Nu de race om hernieuwbare energiebronnen in volle gang is, fabrieken bieden een van de meest veelbelovende kandidaten voor het vervangen van ruwe olie. Met name lignocellulose – biomassa van niet-eetbare planten zoals gras, bladeren, en hout dat niet concurreert met voedselgewassen - is overvloedig en hernieuwbaar en biedt een geweldige alternatieve bron voor aardolie voor een hele reeks chemicaliën.

Om er nuttige chemicaliën uit te halen, lignocellulose wordt eerst voorbehandeld om het "op te breken" en het gemakkelijker te maken om verder te verwerken. Dan wordt het blootgesteld aan enzymen die cellulose oplossen, dat is een keten van gekoppelde suikers (glucose). Deze stap kan worden gedaan door aan de voorbehandelde lignocellulose een micro-organisme toe te voegen dat van nature de noodzakelijke, cellulose-splitsende enzymen, bijv. een schimmel.

De enzymen "kraken" de cellulose en zetten het om in zijn individuele suikers, die verder kan worden verwerkt om een ​​belangrijke chemische stof te produceren:melkzuur. Deze tweede stap wordt ook bereikt met een micro-organisme, een bacterie die de suikers "opeet" en melkzuur produceert als er geen zuurstof in de buurt is.

In de laatste stap van deze microbiële assemblagelijn, het melkzuur kan vervolgens worden verwerkt tot een hele reeks nuttige chemicaliën.

Een team van wetenschappers van de Bern University of Applied Sciences (BFH), de Universiteit van Cambridge, en EPFL hebben deze montageketen in één opstelling mogelijk gemaakt en hebben aangetoond dat deze conversie veelzijdiger en modulair kan worden gemaakt. Door de micro-organismen in de finale eenvoudig uit te wisselen, melkzuurverwerking, stap, ze kunnen een hele reeks nuttige chemicaliën produceren.

De doorbraakstudie is gepubliceerd in Wetenschap , en werd uitgevoerd door Robert Shahab, een EPFL Ph.D. student in het laboratorium van professor Jeremy Luterbacher, terwijl hij werkte in het laboratorium van professor Michael Studer aan de BFH, die de studie leidde.

De onderzoekers presenteren wat zij een 'lactaatplatform, ' wat in wezen een ruimtelijk gescheiden bioreactor is waardoor meerdere verschillende micro-organismen naast elkaar kunnen bestaan, die elk een van de drie stappen van de verwerking van lignocellulose uitvoeren.

Het platform bestaat uit een buisvormig membraan dat een bepaalde hoeveelheid zuurstof doorlaat. Op het oppervlak van de buis kan de schimmel groeien die alle zuurstof verbruikt die door het membraan gaat, en levert de enzymen die cellulose in suikers zullen breken. Verder weg van het membraan, en dus in een atmosfeer zonder zuurstof, de bacteriën laten groeien die de suikers 'opeten' en ze omzetten in melkzuur.

Maar de innovatie die Shahab maakte, zat in de laatste stap. Door gebruik te maken van verschillende melkzuurfermenterende micro-organismen, hij was in staat om verschillende nuttige chemicaliën te produceren. Een voorbeeld was boterzuur, die kunnen worden gebruikt in bioplastics, terwijl het lab van Luterbacher onlangs heeft aangetoond dat het zelfs kan worden omgezet in vliegtuigbrandstof.

Het werk demonstreert de voordelen van gemengde microbiële culturen bij de verwerking van lignocellulose biomassa:modulariteit en het vermogen om complexe substraten om te zetten in waardevolle platformchemicaliën.

"De resultaten die met het lactaatplatform zijn bereikt, laten mooi de voordelen zien van kunstmatige microbiële consortia om nieuwe producten te vormen uit lignocellulose, ", zegt Michael Studer. "Het creëren van niches in verder homogene bioreactoren is een waardevol hulpmiddel om verschillende micro-organismen samen te kweken."

"Het vergisten van lignocellulose tot veel verschillende producten was een aanzienlijke hoeveelheid werk, maar het was belangrijk om te laten zien hoe veelzijdig het lactaatplatform is, " zegt Robert Shahab. "Het was een geweldige ervaring om de vorming van lactaat en de omzetting in doelproducten te zien, omdat het aantoonde dat het concept van het lactaatplatform in de praktijk werkte."

Jeremy Luterbacher voegt toe:"Het uiteindelijke doel is om een ​​groene productiesector opnieuw op te bouwen ter vervanging van een sector die veel producten uit ruwe olie produceert. Een methode die flexibiliteit en modulariteit introduceert, is een belangrijke stap in die richting."