一種新型酶可以通過(guò)基于過(guò)氧化氫的綠色加工方法將木質(zhì)素廢物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化學(xué)品，為基于石油的方法提供了一種更清潔、可持續(xù)的替代方案。

木質(zhì)素是林業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品，源自植物，目前約有98%被丟棄。然而，一種新發(fā)現(xiàn)的酶或許能夠利用環(huán)保的綠色化學(xué)方法，從這些廢棄物中高效提取有價(jià)值的分子。這些提取的分子可作為香水、調(diào)味品、燃料和藥品等產(chǎn)品的組成部分，將大量未使用的廢物流轉(zhuǎn)化為寶貴的資源。

生產(chǎn)用于香水行業(yè)的高價(jià)值化學(xué)品

阿德萊德大學(xué)阿德萊德顯微鏡中心低溫電子顯微鏡專(zhuān)家 Fiona Whelan 博士表示：“傳統(tǒng)的合成此類(lèi)化學(xué)品的傳統(tǒng)化學(xué)工藝，依賴(lài)于石油基起始化合物和重金屬催化劑，相關(guān)的工藝使得它們不可再生且具有內(nèi)在毒性。”他的研究成果發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

“這種新的催化處理方法將支持其他新的綠色化學(xué)‘酶工廠’或生物精煉廠的開(kāi)發(fā)，將木質(zhì)素和其他生物廢物流轉(zhuǎn)化為寶貴的精細(xì)化學(xué)品庫(kù)。”

木質(zhì)素及其潛力

木質(zhì)素是硬質(zhì)聚合物的名稱(chēng)，它在硬木和軟木中起著機(jī)械支撐的作用，是地球上最豐富的聚合物之一。農(nóng)業(yè)和林業(yè)每年產(chǎn)生約 1 億噸廢棄木質(zhì)素，但這些木質(zhì)素可以轉(zhuǎn)化為目前從化石燃料中獲取的化學(xué)品的有前景的可再生和可持續(xù)原料。

“利用木質(zhì)素的策略涉及化學(xué)和生物過(guò)程的結(jié)合，”阿德萊德大學(xué)物理、化學(xué)和地球科學(xué)學(xué)院副教授Stephen Bell說(shuō)。“使用高溫、高壓、強(qiáng)酸和有毒溶劑來(lái)分解廢物流中的聚合物。然后，廢物中有價(jià)值的化合物會(huì)被提取出來(lái)，并在高于400°C的溫度下進(jìn)行進(jìn)一步的化學(xué)處理，以‘增值’木質(zhì)素。這些工藝成本高昂，而且對(duì)環(huán)境有害。”

生物學(xué)突破

硬木木質(zhì)素有兩種關(guān)鍵化學(xué)成分，需要加工才能制成有用的化合物。

研究人員此前發(fā)現(xiàn)了一種可用于分解其中一種化合物的酶，這種化合物也存在于軟木中，但尚未發(fā)現(xiàn)可以利用第二種更復(fù)雜的硬木化合物（約占廢料的 50%）的生物分解過(guò)程。

Whelan博士說(shuō)：“木質(zhì)素的生物分解發(fā)生在復(fù)雜的微生物群體中，真菌酶可能會(huì)分解堅(jiān)硬的聚合物，而細(xì)菌則會(huì)吸收不活潑的較小化合物并對(duì)其進(jìn)行加工以獲取代謝能量?？v觀微生物界，我們發(fā)現(xiàn)一種土壤細(xì)菌，Amycolatopsis Thermoflava，含有可以廉價(jià)地處理木質(zhì)素分子的酶，利用過(guò)氧化氫來(lái)驅(qū)動(dòng)反應(yīng)，從而使增值過(guò)程對(duì)環(huán)境的危害大大降低。”

研究團(tuán)隊(duì)以這種新酶為模型，將過(guò)氧化氫驅(qū)動(dòng)的活性改造到其他酶中，以產(chǎn)生未來(lái)的綠色化學(xué)方法，用于生產(chǎn)用于香精、香料和藥物化學(xué)工業(yè)的高價(jià)值化學(xué)品。