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我國每年產(chǎn)生十幾億噸的玉米芯、秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實現(xiàn)有效降解和利用。如何將這些廢棄物變廢為寶，是目前探索的難題之一。近日，南京工業(yè)大學(xué)姜岷教授團隊等人通過設(shè)計不同功能互補的人工雙菌共培養(yǎng)體系，可以將玉米芯、秸稈等低劣生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料丁醇、琥珀酸等生物燃料和有用化學(xué)品。

“目前國際上多數(shù)研究是將木質(zhì)纖維素(比如玉米芯、秸稈等)進行預(yù)處理(加酸或加堿等)后再進行生物轉(zhuǎn)化，成本較高;或者是通過基因工程改造單個菌株實現(xiàn)木質(zhì)纖維素降解和有用化學(xué)品合成，這就導(dǎo)致菌株的代謝負(fù)荷過重、木質(zhì)纖維素降解轉(zhuǎn)化效率低等問題。”論文第一作者、南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院博士生陸家聲介紹。而姜岷團隊通過設(shè)計和構(gòu)建人工雙菌共培養(yǎng)體系，實現(xiàn)兩個菌株相互協(xié)作，其中一個菌株負(fù)責(zé)將木質(zhì)纖維素水解成單糖[木質(zhì)纖維素(玉米芯)通常是以聚合糖的形式存在的，而大多數(shù)菌只能利用單糖，因此要將聚合糖水解成單糖(還原糖)]，另一個菌株負(fù)責(zé)將單糖轉(zhuǎn)化為琥珀酸，從而實現(xiàn)了從木質(zhì)纖維素直接得到較高產(chǎn)量的琥珀酸。日前，該成果發(fā)表在SCI期刊《ACS可持續(xù)化學(xué)與工程》(ACS Sustainable Chemistry & Engineering)上。

“對這一雙菌共培養(yǎng)體系發(fā)酵過程作進一步優(yōu)化，就可以實現(xiàn)直接利用木聚糖合成32.50 g/L琥珀酸，收率達(dá)0.39 g/g;此外，這一雙菌體系可以直接降解80 g/L未處理的玉米芯合成12.51 g/L的琥珀酸。”姜岷教授表示，這一研究成果可以將難以降解的玉米芯轉(zhuǎn)化為琥珀酸，而琥珀酸可廣泛用于合成生物可降解塑料，同時也可用作食品添加劑、防腐劑、解毒劑和用于合成鎮(zhèn)靜劑、止血藥、抗生素等，用途非常廣泛。

根據(jù)同樣的設(shè)計原理，姜岷教授團隊通過從自然界天然降解木質(zhì)纖維素的菌群中篩選、鑒定了兩種核心功能菌株，并構(gòu)建一個功能互補的人工雙菌體系，成功實現(xiàn)了直接利用木質(zhì)纖維素合成燃料丁醇。“對這一雙菌體系發(fā)酵過程進一步優(yōu)化，最終，該雙菌體系可直接利用木聚糖(半纖維素的重要組成部分。半纖維素是木質(zhì)纖維素的成分之一)合成13.28 g/L丁醇，并可直接利用未經(jīng)任何化學(xué)或生物處理的玉米芯合成7.61 g/L丁醇，收率達(dá)0.12 g/g。”這一研究近日發(fā)表在《生物技術(shù)與生物工程》(Biotechnology and Bioengineering)上，論文共同通訊作者、南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院信豐學(xué)教授介紹。

姜岷教授團隊的研究成果可為直接利用木質(zhì)纖維素等低劣生物質(zhì)合成有用化學(xué)品提供理論指導(dǎo)，比如農(nóng)村中難以降解的秸稈、餐廚垃圾、廢棄塑料等，通過混菌體系(多細(xì)胞體系)的合理設(shè)計和構(gòu)建，可實現(xiàn)將其轉(zhuǎn)化為有用化學(xué)品。（周偉）

《中化新網(wǎng)》2020年7月21日  http://www.ccin.com.cn/detail/056ccb34dd29290b3986cbe4793d8831/news

《中國化工報》2020年7月21日第2版 http://124.207.49.121/pc/page.do?pageId=219342&pId=960