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青島能源所開發出針對秸稈降解預處理的新策略
2020-05-07 | 編輯: | 【 】| | 供稿部門:分子微生物工程研究組
    

  秸稈是農作物或牧草成熟后莖、葉、穗部分的總稱。農作物光合作用的產物中有一半以上的能量存在于秸稈中,其中不僅富含可降解利用的碳水化合物,同時富含氮、磷、鉀、鈣、鎂等微量元素,是一種具有多用途的可再生資源,可以用于生產生物燃料和生物基化學品。青島能源所李福利研究員帶領的分子微生物工程研究組長期致力于秸稈生物轉化策略研究。近期,該研究團隊利用新型預處理方法降解玉米秸稈,減少糖化酶用量,有效提高了生物燃料的產量,相關成果發表在《Environmental Research》雜志。該策略與之前采用的預處理過程有很大不同,采用了AHP-LiCl/DMAc處理方法,即使用(pH 10~11)的AHP溶液對玉米秸稈進行脫木質素反應,隨后加入LiCl/DMAc進行處理。結果表明,該策略使底物最大產甲烷量達到318.6±17.8 mL/g VS,對比未處理組和AHP處理組分別提高了40%和10%。該研究進一步表明,離子溶劑LiCl/DMAc在不改變結構的情況下,提高了發酵菌的纖維素溶解,有效改善酶解糖化過程。該論文的第一作者為博士后Nasir Ali,呂明副研究員為通訊作者。

  圖1 2018年我國天然氣消耗總量為283 Gm3,進口125 Gm3,至2020年需求將超過300  Gm3 /year。

  根據《中國天然氣需求調查》結果顯示,2018年中國天然氣消費總量約為2800億立方米,進口總量約為1250億立方米(圖1),開展秸稈為原料的天然氣生產具有重要的經濟和社會效益。針對秸稈的預處理策略,該研究組近期在《Applied Microbiology and Biotechnology》雜志上發表的一篇綜述文章中,廣泛討論了各種生物、化學和物理預處理的方法。論文指出纖維素酶、半纖維素酶和木質素降解酶是高效的生物催化劑,可以有效地將木質纖維素生物質轉化為糖類,進而加工成人類所需的生物燃料、生物化工和生物材料。利用和轉化纖維素生物質對解決環境污染、能源危機等問題具有重要意義。木質纖維素原料,是生產可發酵成乙醇和其它有機化學品的糖的重要來源,而預處理是克服木質纖維素抗降解屏障的必要步驟,在生產重要的生物材料之前已經進行了近200年的研究。新近的研究主要集中在經濟、環保和時間上高效利用的解決方案,為工業化應用提供方案,對于在大規模生物精煉廠中的木質纖維素生物質降解有重要意義。上述工作得到了中科院戰略性先導專項、國家自然科學基金委、中科院青島生物能源所的資助。(文/圖 呂明 Nasir Ali) 

  1. Combinations of alkaline hydrogen peroxide and lithium chloride/N,N-dimethylacetamide pretreatments of corn stalk for improved biomethanation.  Environ Res. DOI: 10.1016/j.envres.2020.109563.

  2. Emerging technologies for the pretreatment of lignocellulosic materials for bio-based products. Appl Microbiol Biotechnol. DOI: 10.1007/s00253-019-10158-w.

  

 
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