交汇点讯 玉米芯、秸秆等农业废弃物能否“低成本变宝”?南京工业大学姜岷教授团队的一项研究成果给出了肯定的答案。日前,该项成果在SCI期刊《ACS可持续化学与工程》上发表。
我国每年产生十几亿吨的玉米芯、秸秆等农业废弃物,由于其结构复杂,难以实现有效降解和利用。如何将这些废弃物变废为宝,一直是业界求解的难题。“目前国际上多数研究是将木质纤维素比如玉米芯、秸秆等,进行加酸或加碱预处理后再进行生物转化,其成本较高;或通过基因工程改造单个菌株,实现木质纤维素降解和有用化学品合成,这又会导致单个菌株代谢负荷过重、木质纤维素降解转化效率低等问题。”论文第一作者、南工大生物与制药工程学院博士生陆家声介绍说。如何破解难题?姜岷教授团队通过设计和构建人工双菌共培养体系,实现两个菌株相互协作。其中,一个菌株负责将木质纤维素水解成单糖,因为木质纤维素如玉米芯,通常是以聚合糖的形式存在,而大多数菌只能利用单糖,所以要将聚合糖水解成单糖;另一个菌株负责将单糖转化为琥珀酸,从而实现从木质纤维素直接得到较高产量的琥珀酸。
“对这一双菌共培养体系发酵过程作进一步优化,就可以实现直接利用木聚糖合成32.50 g/L琥珀酸,收率达0.39 g/g。此外,该双菌体系可以直接降解80 g/L未处理的玉米芯,合成12.51 g/L的琥珀酸。”姜岷教授表示,这样就可以将难以降解的玉米芯转化为琥珀酸,而琥珀酸用途非常广泛,可用于降解塑料,也可用作食品添加剂、防腐剂、解毒剂和用于合成镇静剂、止血药、抗生素等。
根据上述设计原理,姜岷教授团队通过从自然界天然降解木质纤维素的菌群中筛选、鉴定了两种核心功能菌株,构建功能互补的人工双菌体系,成功实现了直接利用木质纤维素合成燃料丁醇。对这一双菌体系发酵过程进一步优化,最终可直接利用木聚糖合成13.28 g/L丁醇、利用未经任何化学或生物处理的玉米芯合成7.61 g/L丁醇,收率达0.12 g/g。这一研究成果近日发表在《生物技术与生物工程》上,论文共同通讯作者为南工大生物与制药工程学院信丰学教授。
通讯员 周伟 交汇点记者 蒋廷玉
论文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.0c01865
论文链接:https://doi.org/10.1002/bit.27464
编辑: 王甜
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