦发现Poraquê湖中的微生物编码的β-葡糖苷酶可能是甘蔗渣糖化的有效催化剂,并且具有高度的葡萄糖耐受性。下一步是村上的团队成员,他们专注于机械结构生物学,并阐明了这种酶在分子和原子水平上的功能。

“这是团队合作的一个很好的例子,”村上说。“它汇集了勘探小组,酶学小组,机械研究小组,生物信息学小组等。我们在国家同步辐射实验室和其他巴西实验室使用过设备。“

关于分子结构,寡聚研究证明了一种蛋白质与其他类别的蛋白质不同,具有独特的四级结构。

“这项研究证实了该小组先前关于酶产品耐受性的结构决定因素的研究,验证了我们的机械模型。此外,我们发现这种β-葡萄糖苷酶在与水解过程相容的温度和pH条件下是有效的,“Murakami说。

该信息具有高度相关性,因为它表明该组发现的酶可用于同时糖化和发酵(SSF)的过程。因为它在与酵母生长相容的温度下是有效的,所以这种β-葡糖苷酶能够释放由糖化产生的碳水化合物并且它们通过酵母发酵同时发生。该策略减轻了产品的抑制作用,因为当酵母释放时糖被酵母消耗,从而避免由于过量葡萄糖产生而抑制酶。

下一步将研究将酶与现有的真菌酶混合物结合起来,通过促进糖化来提高效率。

“一旦利用基因文库提取非可培养微生物的基因库,并根据结构知识进行合理修改以提高热稳定性,就可以通过分子生物学技术将其转移到其他宿主,”村上说。“所讨论的寄主是木霉属(Trichoderma),一种丝状真菌属,已经含有一系列碳水化合物活性酶。从亚马逊中添加β-葡萄糖苷酶将增强其潜力。目标是提高已经存在的工业微生物平台的效率。“研究人员计划申请使用酶工程改造的真菌专利。