Proteine ​​come materia prima per i biocarburanti, bioraffinazione

Proteine ​​come materia prima per i biocarburanti, bioraffinazione

Due tipi di materie prime sono attualmente utilizzati per la produzione di biocarburanti e bioraffinazione: carboidrati e lipidi. Biofuels like ethanol are derived from carbohydrate raw materials such as sugars and lignocellulose, while biodiesels are derived from another raw material, lipid-rich vegetable oil. I biocarburanti come l'etanolo sono derivati ​​da materie prime carboidrati come zuccheri e lignocellulosici, mentre il biodiesel sono derivati ​​da un altro materia prima, ricchi di lipidi olio vegetale.

In a study published online today in the journal Nature Biotechnology, researchers at the UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science demonstrate for the first time the feasibility of using proteins — one of the most abundant biomolecules on earth — as a significant raw material for biorefining and biofuel production. In uno studio pubblicato oggi online sulla rivista Nature Biotechnology, i ricercatori della UCLA Henry Samueli Facoltà di Ingegneria e Scienze Applicate di dimostrare per la prima volta alla possibilità di utilizzare le proteine ​​- una delle biomolecole più abbondanti sulla terra - come materia prima per la significativa bioraffinazione e produzione di biocarburanti.

"Proteins had been completely ignored as a potential biomaterial because they've been thought of mainly as food. But in fact, there are a lot of different proteins that cannot be used as food," said James C. Liao, the Chancellor's Professor of Chemical and Biomolecular Engineering at UCLA and senior author of the study. "Le proteine ​​era stata completamente ignorata come potenziale biomateriale perché sono stati pensati principalmente come cibo. Ma in realtà, ci sono un sacco di proteine ​​diverse che non possono essere utilizzati come alimenti," ha detto James C. Liao, professore del Cancelliere di chimica e biomolecolare alla UCLA e autore senior dello studio. "These proteins were overlooked as a resource for fuel or for chemicals because people did not know how to utilize them or how to grow them. We've solved these problems." "Queste proteine ​​sono stati trascurati come risorsa per il carburante o per le sostanze chimiche, perché la gente non sa come utilizzarli e come farle crescere. Abbiamo risolto questi problemi."

"This research is the first attempt to utilize protein as a carbon source for energy production and biorefining," said Kwang Myung Cho, a UCLA Engineering research scientist and an author of the study. "Questa ricerca è il primo tentativo di utilizzare le proteine ​​come fonte di carbonio per la produzione di energia e bioraffinazione", ha detto Cho Kwang Myung, uno scienziato Ingegneria UCLA di ricerca e autore dello studio. "To utilize protein as a carbon source, complex cellular regulation in nitrogen metabolism had to be rewired. This study clearly showed how to engineer microbial cells to control their cellular nitrogen metabolism." "Per utilizzare proteine ​​come fonte di carbonio, complessa regolazione cellulare nel metabolismo dell'azoto dovuto essere riavvolto. Questo studio ha mostrato chiaramente come progettare cellule microbiche per controllare il loro metabolismo cellulare azoto".

In nutrient-rich conditions, proteins are the most abundant component in fast-growing microorganisms. In condizioni ricchi di nutrienti, le proteine ​​sono la componente più abbondante in rapida crescita dei microrganismi. The accumulation rate of proteins is faster than that of any other raw materials, including cellulose or lipids. Il tasso di accumulo di proteine ​​è più veloce di quella di altri materiali grezzi, compresi cellulosa o lipidi. In addition, protein does not have the recalcitrance problems of lignocellulose or the de-watering problem of algal lipids. Inoltre, la proteina non ha problemi di lignocellulosa recalcitrante o de-watering problema di lipidi algali. Protein biomass can be much more easily digested to be used for microorganisms than cellulosic biomass, which is very difficult to break down. Biomassa proteina può essere molto più digeribile da utilizzare per microrganismi di biomasse cellulosiche, che è molto difficile da abbattere.

Further, cellulose and lipids don't contribute to the process of photosynthesis. Inoltre, cellulosa e lipidi non contribuiscono al processo di fotosintesi. But proteins are the major component of fast-growing photosynthetic microorganisms. Ma le proteine ​​sono la componente principale di microrganismi fotosintetici in rapida crescita.

