Древесина тополя как натуральное сырье для производства био-пластмассы

Сотрудники Фландрийского института биотехнологий (Institute VIB) разработали уникальный метод переработки сахара, добываемого из древесины тополя, для производства био-пластмассы для ее дальнейшего использования в косметической промышленности.

Сегодня подавляющее большинство ведущих мировых производителей косметологических средств стремятся использовать именно био-пластмассу для упаковки своей фирменной продукции. Так, например, бразильский филиал компании Johnson&Johnson для упаковки новой серии солнцезащитных средств Sundown использует флаконы из био-поэлиэтилена, сырьём для которого является тростниковый сахар. Шампуни и кондиционеры для волос Pantene также теперь упаковываются в пластиковые флаконы, производимые из переработанного тростникового сахара.

Результаты научного исследования, посвящённого изучению возможности практического применения генетически модифицированной древесины тополя, доказывают большой потенциал тополиного сахара в качестве основного сырья для промышленного производства био-пластмассы и био-этанола.

Одновременно, международная группа ученых университета Данди (Великобритания), института Джеймса Хаттона (Великобритания) и университета Висконсина (США) обнаружили новый ген, ответственный за биосинтез лигнина. Это очень важное открытие, поскольку лигнин – единственное препятствие на пути производства дешёвой био-пластмассы. Лигнин является основным компонентом вторичной клеточной стенки растения. Будучи сложным (сетчатым) природным ароматическим полимером, это вещество препятствует эффективной переработке биомассы. Стенка растительной клетки состоит, в основном, из лигнина и целлюлозы. Именно целлюлозу можно преобразовать в глюкозу, которую, в свою очередь, перерабатывают с помощью ферментации в спирт (основу топлива) или био-пластмассу. К сожалению, из-за лигнина сделать это непросто, поскольку он прочно скрепляет молекулы сахара. В природе это обеспечивает жесткость стеблям растений, которые таким образом могут расти вверх. В настоящее время удаление лигнина осуществляется в ходе энергоемких и экологически вредных промышленных процессов. Учёные из бельгийского университета разработали метод подавления процесса биосинтеза лигнина. На протяжении многих лет исследователи изучали пути биосинтеза лигнина в растениях. Международной группе ученых, изучающей данный вопрос на растениях арабидопсис (Arabidopsis thaliana), удалось обнаружить новый фермент, отвечающий за производство лигнина. Этот фермент, названный кафеоилшикиматэстераза (caffeoyl shikimate esterase или CSE), играет центральную роль в биосинтезе лигнина. Отключение гена, ответственного за производство CSE, снижает количество лигнина в растении на 36%. Кроме того, даже тот лигнин, что остается в растении, имеет измененную структуру и легче удаляется. В результате, отключение гена CSE увеличивает эффективность прямого преобразования целлюлозы в глюкозу из предварительно обработанной растительной биомассы в 4 раза: с 18% в контрольных растениях до 78% в CSE-мутантных растениях.

Однако, полевые испытания новой методики, прошедшие в тополиных лесопосадках недалеко от города Гент (Фландрия), указали на тот факт, что характеристика процесса подавления биосинтеза лигнина варьируется от дерева к дереву и не является универсальной для всей группы тестируемых растений. Так, древесина тополей, в которых был зафиксирован высокий уровень подавления биосинтеза лигнина, приобрела красный оттенок. В ходе данного эксперимента из тополиных веток, которые характеризовались более красным оттенком древесины, учёные смогли добыть на 160% больше этанола, чем из веток естественного цвета, присущего тополю. В целом, объём получаемого этанола из генетически модифицированных тополей на 20% (из расчёта на грамм древесины) больше, чем из тополей, в которых биосинтез лигнина не подавляется.

Body-03-152-WEB-p40-873861

В 2014 году запланирована серия новых научных экспериментов: учёные из бельгийского университета будут изучать характеристики тополей, у которых искусственным путём был подавлен биосинтез особого CAD-энзима (cinnamyl alcohol dehydrogenase enzyme).Ученым уже удалось достичь большого успеха в повышении эффективности преобразования древесной биомассы. В настоящее время они работают над превращением лабораторных экспериментов в промышленный процесс. Технологически это не так сложно, главное получить все разрешения на выращивание генетически модифицированных растений. Скорее всего, уже в ближайшем будущем в качестве сырья для производства био-пластмассы будут использовать богатые целлюлозой быстрорастущие растения, такие как тополь, эвкалипт или просо.

Поделитесь этой публикацией с коллегами и друзьями Источник: № 01 (150) февраль 2014

Добавить комментарий