首页 >> 刘汉乐

变废为宝从微生物的生长中收获有用的产品第七乐章

第七乐章
2022年10月21日

变废为宝：从微生物的生长中收获有用的产品

古代炼金术士梦想将铅等基础材料转变为黄金和其他有价值的商品。尽管这些努力通常没有结果，但如今的研究人员在从有机废物中提取各种有用的产品方面取得了一些成功。

诀窍是借助专门的细菌完成的，这种细菌的代谢活动可以通过称为链延长的微生物生长过程将简单的化学物质转化为有用的产品

亚利桑那州立大学Biodesign Swette环境生物技术中心的研究员Anca Delgado一直在探索这一现象。在一项新研究中，她首次描述了微生物在正常条件下如何在土壤中进行链延长过程。

这项工作有望揭示自然界中这些鲜为人知的过程，从而使研究人员能够更好地利用它们，将食物垃圾等有机资源转化为有价值的产品。这样的技术为社会带来了双重好处，通过绿色化学生产生物化学或生物燃料及其他重要资源的同时，最大限度地减少或消除了环境浪费/污染物。这项工作还将帮助研究人员扩大他们对微生物生态学的了解。

德尔加多说：“我们观察到从地面以下1.5 m或更短距离采样的不同土壤类型具有很容易活跃的乙酸盐和乙醇链增长潜力。” “当添加乙酸盐和乙醇时，土壤微观世界在短短几天内产生丁酸和己酸，链延长成为这些样品中发生的主要代谢。”

亚利桑那州立大学的同事Sayalee Joshi，Aide Robles和Samuel Aguiar也加入了Delgado。

他们的研究结果发表在国际微生物生态学会杂志的最新一期中。

废物产生的能量

在技??术进步以及全球对清洁能源和减少污染的快速增长的推动下，将食物残渣等有机残留物转化为燃料和有用化合物的想法一直在稳步发展。这样的过程可以帮助社会形成所谓的循环经济，在这种循环经济中，不想要的废物流不断地转化为能源和其他有用的商品。

有机废物源具有巨大的潜力，可作为生产高价值燃料和化学品的替代资源，因为它们是可再生的，并且因为它们不与人类食物链竞争。

这些有用的转换的来源之一是有机食品废弃物，每年产生的数量惊人。在全球人口增长的推动下，由于相关的健康和环境危害，食物垃圾的积累已成为一个关键问题。

餐厨垃圾的排放来源多种多样，包括食品加工业，家庭和酒店业。据联合国粮食及农业组织称，食物链损失了惊人的13亿吨粮食，而且数量还在迅速增加。

从环境威胁到机遇

除了浪费粮食和土地资源外，粮食浪费在碳足迹，增加温室气体排放以及每年向大气中释放估计33亿吨的二氧化碳方面给环境造成了沉重负担。研究人员希望将这些废物残留物转化为有用的产品，并以有效的方式对其进行纯化。

处理所有这些有机废物的最创新，最环保的方法之一就是通过厌氧消化，这也有望扩大世界的能源供应。利用厌氧消化的一种有前途的新兴技术被称为微生物链延长，这是厌氧微生物用来生长和获取能量的代谢过程。

他们通过将羧酸盐化学品）与还原度更高的化合物）结合使用，以生产更长链的羧酸盐。

这种生物技术过程将挥发性脂肪酸和电子供体转化为更有价值的中链脂肪酸，它们是生产生物燃料和其他有用化学物质所需的前体。最初的废物源通过链延长处理，其中包括循环添加碳单元，从而将城市固体废物，农业废物，合成气等转化为高价值的中链羧酸盐，如己酸和辛酸。

用乙醇作为电子供体将VFA转化成MCFA是通过链延长微生物，特别是称为克鲁维氏梭菌的细菌来完成的。克鲁维酵母通过称为反向α-氧化途径的过程完成其链延长壮举。顾名思义，该途径与生物体用来分解食物中脂肪酸的代谢途径相反。

近年来，研究人员探索了β-氧化途径，并开发了逆转这些途径的手段，以便利用与工业相关的微生物来生产化学物质和聚合物结构单元。

我们脚下的反应

因此，链延长被证明是在实验室生物反应器中生产有价值的化学物质的有效手段，尽管该过程也被认为是自然发生在土壤中的。结果表明，厌氧土壤和沉积物通常富含市政或农业废物流中发现的相同种类的可生物降解的有机化合物，因此是链延长的天然来源。

本研究使用来自美国四个不同地点的土壤样本，研究了天然链延伸的程度以及这些过程如何根据土壤成分的特定生物地球化学特征而变化。该研究旨在评估厌氧土壤微生物中链延长的普遍性及其在微生物生态学中的可能作用。

结果证明了涉及乙酸盐和乙醇的链延长活性的潜力，乙酸盐和乙醇是有机化合物发酵后在土壤中发现的典型代谢产物。该研究在链延长条件下测量了类似于克鲁维酵母的微生物的高富集率，发现该富集率随土壤类型而变化。

该发现为微生物生态学这个有趣的方面提供了新的线索，并可能为将来使用微生物将废物流加工成一系列有益化学物质和其他产品的努力提供有用的线索。

正如德尔加多指出的那样：“从根本上说，这项研究的结果为原位链延长活性的研究铺平了道路。在生物技术方面，这项工作表明土壤可以成为生物反应器链延长微生物的极好来源。专注于特种化学品己酸和辛酸的生产。”