Chế tạo butanol từ thực vật

Là một hóa chất cho các quy trình công nghiệp, butanol được sử dụng trong mọi thứ từ phanh dầu, chất phã loãng sơn, đến nhựa. Theo nhà nghiên cứu tại Đại học Illinois, butanol chế tạo từ nguyên liệu thực vật có thể thay thế butanol butanol chế tạo từ xăng.

Hans Blaschek, nhà vi sinh vật học thuộc Cao đẳng khoa học nông nghiệp, khách hàng và môi trường tại Illinois, cho biết: “Bạn có thể lái ô tô với 100% butanol, nhưng butanol có giá trị trong vai trò một hóa chất hơn nhiều – gấp khoảng 3 lần – so với vai trò nhiên liệu lỏng”.

Butanol có những thuộc tính khiến nó là một loại nhiên liệu lỏng tốt – nó cháy sạch hơn và có năng lượng cao hơn ethanol, nhưng nó lại đắt tiền hơn vào thời điểm hiện tại.

Blaschek nhận định: “Nó sẽ thay thế xăng và có thể được sử dụng như nhiên liệu lỏng, nhưng hiện tại nó quá đắt để sử dụng theo cách đó. Hiện tại, butanol có giá trị như propelene”.

Ông đã nghiên cứu vi sinh vật được sử dụng trong quá trình lên men trong hơn 25 năm. Khoảng 10 năm về trước phòng thí nghiệm của ông tại Illinois đã đạt được một tiến bộ trong việc phát triển một dòng vi khuẩn đất đột biến gọi là Clostridium beijerinckii tạo ra nồng độ butanol cao hơn khi được thêm vào một chum phó phẩm thực vật.

Có thể so sánh một cách đơn giản – vai trò của Clostridium beijerinckii trong quá trình tạo ra butanol tương tự với vai trò của men trong quá trình tạo ra ethanol

Blaschek giải thích: “Một trong những lợi thế của Clostridium đó là không giống như men chỉ sử dụng sáu đường cácbon, sinh vật này có thể sử dụng 5 hoặc 6 đường cácbon, vì vậy bạn không bị hạn chế. Bạn có thể sử dụng bỗng rượu, năng lượng sinh khối, hoặc bất cứ thứ gì có thể tạo thành đường và có thể lên men. Clostridium ăn cả hai loại kể trên, và đó là hành động tự nhiên của nó. Bạn không phải kích thích chúng như việc chúng ta phải làm trong 20 năm qua đối với men”.

Etanol (Ảnh : hydrocarbons-technology.com)

Vì dòng vi sinh vật đột biến tạo ra nồng độ butanol cao hơn, đó là cơ sở để Tetravitae BioSciences, một công ty địa phương đã cấp phép cho dòng vi sinh vật của Đại học Illinois và đang mở rộng để sử dụng loại vi sinh vật trên quy mô lớn.

“Khi chúng tôi thực hiện nghiên cứu đầu tiên 10 năm trước và tạo ra dòng vi sinh vật đột biến, chúng tôi đã không thực hiện một cách tỉ mỉ cẩn thận theo những phương pháp sinh học phân tử phức tạp. Chúng tôi đã thực hiện bằng vũ lực và đã thành công. Tuy nhiên, vấn đề đối với phương pháp này đó là bạn khong biết biến đổi gen này tạo ra năng suất tốt hơn”.

Nghiên cứu mới nhất của Blaschek về Clostridium đã tập trung vào mức độ gen. Ông cho biết: “Năm 2004 chúng tôi đã đề nghị Khoa năng lượng tạo chuỗi dòng bố mẹ. Sau khi có được thông tin chuỗi, chúng tôi có thể thực hiện đánh giá giữa hai dòng – một dòng tạo ra nhiều butanol và dòng bố mẹ - để tìm hiểu biến đổi gen này chịu trách nhiệm cho thuộc tính này”.

Trong phòng thí nghiệm, hai dòng này được lên men riêng biệt. Những mẫu vật được lấy trong quá trình lên men. RNA được cô lập và công nghệ vi mô mới được sử dụng để nhận biết lượng RNA có mặt tại một thời điểm nhất định trong quá trình lên men. Càng có nhiều RNA thì càng có nhiểu protein. Quá trình này được thực hiện đối với 500 gen khác nhau.

Blaschek phát hiện rằng lượng RNA được tạo ra đối với một số enzim tham gia vào quá trình hình thành enzim ở dòng đột biến nhiều hơn so với loại gốc. Cũng có sự khác biệt về khả năng tạo ra bào tử của dòng đột biến.

Sinh vật này không tạo ra butanol cho đến giai đoạn sau trong quá trình lên men. Chính vì vậy nếu bạn có thể năng sinh vật này đi đến trong thái sinh lý tiếp theo, chính là sự hình thành bào tử, bạn có thể khiến nó tạo ra ít hoặc nhiều butanol hơn.

Blaschek kết luận: “Bước tiếp theo đó là sử dụng kiến thức thu được và tạo ra dòng thế hệ tiếp theo mà không sử dụng phương pháp ép buộc, mà thực sự tìm hiểu kỹ và cụ thể để tạo ra những biến đổi gen theo cách có mục tiêu cụ thể. Bạn có thể lấy dòng gốc và làm đột biến gen để đạt được thuộc tính mong muốn. Bây giờ chúng tôi đã có thông tin chuỗi, chúng tôi biết những gen đó nằm ở đâu”.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Applied and Environmental Microbiology tháng 1 năm 2009.