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新加坡科学家开发出新工艺,可将废物转化为药物和营养品

时间: 2020.10.29

来源:科技报告与资讯,原题:新加坡科学家开发出新工艺,可将废物转化为药物和营养品

甲壳类动物的外壳和木材废料,比如从树木上修剪下来的树枝,通常都会被直接填埋。在新加坡国立大学(NUS)研究人员开发的一种新工艺的帮助下,这些废物材料将会有另外一种新的处理方式,使其成为营养补充剂和药物。

新加坡国立大学工程学院化学与生物分子工程系的Yan Ning副教授和Zhou Kang助理教授领导的团队设计了一种方法,将虾和蟹的壳转化为L-DOPA,这是一种广泛用于治疗帕金森病的药物。类似的方法可以用来将木材废料转化为脯氨酸,而脯氨酸是形成健康的胶原蛋白和软骨所必需的。

新加坡国立大学团队的转化方法有可能在化学工业中发挥关键作用,因为在减少对不可再生化石燃料和能源消耗过程的依赖方面,将废物重新转化为有用的物质正在逐步得到重视。

虽然近年来废旧材料的再利用得到了广泛的应用,但与使用原油或天然气的传统化学合成方式相比,从废旧材料回收中生产的化学品的方式往往不够多样化。为了克服局限性,新加坡国立大学的研究人员想出了一条将化学方法与生物过程相结合的方法。

他们首先将化学工艺应用于废料,并将其转化为可被微生物 "消化 "的物质。第二步涉及生物过程,类似于葡萄发酵成酒,他们设计了大肠杆菌等特殊菌种,将化学过程中产生的物质转化为氨基酸等价值更高的产品。

传统上,L-DOPA是由L-酪氨酸生产的,这是一种由糖类发酵产生的化学物质。用NUS团队开发的方法,首先用一个简单的化学步骤处理甲壳类废物,使其能够被微生物用来生产L-DOPA。NUS方法的产量与使用糖类的传统方法的产量相近。此外,与最常用的糖--葡萄糖每吨成本在400至600美元之间相比,虾废料的成本仅为每吨100美元左右。考虑到贝壳废料的低成本和丰富性,NUS团队的工艺有可能以较低的成本提供L-DOPA。

而脯氨酸则是传统上通过纯生物工艺生产的。现在,NUS团队的独特方法已经用化学工艺取代了大部分的转化过程,速度更快。因此,新的工艺可以实现更高的生产效率,并有可能带来资本投资和运营成本的降低。

2020年3月25日,《Proceedings of the National Academy of Sciences 》(PNAS)首次在线发表了关于从甲壳类动物外壳生产L-DOPA等氨基酸的研究,而2020年7月27日,《Angewandte Chemie》报道了关于从木材废料生产脯氨酸的工作。

"化学过程是快速的,由于没有生物体参与,可以利用各种苛刻的条件,如极热或极压来分解各种废物,但它们只能产生简单的物质。另一方面,生物过程的速度要慢得多,需要非常特殊的条件才能让微生物繁衍,但可以生产复杂的物质,而这些物质的价值往往更高。通过结合化学和生物过程,我们可以从两者中获益,创造出高价值的材料。

新加坡国立大学团队的方法可应用于不同类型的废物材料,他们可以根据废物的类型以及目标产品来定制该过程。

展望未来,该团队希望将他们的独特工艺应用于其他形式的废物,如二氧化碳和废纸。这样将减少社会对获取化学品的不可再生资源的依赖,而化学品是当今许多营养品和药品的重要成分。

研究团队还计划扩大目前在实验室开发的工艺,并与工业伙伴合作,将这项技术商业化。

论文标题为《Integrating Biomass into the Organonitrogen Chemical Supply Chain: Production of Pyrrole and d Proline from Furfural》。


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