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金明杰教授团队在Science Advances上发表木质素生物转化最新研究

2021-09-03来源:环境与生物工程学院作者:审核人:环境与生物工程学院编辑:阅读:13

作为地球上丰富的可再生有机资源,木质纤维素类生物质可为生产清洁燃料和化工产品提供充足原料。木质纤维素类生物质主要成分为纤维素、半纤维素和木质素,其中木质素是由三种苯丙烷单元通过多种醚键和碳碳键等连接而成的三维网状聚酚类化合物,也是地球上最多的可再生芳香化合物资源。但因其结构复杂、性质不均一,目前大部分木质素仅被焚烧供能和作为简单的基建材料利用。将木质素炼制为附加值更高的化学品对其价值提升及资源利用均有重要意义。

1. 通过微生物细胞工厂的设计和构建,将多种木质素组分转化为芳香化合物没食子酸

近日,我院金明杰教授团队将多组芳香化合物的生物催化反应集成到单个微生物细胞中,并通过构建相关生物转化工艺实现多种木质素解聚组分到芳香化合物没食子酸的转化。本研究主要包括以下部分:1)解析Rhodococcus opacus PD630菌株中没食子酸降解途径,并对关键降解酶进行阻断,以便积累相关产物;2)引入原儿茶酸羟化反应将部分G/H型木质素组分转化为没食子酸;3)强化内源和引入外源芳香化合物脱甲基化反应将S型木质素组分转化为没食子酸;4)强化内源和引入外源芳香醛氧化反应将芳香醛类物质转化为没食子酸;5)分别以碱木质素和AFEX木质素为底物进行生物转化,分别获得了0.407 g/g0.630 g/g的没食子酸得率。相关研究为木质素的高值化利用提供一定的理论支撑和实践经验,也为多底物的微生物转化工艺构建提供了很好的借鉴。

相关研究内容于202191日在Science Advances杂志上发表,论文题目为“Valorization of lignin components into gallate by integrated biological hydroxylation, O-demethylation, and aryl side-chain oxidation” (论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg4585)。本论文相关内容为南京理工大学环境与生物工程学院作为独立单位完成,金明杰教授为该论文的通讯作者,我院博士生蔡成固和许召贤老师为论文的同等贡献第一作者,博士生陈思同和硕士生周华蓉为论文的共同作者。该研究受到了国家自然科学基金和江苏省自然科学基金的资助。