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向可再生柴油迈进一步

化学工程师利用酵母将植物糖转化为油。

安妮Trafton · 2017年1月17日 · 麻省理工学院的新闻

麻省理工学院(MIT)的工程师们对一种酵母进行了基因重组,使其更有效地将糖转化为脂肪,这一进展可能使柴油等高能燃料的可再生生产成为可能。

由麻省理工学院威拉德·亨利·道化学工程与生物技术教授格雷戈里·斯特凡诺普洛斯(Gregory Stephanopoulos)领导的研究人员,修改了自然产生大量脂质的酵母的代谢途径,使其效率提高了约30%。

Stephanopoulos是这项研究的资深作者,他说:“我们已经重新设置了这些微生物的新陈代谢,使它们能够以非常高的产量产油。”这项研究发表在1月16日出版的《科学》杂志上自然生物技术

这种升级可以使生产可再生的高能燃料在经济上可行,麻省理工学院的团队现在正在进行额外的改进,以帮助更接近这一目标。

Stephanopoulos说:“我们已经达到了这种酵母75%的潜力,还有另外25%的潜力将作为后续工作的主题。”

这篇论文的主要作者是前麻省理工学院博士后乔康健。其他作者是前麻省理工研究生Thomas Wasylenko和周康,以及前麻省理工博士后徐鹏。

高能燃料

可再生燃料如玉米制成的乙醇可用作跑车的汽油添加剂,但对于飞机,卡车和船舶这样的大型车辆,需要更强大的燃料,如柴油。

Stephanopoulos说:“柴油是首选燃料,因为它的高能量密度和柴油驱动的发动机的高效率。”“柴油的问题在于,到目前为止,它完全是由化石燃料制成的。”

研制以废弃食用油制成的生物柴油为燃料的发动机的努力已经取得了一些成功,但食用油是一种相对稀缺且昂贵的燃料来源。像甘蔗和玉米这样的淀粉更便宜也更丰富,但是这些碳水化合物必须先转化成脂质,然后再转化成高密度燃料,比如柴油。

为了达到这个目的,Stephanopoulos和他的同事们开始研究一种酵母Yarrowia lipolytica,它自然产生大量的脂质。他们专注于充分利用葡萄糖分解产生的电子。为了实现这一目标,他们进行了转型Yarrowia通过合成途径将多余的NADH(葡萄糖分解的产物)转化为NADPH, NADPH可以用来合成脂质。他们最终测试了十几种改良的合成途径。

Stephanopoulos说:“结果证明,这两种途径的结合为我们在论文中报告的结果提供了最好的结果。”“为什么其中一些途径比其他途径发挥更大作用的实际机制尚不清楚。”

使用这种改进的途径,酵母细胞仅需要未改性酵母细胞所需的葡萄糖量的三分之二以产生相同量的油。

更好的效率

Stephanopoulos说,虽然以目前玉米淀粉的价格,这种新的葡萄糖转化为脂质的过程在经济上是可行的,但研究人员希望使这一过程更加有效。

他说:“仍有更多改进的空间,如果我们朝这个方向进一步推进,那么生产过程将变得更加高效,生产一加仑石油所需的葡萄糖甚至更少。”

研究人员还在探索使用更便宜的植物材料来源,例如草和农业废物,这需要转化将这些植物材料成葡萄糖的纤维素。

这项研究是由美国能源部资助的。


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记者调查:miteimedia@mit.edu.