可再生能源基础与应用杂志
开放获取

抽象的

生物能源 2020：生物质酶法预处理以提高沼气产量

朱利亚诺·德格拉西

生物能源 2020： 生物质酶法预处理以提高沼气产量

朱利亚诺·德格拉西

国际遗传工程和生物技术中心 (ICGEB)，意大利

 

 

使用产甲烷菌通过厌氧消化从生物质和有机残留物生产沼气是可持续生产生物燃料的关键生物技术过程。该过程的限制因素之一是生物质中所含能量向沼气的转化率较低。这通常主要归因于消化器内存在的微生物群落对植物细胞膜成分的代谢困难，这主要归因于纤维素、半纤维素和木质素的复杂性。纤维素极其丰富，其完全转化为甲烷将提高该方法的效率。多糖和其他生物聚合物生产沼气经过四个步骤：水解、产酸、产乙酸和产甲烷。显然，更有效的水解对于产生更多沼气的重要性。我们开发了三种异源表达系统来生产后续酶：(i) – 来自短小芽孢杆菌的内切纤维素酶（内切葡聚糖酶） (ii) – 来自黄单胞菌的纤维二糖水解酶。(iii) - 来自解淀粉芽孢杆菌的 β-葡萄糖苷酶 已知这三种酶参与纤维素解聚，该解聚分三个步骤进行： (i) 纤维素聚合物裂解和低聚物形成；(ii)从纤维素低聚物中除去二聚体（纤维二糖）；(iii)从纤维二糖二聚体中释放葡萄糖。编码上述酶的三个基因通过 PCR 扩增，克隆到 pTOPO 中，测序以验证正确的扩增，然后克隆到 pQE（一种提供 6xHis 标记蛋白的表达载体）中。E. 表达系统为大肠杆菌M15。然后，由于六组氨酸标签，这三种酶通过一步亲和层析纯化，并用于纤维素消化实验。考虑到两种酶在大肠杆菌中表达时不溶（纤维二糖水解酶和β-葡萄糖苷酶形成包涵体），因此考虑使用替代的异源表达系统（酵母毕赤酵母）来组装这些酶。该项目的最终目标是开发一种预处理方法，用于将生物质和含有纤维素的农工业有机残留物转化为由产甲烷菌发酵生产沼气的底物。虽然毕赤酵母中的异源表达仍在开发中，我们已经拥有了生产重组细菌内切葡聚糖酶的有效系统。确定了该酶的最佳利用条件：最适 pH 为 6.0，因此最适温度为 40°C。在 pH 6.0 和温度 40°C 的条件下，该酶在一周后仍保持其活性的 50% 。该酶在一些底物上进行了测试，发现可以解聚微原纤维纤维素（Sigma）、造纸工业残留的短纤维纤维素、玉米芯粉和玉米秆粉，选定的活性为 251、142、75 和 70 IU/毫克，分别。我们目前正在测量经过或未经纤维素分解酶预处理的各种含纤维素有机残留物的产甲烷潜力。经过这个实验，