Một hạn chế của việc sản xuất nhiên liệu sinh học là rượu được tạo ra từ quá trình lên men có độc đối với các vi khuẩn sản xuất ra nó. Hiện nay, các nhà khoa học đang tiến gần hơn đến việc vượt qua trở ngại này.
Tóm tắt. Tín dụng: Langmuir (2025). DOI: 10.1021/acs.langmuir.4c03677
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Cincinnati và Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã đạt được bước đột phá trong việc hiểu được tính dễ bị tổn thương của vi khuẩn đối với rượu mà chúng tạo ra trong quá trình lên men sinh khối thực vật.
Với thiết bị mô phỏng và tán xạ neutron của phòng thí nghiệm quốc gia, nhóm nghiên cứu đã phân tích quá trình lên men của nhiên liệu sinh học butanol, một loại rượu chứa nhiều năng lượng cũng có thể được sử dụng làm dung môi hoặc nguyên liệu hóa học.
Butanol có độc với chính các vi sinh vật sản xuất ra nó. Độc tính này hạn chế lượng butanol có thể tạo ra trong quá trình lên men, tạo ra thách thức đối với sản xuất sinh học, Jonathan Nickels, phó giáo sư kỹ thuật hóa học và môi trường tại Khoa Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng của UC cho biết.
"Vị trí chính của độc tính là ở màng tế bào", Nickels cho biết. "Cuối cùng, dung môi làm loãng nó ra và làm cho nó mềm hơn và kém ổn định hơn. Cuối cùng, bạn sẽ thấy các lỗ trên màng tế bào. Khi điều này xảy ra, tế bào mất khả năng tạo ra năng lượng".
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng butanol có xu hướng tích tụ không đều xung quanh màng, khiến một số vùng mỏng hơn những vùng khác. Điều này có thể gây ra căng thẳng cho tế bào và quá trình lên men kém hiệu quả hơn.
Kết quả nghiên cứu của nhóm được đăng trên tạp chí Langmuir.
Tác giả chính Luoxi Tan, một tiến sĩ tốt nghiệp tại Khoa Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng của UC, đang tiếp tục sự hợp tác này với tư cách là một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm quốc gia. Ông cho biết các nhà nghiên cứu hiện sẽ xem xét liệu họ có thể tạo ra nhiên liệu sinh học hiệu quả hơn bằng cách ổn định màng tế bào trong sinh khối hay không.
"(Những phát hiện) cung cấp cho chúng tôi những mục tiêu mới để giảm thiểu ảnh hưởng của các sản phẩm lên men này", Tan cho biết.
Các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu các quá trình xảy ra trong quá trình lên men bằng cách sử dụng các thí nghiệm tán xạ neutron cho phép kiểm tra màng mà không phá hủy, giúp các nhà khoa học quan sát được cấu trúc và sự sắp xếp của các phân tử.
Hugh O'Neill, giám đốc Trung tâm Sinh học Phân tử Cấu trúc tại Oak Ridge, cho biết: "Neutron giúp bạn có khả năng thăm dò bên trong màng để xác định cách phân phối butanol".
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng siêu máy tính để thực hiện mô phỏng động lực học phân tử để kiểm tra cách các nguyên tử và phân tử di chuyển và tương tác theo thời gian. Nickels cho biết những công cụ này cho phép các nhà nghiên cứu thấy được những gì đang xảy ra với cấu trúc màng tế bào ở cấp độ phân tử.
"Những phát hiện này có ý nghĩa và tác động lâu dài rất có liên quan", Nickels cho biết. "Chúng tôi muốn làm cho nhiên liệu sinh học hiệu quả hơn, điều này sẽ mang lại kết quả kinh tế đáng kể".
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
