Лигнин, твердый полимер, обеспечивающий механическую прочность древесины лиственных и хвойных пород, является одним из самых распространенных полимеров на Земле. Ежегодно в сельском и лесном хозяйстве образуется около 100 миллионов тонн отходов лигнина. При этом примерно 98% лигнина, получаемого как побочный продукт лесной промышленности, выбрасывается.
Существующие химические процессы переработки лигнина для получения ценных соединений («валоризации») далеки от экологичности. Они опираются на исходные соединения нефтяного происхождения, требуют использования катализаторов на основе тяжелых металлов, высоких температур (свыше 400°C), высокого давления, сильных кислот и ядовитых растворителей. Эти методы являются невозобновляемыми, токсичными, дорогостоящими и наносят вред окружающей среде.
Особую сложность представляет лигнин лиственных пород древесины, состоящий из двух ключевых химических компонентов. Если для одного из них (присутствующего также в лигнине хвойных пород) уже существовали ферментативные методы расщепления, то для второго, более сложного компонента, составляющего около 50% отходов лигнина лиственных пород, биологических процессов расщепления известно не было.
Решение было найдено в микробном мире. Исследователи выявили новый фермент у почвенной бактерии _Amycolatopsis thermoflava_. Этот фермент способен перерабатывать молекулы лигнина, используя для реакции пероксид водорода. Данный подход относится к методам «зеленой химии».
Использование этого фермента делает процесс валоризации лигнина значительно менее вредным для окружающей среды и потенциально более дешевым. Важно, что он позволяет перерабатывать ранее труднодоступный второй компонент лигнина лиственных пород, превращая огромный поток отходов в ценный ресурс.
Новый ферментативный процесс позволяет извлекать из отходов лигнина высокоценные молекулы. Эти молекулы служат строительными блоками для синтеза таких соединений, как ароматизаторы, отдушки, компоненты топлива и терапевтические препараты, используемые в медицинской химии.
Таким образом, отходы лигнина могут стать перспективным возобновляемым и устойчивым сырьем, заменяющим химические вещества, получаемые в настоящее время из ископаемого топлива. Новый каталитический метод способствует развитию «фабрик ферментов» для зеленой химии и биоперерабатывающих заводов.
Исследовательская группа использует открытый фермент в качестве модели для модификации других ферментов, придавая им способность работать с использованием пероксида водорода. Целью является разработка будущих подходов зеленой химии для получения высокоценных химикатов для индустрии ароматизаторов, отдушек и медицинской химии.
Ключевыми фигурами в этом исследовании являются доктор Фиона Уилан, специалист по криоэлектронной микроскопии из центра Adelaide Microscopy Университета Аделаиды, и доцент Стивен Белл из Школы физики, химии и наук о Земле Университета Аделаиды. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
В природе биологическое разложение лигнина представляет собой сложный процесс с участием микробного сообщества. Предполагается, что грибковые ферменты разрушают крупные полимеры, а бактерии затем перерабатывают более мелкие соединения для получения энергии.
Изображение носит иллюстративный характер
Существующие химические процессы переработки лигнина для получения ценных соединений («валоризации») далеки от экологичности. Они опираются на исходные соединения нефтяного происхождения, требуют использования катализаторов на основе тяжелых металлов, высоких температур (свыше 400°C), высокого давления, сильных кислот и ядовитых растворителей. Эти методы являются невозобновляемыми, токсичными, дорогостоящими и наносят вред окружающей среде.
Особую сложность представляет лигнин лиственных пород древесины, состоящий из двух ключевых химических компонентов. Если для одного из них (присутствующего также в лигнине хвойных пород) уже существовали ферментативные методы расщепления, то для второго, более сложного компонента, составляющего около 50% отходов лигнина лиственных пород, биологических процессов расщепления известно не было.
Решение было найдено в микробном мире. Исследователи выявили новый фермент у почвенной бактерии _Amycolatopsis thermoflava_. Этот фермент способен перерабатывать молекулы лигнина, используя для реакции пероксид водорода. Данный подход относится к методам «зеленой химии».
Использование этого фермента делает процесс валоризации лигнина значительно менее вредным для окружающей среды и потенциально более дешевым. Важно, что он позволяет перерабатывать ранее труднодоступный второй компонент лигнина лиственных пород, превращая огромный поток отходов в ценный ресурс.
Новый ферментативный процесс позволяет извлекать из отходов лигнина высокоценные молекулы. Эти молекулы служат строительными блоками для синтеза таких соединений, как ароматизаторы, отдушки, компоненты топлива и терапевтические препараты, используемые в медицинской химии.
Таким образом, отходы лигнина могут стать перспективным возобновляемым и устойчивым сырьем, заменяющим химические вещества, получаемые в настоящее время из ископаемого топлива. Новый каталитический метод способствует развитию «фабрик ферментов» для зеленой химии и биоперерабатывающих заводов.
Исследовательская группа использует открытый фермент в качестве модели для модификации других ферментов, придавая им способность работать с использованием пероксида водорода. Целью является разработка будущих подходов зеленой химии для получения высокоценных химикатов для индустрии ароматизаторов, отдушек и медицинской химии.
Ключевыми фигурами в этом исследовании являются доктор Фиона Уилан, специалист по криоэлектронной микроскопии из центра Adelaide Microscopy Университета Аделаиды, и доцент Стивен Белл из Школы физики, химии и наук о Земле Университета Аделаиды. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
В природе биологическое разложение лигнина представляет собой сложный процесс с участием микробного сообщества. Предполагается, что грибковые ферменты разрушают крупные полимеры, а бактерии затем перерабатывают более мелкие соединения для получения энергии.
