亚利桑那州立大学生物设计中心的研究人员一直在探索通过危害较小的新方法来提取藻类脂质。在该中心负责人布鲁斯·里特曼(Bruce Rittmann)领导下,研究小组对几种脂质提取方法的效率进行了检测。其研究结果发表在最近一期的《生物资源技术》杂志上。
微藻和蓝藻是光合生物燃料生产中最好的两大候选微生物,它们可通过生物精炼生产绿色汽油、柴油和其他生物燃料。但研究人员也指出,蓝藻作为脂质提取的来源更具优势。蓝藻,尤其是常用株系Synechosystis,其基因组结构非常简单,且已完成测序工作,有利于重组基因组,优化生物燃料生产。
此外,与微藻不同的是,蓝藻不需要受到外界压力就能通过其他方式使油脂产出量最大化。蓝藻是在最适条件下培养最为成功的微生物,它使高密度脂质生产和高产率生物质生产相匹配。
但是,从蓝藻中收集其宝贵的脂质,首先需要破坏其坚韧的防护膜。半个世纪前就有神经化学专家开发了一种从细胞中分离脂质的方法,称为Folch法,它同样也可用于提取微藻和蓝藻的脂质。
该方法通过使用甲醇和氯仿来溶解细胞的保护膜,得以收获脂质。但对于生物燃料生产来说,这种方法并不具有可行性,因为大量使用氯仿会对环境和人类健康造成危害。
然而,降解蓝藻坚韧的类囊体膜并非易事。已在微藻上验证成功的提取脂质的另一种方法是利用乙醇、异丙醇、丁醇、甲基叔丁基醚(MTBE)、醋酸酯和正已烷及其不同组合,这种方法毒性较小,但对于蓝藻来说是否可行还不确定。研究小组主要希望通过检测明确这种不含氯仿的方法是否可用于蓝藻脂质的提取。
除了穿透蓝藻强大的细胞膜所带来的挑战,研究人员发现蓝藻和微藻、蔬菜和动物组织中的脂质结构完全不同,因此无法套用它们的提取方法。
首先,研究小组经过一系列的实验,首次证实了Folch法及其密切相关的技术是提取Synechocystis脂质的最有效的手段。电子显微镜的成像显示细胞膜被有效穿透,并能特异性地提取蓝藻脂质。实验结果与这一过程的分子模型预测也十分匹配。相比之下,乙醇、异丙醇、丁醇、醋酸酯、正己烷及其组合法的脂质收获率和特异性都较低,且杂质较多。
有趣的是,其中的甲醇和MTBE组合则显示出细胞的渗透和脂质回收效率都较高,甚至与Folch法相当。该小组认为,甲醇和MTBE结合的方法减少了甲醇的使用,避免了氯仿使用,毒性较低,对环境影响较小。
研究小组将继续探讨在实验中应用脂质含量远远超过野生株的Synechosystis的变异株的过程。进一步的研究将涉及对Synechosystis株系的基因改造,使其细胞壁直接就能分泌生物燃料的主要成分脂肪酸。这些工作和其他正在进行的工作都将推进生物燃料最终实现商业化生产。