类似于人工土壤的材料增强了CO2在气体发酵中的生物价值化成化学品

科学领域:

• 生物技术和生物化学工程 生物技术和生物化学工程
• 可持续的化学生产可持续的化学生产
• 微生物代谢和生物工艺工程

背景情况:

• 气体发酵利用自营微生物将二氧化碳等废气转化为有价值的化学品和生物燃料,提供碳中和途径.
• 气体发酵的挑战包括由于二氧化碳溶解度低而导致微生物新陈代谢缓慢,这阻碍了有效的原料生产.
• 改善气体发酵的现有方法,如化学或遗传修改,往往是不可持续的或过于复杂的.

研究的目的:

• 开发一种可持续和有效的方法来增强气体发酵中的微生物生长和新陈代谢.
• 通过促进CO2和H2的转化,使用Cupriavidus necator来改善聚β-基酸盐 (PHB) 的生物合成.
• 研究一种新型人造土壤类材料 (SLM) 对二氧化碳溶解度和PHB产生的影响.

主要方法:

• 使用低成本的纳米粘土,波伊米特和粉制造一个多孔的人造土壤类材料 (SLM).
• 利用SLM作为生物载体来促进细菌殖民,并增强对Cupriavidus necator的二氧化碳输送.
• 用SLM添加和分析生物质,PHB生产,基因表达和代谢中间体培养Cupriavidus necator.

主要成果:

• 添加3.0g/L SLM增加了二氧化碳在水中的溶解度大约4倍.
• 在24小时的培养期内,生物质和PHB产量分别显著增加了29%和102%.
• 添加SLM积极调节PHB生物合成代谢,增强基因表达和增加关键中间体 (pyruvate,乙-CoA) 和能量分子 (ATP,NADPH).

结论:

• 制造的SLM有效地提高了CO2溶解度和气体发酵中PHB的微生物生产.
• 由于其易于制造,稳定性,可回收性和可塑性,SLM显示出大规模应用的巨大潜力.
• 这种方法提供了一个有希望的,可持续的战略,通过气体发酵来改善碳中和的工业原料生产.