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异常类型的植物材料的价值

2019-11-07 15:41:33

理想的生物精炼厂将可再生作物变成各种燃料和产品,几乎没有浪费。实现这一愿景的一个重大挑战是如何处理木质素,木质素是植物细胞壁中纤维状且难以分解的物质,使它们具有坚固性。

木质素占植物生物量的四分之一,是地球上可再生芳烃最丰富的来源。芳烃是含有六个碳环的材料,通常来自石油,是从塑料到药品等各种产品的基础。

尽管能量密度很高,研究人员仍在努力寻找实现木质素价值的方法,但这种天然存在的物质如果被利用,可以改变农业市场。

现在,威斯康星大学麦迪逊分校和大湖生物能源研究中心(GLBRC)的科学家与生物能源创新中心(CBI)的合作伙伴表明,最近发现了一种物质,儿茶酚木质素(C-木质素),具有可以使其非常适合作为一系列生物产品的起点的属性。他们的研究结果今天发表在Science Advances上。

美国威斯康星大学麦迪逊生物化学和生物系统工程教授,GLBRC研究员John Ralph与北德克萨斯大学生物化学和分子生物学杰出研究教授理查德迪克森合作研究了C-木质素的主要特征,他们在种子中发现了这种物质。办公室仙人掌。拉尔夫的实验室揭示了该物质的线性和均质性质,木质素的不常见特征。

通过进一步的检查,拉尔夫实验室的威斯康星大学麦迪逊生物系统工程研究生Yanding Li能够确定,在香草种子涂层中发现的C-木质素代表了生物能精炼厂的理想木质素。

两组发现该物质仅由一种单体或木质素分子组成,每种单体以相同的方式结合在一起。Li和Ralph认为它可以被精炼成单个平台分子或一小部分这样的分子,可以构建各种产品。李还发现了一个特别有利的特性:C-木质素在化学预处理时不会失去其形态。

木质素通常含有多种单体,加工时会变形,这使得学术研究人员及其工业对象难以解决。例如,造纸厂经常将其作为燃料燃烧,而不是试图将木质素转化为商业生物产品。

Li分析的样品仅由C-木质素组成,因为其均匀性允许更容易加工。

“生物燃料炼油厂喜欢使用'纯'化合物而不是几种混合物,”李说。“我们的产品越不复杂,它就越有价值。”

由于C-木质素单体仅通过一种称为醚键的键结合在一起,因此可以通过正确的化学处理将它们干净地裂解成单元。然后,可以根据期望的输出以不同的方式变换这些构建块。

“这种木质素的规则和线性特性,加上相对简单的化学解聚方法,使得生产高产率的简单单体相当简单,”拉尔夫说。

当植物被精制成生物燃料和生物产品时,木质素首先被剥离,使糖转化为可销售的材料。这种预处理通常会使木质素成为混乱的混乱物。

然而,C-木质素的结构即使在最恶劣的预处理方法中也能存活,并且不会扭曲。

“即使最弱的酸或碱处理也会破坏其他木质素,但每次检查反应后的C-木质素时,它几乎都完好无损,”李说。“然后我们可以以高产量生产高质量的单体,用作平台化学品。”

Ralph和Li将C-木质素暴露于氢解,这是一种解构由化学先驱Homer Adkins于1938年在UW-Madison开发的木质素的技术。

怀疑氢解的二重奏能够裂解将C-木质素单体结合在一起的醚键。在这种情况下,该方法产生一对单体,产率约为90%。选择合适的催化剂可以将其缩小为单一单体 - 这是因为其顽固性而引起的植物成分的惊人结果。

Ralph团队和CBI的合作者正在努力将这些木质素插入到可以大规模种植的生物能源作物中,从而分离出使C-木质素非常适合生产的遗传密码。

该团队现在拥有一个重要的蓝图,可以利用大部分用于铲入焚烧炉的植物。

“Yanding后退了一步说,'我们还能做些什么?' “拉尔夫说。“更重要的是要实现一种新的范例,一种新的木质素意识形态,以及一种关于生物精炼的完美木质素的新思维方式。”

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