學院生物轉化與分離課題組在離子液體應用方面取得重要研究進展
以可再生的生物質資源生產(chǎn)化學品和燃料是解決化石資源枯竭和氣候變暖的一個重要戰(zhàn)略。其中，木質纖維素是最豐富和最廉價的生物質，然而其復雜的理化結構導致木質纖維素難以直接被酶和微生物降解利用，因此開發(fā)有效的預處理方法對于高效利用木質纖維素具有重要意義。
離子液體因其低熔點、高熱化學穩(wěn)定性、可設計性等優(yōu)點，被公認為是一種可替代傳統(tǒng)有機溶劑的新型綠色溶劑，在化學反應、產(chǎn)物分離等領域展現(xiàn)了巨大潛力。近日，生物工程學院生物催化轉化與分離課題組戴建英副教授及其指導的研究生在離子液體預處理木質纖維素方面取得重要進展，相關工作發(fā)表在Bioresource Technology（IF 9.642 /Q1, top期刊）上，論文題目為“Pretreatment of Jerusalem artichoke stalk using hydroxylammonium ionic liquids and their influences on 2,3-butanediol fermentation byBacillus subtilis”（doi:https://doi.org/10.1016/ j.biortech.2022.127219）。
針對離子液體成本高以及殘留離子液體對酶和微生物的毒性問題，本研究自行合成了結構簡單、成本低廉的羥胺類離子液體（圖1），比較分析了不同結構離子液體對菊芋秸稈的預處理效果，提出羥胺類離子液體預處理木質纖維素的作用機制：先削弱木質纖維素之間氫鍵，再溶解其中的木質素。研究了不同濃度離子液體對Bacillus subtilis發(fā)酵生產(chǎn)2,3-丁二醇的影響，發(fā)現(xiàn)低濃度離子液體對菌體生長和產(chǎn)物生成有促進進行，高濃度表現(xiàn)為抑制作用。相比于絕大部分離子液體，乙醇胺乙酸（EOAA）的毒性較低。當EOAA濃度為0.3 mol/L時，對2,3-丁二醇的生成幾乎無抑制作用；0.1 mol/L時對纖維素酶無抑制作用，菌體密度比對照組提高24.6%，2,3-丁二醇產(chǎn)量增加22.5%。該工作是國家自然科學基金項目“基于離子液體的木質纖維素生產(chǎn)燃料前體的過程集成”（21978038）的部分成果，接下來將開展產(chǎn)品分離和催化反應的系統(tǒng)集成。
圖1羥胺類離子液體預處理菊芋秸稈及其對2,3-丁二醇發(fā)酵的影響
生物催化轉化與分離課題組前期對發(fā)酵液中生物基化學品的離子液體鹽析萃取進行過研究，包括二元醇的鹽析萃?。―ai Jianying et al, Process Biochemistry 2018, 71: 175; Li Yan et al, Separation and Purification Technology（IF 7.312/Q1），2020, 240: 116584）和有機酸的糖析/鹽析萃?。⊿un Yaqin et al, Separation and Purification Technology 2018, 204: 133），并應《化工學報》（英文版）主編邀請對離子液體萃取生物基化學品的研究進展進行了總結展望（Dai et al, Chinese Journal of Chemical Engineering 2021, 30: 185）。未來，修志龍教授團隊將繼續(xù)致力于研發(fā)低共熔溶劑和離子液體在生物基化學品和燃料生物轉化和分離中的應用，為離子液體在綠色生物制造中的工業(yè)化應用提供超前的技術支撐。
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