荷兰代尔夫特(Delft)理工大学的研究人员通过将一个细菌基因导入酵母,从而在利用农业废弃物生产生物乙醇方面取得了三项改进:提高乙醇产量、减少乙酸产生、消除主要副产物甘油的产生。该项研究发表在最近出版的科学期刊《应用与环境微生物》(AEM)中。
汽车燃料
生物乙醇是酿酒酵母利用植物生物质中的糖分为原料而生产得到的。这类微生物也可将这种糖类转化为啤酒和葡萄酒中的乙醇(酒精)。由于生物乙醇作为汽车燃料的使用量日益增高,因此生物乙醇的产量快速增加。全世界生物乙醇的年产量达650万升,生物乙醇已成为规模最大的发酵产业。
第二代生物乙醇
生物乙醇最好以不与粮食生产相竞争的物质为原料,因此,研究人员应致力于使用诸如麦秸、玉米秸秆等农业废弃物为原料生产第二代生物乙醇。然而,随着糖类从农业废弃物中释放,乙酸也将大量生成。乙酸会减缓甚至抑制酵母生产生物乙醇。
副产物
目前,生物乙醇生产所面临的另一个挑战是大约有4%的糖类因产生副产物甘油而流失。研究人员长期认为甘油是生物乙醇生产过程的必然产物。
酵母基因
代尔夫特理工大学的研究人员现已解决了上述问题。酵母至少在理论上可以将有害的乙酸转化为乙醇。事实证明,酵母仅缺失了一个单基因。荷兰代尔夫特理工大学和Kluyver工业发酵基因组学中心的研究人员通过向酵母导入一个大肠杆菌基因,使酵母能够将乙酸转化为乙醇。这有效取代了甘油的正常作用,因而可以删除产生甘油所需的关键基因,从而彻底消除了甘油的产生。
一石三鸟
该研究的主要研究员Jack Pronk总结称,在实验室中,这种简单的基因改造可谓是一石三鸟:无甘油形成,乙醇产量提高,以及有毒乙酸的消耗。
为了实现亿升级乙醇产量,需要进行有关工业酵母菌株和实际生产条件的后续研究。代尔夫特理工大学的研究人员已申请了专利,以期加强与工业合作伙伴的深入合作,从而加速产业化应用。