The challenge in protein-based biorefining, the researchers say, lies in the difficulties of effectively converting protein hydrolysates to fuels and chemicals. La sfida di proteine ​​a base di bioraffinazione, dicono i ricercatori, si trova in difficoltà di convertire efficacemente le proteine ​​idrolizzate di combustibili e prodotti chimici.

"Microorganisms tend to use proteins to build their own proteins instead of converting them to other compounds," said Yi-xin Huo, a UCLA postdoctoral researcher and lead author of the study. "I microrganismi tendono a utilizzare le proteine ​​per costruire le loro proprie proteine, invece di convertirli in altri composti", ha detto Yi-Xin Huo, un ricercatore post-dottorato UCLA e autore principale dello studio. "So to achieve the protein-based biorefining, we have to completely redirect the protein utilization system, which is one of the most highly regulated systems in the cell." "Quindi, per ottenere la base di proteine ​​bioraffinazione, dobbiamo reindirizzare completamente il sistema di utilizzo delle proteine, che è uno dei sistemi più altamente regolato nella cella."

Liao's team created an artificial metabolic system to dump reduced nitrogen out of cells and tricked the cells to degrade proteins without utilizing them for growth. Liao squadra ha creato un sistema artificiale metabolico ridotto a discarica azoto su cellule e ingannato le cellule di degradare le proteine, senza utilizzarle per la crescita. Proteins contain both ammonia and carbon; Liao's team took away the ammonia and recycled it back for the growth of the algae they worked with. Proteine ​​contengono sia ammoniaca e carbonio; squadra Liao portato via l'ammoniaca e riciclato indietro per la crescita delle alghe hanno lavorato. Algae with rich ammonia fertilizers grow quickly and were used only as a carrier to assimilate carbon dioxide and produce protein, which results in more CO2 fixation and growth. Alghe con concimi ricchi ammoniaca crescere rapidamente e sono stati utilizzati solo come vettore di assimilare anidride carbonica e producono proteine, che si traduce in maggiore fissazione di CO2 e crescita. With this strategy, expensive photo-bioreactors can be eliminated. Con questa strategia, costose foto-bioreattori può essere eliminato.

"Today, nitrogen fertilizers used in agriculture and biofuel production have become a major threat to many of the world's ecosystems, and the nitrogen-containing residuals in biofuel production can eventually turn into nitrous oxide, which is about 300 times worse than CO2 as a greenhouse gas," Liao said. "Oggi, i fertilizzanti azotati usati in agricoltura e la produzione di biocarburanti sono diventati una grave minaccia per molti degli ecosistemi del mondo, e le contenenti azoto residui della produzione di biocarburanti può finalmente trasformarsi in ossido di azoto, che è circa 300 volte peggio di CO2 come una serra gas ", ha detto Liao. "Our strategy effectively recycles nitrogen back to the biofuel production process, thus approaching nitrogen neutrality. "La nostra strategia efficace ricicla azoto torna al processo di produzione di biocarburanti, avvicinandosi così neutralità azoto.

"Growing algae to produce protein is like putting the interest back into the principal," he said. "Crescere alghe per la produzione di proteine ​​è come mettere l'interesse nuovamente dentro il capitale", ha detto.

According to Liao's team, the culture area needed to produce 60 billion gallons of biofuels (30 percent of the United States' current transportation fuel) based on the new technology could be as little as 24,600 square kilometers — equivalent to 1.9 percent of the agricultural land in the US Secondo il team di Liao, l'area cultura necessaria per produrre 60 miliardi di galloni di biocarburanti (30 per cento del carburante per il trasporto degli Stati Uniti 'corrente) basati sulla nuova tecnologia potrebbe essere non più di 24600 km quadrati - pari al 1,9 per cento del terreno agricolo negli USA

"Developing large-scale systems is our next step," Huo said. "Lo sviluppo di sistemi su larga scala è il nostro prossimo passo", ha detto Huo. "Harvesting of the protein biomass economically is a bottleneck of advancing our technology." "Raccolta della biomassa proteina è economicamente un collo di bottiglia di far progredire la nostra tecnologia."

The research was partially supported by the UCLA–Department of Energy Institute for Genomics and Proteomics. La ricerca è stata in parte sostenuta dal UCLA-Dipartimento dell'Energia Istituto di Genomica e Proteomica.

 

www.biodiesel100x100.net