زیست تودهفراوری لیگنوسلولوز

افزایش تولید سوخت‌ های زیستی به کمک محاسبات ابررایانه‌ ای

محققان دانشگاه کالیفرنیا با ترکیب روش‌های محاسبات ابررایانه‌ای و تصویربرداری نانو توانستند به تجزیه مؤثرتر زیست‌توده‌های گیاهی و تبدیل آن‌ها به سوخت زیستی دست پیدا کنند. این محققان با رفع مکانیزم‌های دفاعی دیواره سلول گیاهی، روشی به‌صرفه برای تجزیه دیواره سلولی و حذف لیگنین ارائه دادند.


گروه تحقیقاتی دانشگاه ریورساید کالیفرنیا و گروه آزمایشگاه دانشگاه فلوریدا، توانستند یک نقشه راه شیمیایی برای رفع مکانیزم‌های دفاعی دیواره سلولی گیاهی ایجاد کنند. وجود این مکانیزم‌های دفاعی در دیواره سلول گیاهی، فرایند تجزیه و شکست سلولی را برای تبدیل به زیست‌توده لیگنوسلولزی دشوار و پرهزینه‌ می‌کند.

به‌منظور دستیابی به قندهای سرشار از انرژی موجود در دیواره سلول گیاهی، محققان بر حل شدن لیگنین متمرکز شده‌اند. لیگنین یک پلیمر پیچیده در دیواره‌های سلول گیاهی است که به‌عنوان یک سپر طبیعی عمل می‌کند و یکی از عوامل اصلی دوام طبیعی چوب در برابر میکروارگانیسم‌های مخرب است.

روش‌های شیمیایی مختلفی مانند استفاده از تیمارهای اسید قوی، مایعات یونی، آمونیاک و سولفیت برای بهبود دسترسی آنزیم به سلولز مورد استفاده قرار گرفته است، ولی این روش‌ها در حذف لیگنین بی‌اثر بوده‌اند. همچنین روش‌هایی مثل استفاده از کمک‌حلال‌های متداول، مانند محلول‌های اتانول و استون، برای حذف لیگنین نیز به‌کار گرفته شده است که به‌دلیل دمای واکنش بسیار بالا، باعث تجزیه قندهای باقی‌مانده می‌شود. به همین دلیل، هنوز روشی اقتصادی برای تبدیل زیست‌توده به سوخت‌های زیستی تحقق نیافته است.

گروهی از محققان دانشگاه ریورساید با تمرکز بر شناسایی کمک‌حلال‌های اختصاصی، روشی مبتنی بر رویکرد “Lignin-first” ارائه کرده‌اند. رویکرد “Lignin-first” به معنی تبدیل کاتالیزوری اولیه لیگنین است که در آن به استخراج و تبدیل کاتالیزوری لیگنین‌های آزادشده از زیست‌توده، به‌صورت فرایند تک‌ظرفی (one-pot) پرداخته می‌شود.

محققان، برای نشان دادن تأثیر بالای استفاده از یک مخلوط کمک‌حلال متشکل از تتراهیدروفوران (THF) و آب، در تغییر واکنش‌های بین لیگنین و سلولز از یک شبیه‌سازی مولکولی شامل 1.5 میلیون اتم استفاده کردند. تغییر در واکنش‌های بین لیگنین و سلولز به ایجاد مکانیسم‌های کلیدی متعدد که مسئول شکستن زیست‌توده هستند کمک می‌کند.

جداسازی لیگنین از سلولز
جداسازی لیگنین از سلولز

این شکل نشان می‌دهد که کمک‌حلال‌های THT و آب باعث می‌شود که لیگنین از خود و سلولز جدا شود.

این گروه نشان داد که پیش‌تیمار کردن زیست‌توده گیاهی با کمک‌حلال‌های THF و آب باعث کشیده شدن لیگنین در سطح سلولز و در نتیجه جدا شدن از یکدیگر و سلولز می‌شود. علاوه بر این، لیگنین پراکنده شده بیشتر در معرض تجزیه کاتالیزوری توسط اسید قرار می‌گیرد که در نتیجه پلیمر لیگنین می‌تواند به‌طور مؤثرتری تجزیه شود و در شرایط ملایم تیمار از دیواره سلولی خارج شود. ​

حذف کامل لیگنین باعث می‌شود سلولز باقی‌مانده در برابر حمله آنزیم حساسیت بیشتری داشته باشد. در واقع، بعد از تیمار ملایم با کمک‌حلال THF، آنزیم‌های اضافه‌شده به مواد جامد سرشار از سلولز، به هیدرولیز کامل قندهای گلوکز منجر می‌شود. ​

در این مطالعه، با استفاده از لیزرهای قدرتمند و تصویربرداری نانو، مشاهدات حاصل از شبیه‌سازی مولکولی و مطالعات آنزیمی تأیید شد.

 

توسط
UC Riverside News
برچسب‌ها
نمایش بیشتر

نوشته‌های مشابه

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

+ بیـست دو = بیـست نـه

دکمه بازگشت به بالا
EnglishIran
بستن
بستن