Lignocellulose — sinh khối từ các loại thực vật dồi dào không ăn được như cỏ, lá và gỗ, có thể tái tạo và là nguồn cung cấp thay thế tuyệt vời cho dầu mỏ cho nhiều loại hóa chất.

Lignocellulose — sinh khối từ các loại thực vật dồi dào không ăn được như cỏ, lá và gỗ, có thể tái tạo và là nguồn cung cấp thay thế tuyệt vời cho dầu mỏ cho nhiều loại hóa chất.

Để chiết xuất các hóa chất hữu ích từ lignocellulose, trước tiên ta dùng bước xử lý trước để phá vỡ cấu trúc cho quá trình xử lý sau đó. Tiếp theo, cho lignocellulose tiếp xúc với các enzym hòa tan cellulose, gồm một chuỗi đường glucose liên kết với nhau. Bước này có thể được thực hiện bằng cách thêm một vi sinh vật sản xuất tự nhiên các enzym phân cắt cellulose vào lignocellulose đã được xử lý trước, ví dụ như một loại nấm.

Các enzym "bẻ gãy" xenluloza và biến nó thành các loại đường riêng và có thể được xử lý thêm để tạo ra một hóa chất quan trọng, chính là axit lactic. Bước thứ hai này cũng được thực hiện với một loại vi sinh vật, một loại vi khuẩn "ăn" đường giúp tạo ra axit lactic khi không có oxy xung quanh.

Trong bước cuối cùng của dây chuyền lắp ráp vi sinh này, axit lactic sau đó được xử lý để tạo ra một loạt các hóa chất hữu ích.

Một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Khoa học Ứng dụng Bern (BFH), Đại học Cambridge và EPFL đã làm cho chuỗi lắp ráp này có thể thực hiện được trong một thiết lập duy nhất và chứng tỏ rằng việc chuyển đổi này có thể được thực hiện linh hoạt theo mô đun. Bằng cách dễ dàng hoán đổi các vi sinh vật trong bước cuối cùng của quá trình chế biến axit lactic, chúng có thể tạo ra một loạt các hóa chất hữu ích.

Các nhà nghiên cứu trình bày về 'nền tảng lactate', về cơ bản là một lò phản ứng sinh học được tách biệt về mặt không gian cho phép nhiều vi sinh vật khác nhau cùng tồn tại, trong đó mỗi vi sinh vật thực hiện một trong ba bước xử lý lignocellulose.

Nền tảng này bao gồm một màng hình ống cho phép một lượng oxy nhất định đi qua. Trên bề mặt của ống phát triển loại nấm giúp tiêu thụ tất cả oxy đi qua màng và cung cấp các enzym phân hủy cellulose thành đường. Càng xa màng, tức là xa môi trường không có oxy, vi khuẩn phát triển sẽ 'ăn' đường và biến chúng thành axit lactic.

Nhưng sự đổi mới được nghiên cứu sinh Shahab thực hiện ở bước cuối cùng. Bằng cách sử dụng các vi sinh vật lên men axit lactic khác nhau, ông đã có thể tạo ra các hóa chất hữu ích khác nhau. Ví dụ như axit butyric có thể được sử dụng trong nhựa sinh học, trong khi phòng thí nghiệm của Luterbacher đã chỉ ra rằng nó thậm chí có thể được biến thành nhiên liệu phản lực.

Công trình chứng minh những lợi ích của việc nuôi cấy vi sinh hỗn hợp trong chế biến sinh khối lignocellulose: tính mô đun và khả năng chuyển đổi các chất nền phức tạp thành các hóa chất nền tảng có giá trị.

Michael Studer cho biết: “Các kết quả đạt được với nền tảng lactate cho thấy những ưu điểm của hệ vi sinh vật nhân tạo để tạo thành các sản phẩm mới từ lignocellulose. Việc tạo ra các hốc trong các lò phản ứng sinh học đồng nhất là một công cụ có giá trị để cùng nuôi cấy các vi sinh vật khác nhau."

Robert Shahab nói: “Việc lên men lignocellulose thành nhiều sản phẩm khác nhau là một khối lượng công việc đáng kể nhưng điều quan trọng là phải cho thấy nền tảng lactate linh hoạt như thế nào. Để xem sự hình thành của lactate và chuyển đổi thành các sản phẩm mục tiêu là một trải nghiệm tuyệt vời vì nó cho thấy rằng khái niệm về nền tảng lactate đã có thể hoạt động trong thực tiễn."

Jeremy Luterbacher cho biết thêm: "Mục tiêu cuối cùng là xây dựng lại một lĩnh vực sản xuất ‘xanh’ để thay thế lĩnh vực sản xuất nhiều sản phẩm từ dầu thô. Một phương pháp giới thiệu tính linh hoạt và mô đun là một bước tiến quan trọng theo hướng phát triển đó."

Bài gốc: https://phys.org/news/2020-08-microbes-biomass-conversion-possibilities.html