Koreya Ilg'or Fan va Texnologiya Instituti (KAIST) tadqiqotchilari biodizel ishlab chiqarishning past qiymatli qo'shimcha mahsuloti bo'lgan xom glitserinni bir vaqtning o'zida uchta alohida neylon prekursorlariga aylantira oladigan mikroorganizmlarni ishlab chiqdilar, bu esa hozirda deyarli butunlay qazilma yoqilg'ilarga tayanadigan ishlab chiqarish zanjiriga bioasoslangan alternativani taklif qiladi.
Tadqiqotda neylon sintezida ishlatiladigan barcha qurilish bloklari bo'lgan diaminopentan (DAP), glutar kislotasi va glutaramidni bitta fermentatsiya xom ashyosidan ishlab chiqarishga qodir mikrobial platforma tasvirlangan.
Bakteriyalar aslida nima qiladi?
Xom glitserin biodizel ishlab chiqarish uchun o'simlik moylari yoki hayvon yog'larini transesterifikatsiya qilish jarayonida qo'shimcha mahsulot sifatida ko'p miqdorda ishlab chiqariladi. U kimyoviy jihatdan ifloslangan va tarixan katta miqyosda qayta ishlash qiyin bo'lgan, ko'pincha past foyda bilan sotiladi yoki tashlab yuboriladi.
KAIST jamoasi metabolik jihatdan qayta dasturlashtirildi Corynebacterium glutamicum , aminokislota fermentatsiyasida keng qo'llaniladigan bakteriya bo'lib, glitserin uglerodini modifikatsiyalangan lizin biosintetik yo'li orqali yo'naltirish uchun ishlatiladi.
Keyin, qo'shimcha modifikatsiyalangan fermentlar yordamida lizinning o'zi uchta maqsadli birikmaga - poliamid (neylon) polimerlarining strukturaviy asosini tashkil etuvchi diaminlar va diatsidlarga aylantiriladi.
Bitta organizmda bitta uglerod manbaidan uchta neylon monomerni ishlab chiqarish texnik jihatdan qiyin. Har bir maqsadli molekula alohida fermentativ yo'lni talab qiladi va metabolik oqimni muvozanatlash - uglerod oqimini bitta mahsulotda to'planish o'rniga uchta mahsulotga ham ta'minlash - ferment ekspressiyasi darajasini aniq genetik sozlashni talab qiladi.
Tadqiqotchilar uchta birikma uchun ham samarali titrlarga erishish uchun promotor modifikatsiyasi va gen dozasini sozlash texnikasining kombinatsiyasidan foydalanganlar.
Biotexnologiyadan foydalanish muhim, chunki neylon prekursorlarining an'anaviy sintezi neftni qayta ishlash jarayonida olinadigan benzol yoki siklogeksan bilan boshlanadi.
Bunday xom ashyolarning yorilishi va oksidlanishi natijasida sezilarli miqdorda CO2 ajralib chiqadi va xavfli oraliq mahsulotlar hosil bo'ladi. Boshqa tomondan, glitserindan fermentatsiya xona harorati va bosimida, asosiy erituvchi sifatida suvdan foydalanilganda sodir bo'ladi.
Ishlab chiqarish ko'lami va hajmi
Xuddi shu guruh tomonidan ilgari o'tkazilgan ishlar chiqindi biodizeldan plastik ingredientlarni ishlab chiqarish bo'yicha KAIST tadqiqotida tasvirlanganidek, 300 litrli (taxminan 79 gallon) sinov miqyosida shunga o'xshash mikrobial jarayonni namoyish etdi.
Yangi tadqiqot ushbu platformani ko'p komponentli ishlab chiqarishga kengaytiradi, bu muhim, chunki neylon 5.5 va neylon 6.5 kabi neylon navlari monomerlarning ma'lum nisbatlarini talab qiladi, bu esa bitta organizmning bir nechta prekursorlarni yanada integratsiyalashgan tarzda ta'minlashi mumkin.
Tadqiqotda uchta birikma uchun ham o'ziga xos titrlar qayd etilgan, ammo glutaramidning mutlaq hosildorligi DAP va glutar kislotasiga qaraganda pastroq bo'lib qolmoqda, bu esa tadqiqotchilar tomonidan hozirgi cheklov sifatida tan olinadi. Amid ishlab chiqarish samaradorligini oshirish, ehtimol, qo'shimcha ferment muhandisligi yoki kofaktor muvozanatini talab qiladi.
Xom ashyoga qaramlik va tijorat yo'nalishi
Bu jarayon xom ashyo nuqtai nazaridan universal emas. Bu biodizel ishlab chiqarish bilan bog'liq bo'lgan xom glitserinning doimiy mavjudligiga bog'liq. Global biodizel ishlab chiqarish barqaror ravishda o'sib bormoqda, ammo glitserinning ta'minoti va sifati xom ashyoga qarab o'zgaradi - palma yog'idan olingan glitserin tarkibi soya yoki raps urug'idan olingan glitserindan farq qiladi va bu aralashmalar mikrobial faollikka ta'sir qilishi mumkin.
Neylon ishlab chiqarish uchun biotexnologik usullarning texnik-iqtisodiy tadqiqotlari fermentatsiya samaradorligi va quyi oqimdagi tozalash xarajatlari neft-kimyo usullari bilan narx tengligiga erishishdagi ikkita asosiy to'siq ekanligini doimiy ravishda ko'rsatib beradi.
KAIST platformasi ishlab chiqarishning dastlabki bosqichlarining biologik jihatlarini ko'rib chiqadi, ammo hali uchta qo'shimcha mahsulotni sanoat miqyosida ajratish uchun to'liq integratsiyalashgan jarayonni namoyish etmagan.
To'qimachilik va avtomobil komponentlarida bioasosli neylondan foydalanish bo'yicha me'yoriy-huquqiy baza - ikkita eng yirik neylon bozori - ancha aniq, chunki xaridorlar polimerning sintetik kelib chiqishidan ko'ra uning yakuniy xususiyatlariga ko'proq e'tibor berishadi. Agar mikrobial platforma raqobatbardosh ishlab chiqarish xarajatlariga erishsa, uni qabul qilish oxirgi iste'molchilar tomonidan texnik to'siqlarga duch kelishi ehtimoldan yiroq.
Tadqiqot guruhi uchun keyingi qadam laboratoriya bioreaktoridan tashqarida ko'p mahsulotli fermentatsiyani kengaytirish va uchta mahsulot yo'li o'rtasida uglerodning taqsimlanishini belgilaydigan metabolik muvozanatni takomillashtirish bo'ladi.
Tadqiqot natijalari dastlab jurnalda chop etildi Milliy Fanlar Akademiyasi materiallari .