新加坡国立大学开发废料回收新工艺将树枝和虾壳变成营养补充剂

新加坡国立大学开发废料回收新工艺,将树枝和虾壳变成营养补充剂

甲壳类动物的外壳和木材废料,如从树木上修剪下来的树枝,通常最终会被填埋。现在新加坡国立大学(NUS)研究人员开发的一种新工艺,这些废料被赋予了新的意义,成为营养补充剂和药物。

新加坡国立大学工程学院化学与生物分子工程系的严宁副教授和周康助理教授领导的团队设计了一种方法,将虾和蟹的壳变成L-DOPA,这是一种广泛用于治疗帕金森病的药物。类似的方法可以用来将木材废料转化为脯氨酸,而脯氨酸是形成健康的胶原蛋白和软骨所必需的。

新加坡国立大学团队的转化方法有可能在化学工业中发挥关键作用,因为在减少对不可再生化石燃料和能源消耗过程的依赖方面,废物衍生化合物的研究一直受到关注。

从废物到有用的化学品

全球食品加工业每年产生的甲壳类废弃物多达800万吨。同时,新加坡在2019年产生了超过43.8万吨的木材废料,其中包括从树木上修剪下来的树枝和车间的锯末。研究人员衍生出将这些食物和农业废料升级为有用的化合物的方法,将在不给填埋场带来压力同时带来很有好处。

虽然近年来废旧材料的再利用得到了广泛的应用,但与使用原油或天然气的传统化学合成相比,从废旧材料回收中生产的化学品的典型产出往往不够多样化。为了克服局限性,新加坡国立大学的研究人员想出了一条将化学方法与生物过程相结合的途径。

他们首先将化学工艺应用于废料,并将其转化为可被微生物 “消化 “的物质。第二步涉及生物过程,类似于葡萄发酵成酒,他们设计了大肠杆菌等特殊菌种,将化学过程中产生的物质转化为氨基酸等价值更高的产品。

新加坡国立大学团队花了四年时间推导出他们的方法,并将其应用于以可持续的方式从可再生资源中获得高价值的化学品。

更快、更便宜地生产有机化工产品

传统上,L-DOPA是由L-酪氨酸生产的,这是一种由糖类发酵产生的化学物质。用NUS团队开发的方法,首先用一个简单的化学步骤处理甲壳类废物,使其能够被微生物用来生产L-DOPA。NUS方法的产量与使用糖类的传统方法的产量相近。此外,与最常用的糖–葡萄糖相比,每吨成本在400至600美元之间,虾废料的成本仅为每吨100美元左右。考虑到贝壳废料的低成本和丰富性,NUS团队的工艺有可能以较低的成本提供L-DOPA。

而脯氨酸则是传统上通过纯生物工艺生产的。现在,NUS团队的独特方法已经用化学工艺取代了大部分的转化过程,速度更快。因此,新工艺可以实现更高的生产效率,并有可能带来资本投资和运营成本的降低。

2020年3月25日,《美国国家科学院院刊》(PNAS)首次在线发表了关于从甲壳类动物外壳生产L-DOPA等氨基酸的研究,而2020年7月27日,《Angewandte Chemie》报道了关于从木材废料生产脯氨酸的工作。

其他类型废物的升级回收潜力

新加坡国立大学团队的方法有可能应用于不同类型的废物,他们可以根据废物的类型以及目标最终产品来定制该过程。

展望未来,该团队希望将他们的独特工艺应用于其他形式的废物,如二氧化碳和废纸。这样的发展将减少社会对获取化学品的不可再生资源的依赖,而这些化学品是当今许多营养补充剂和药品的重要成分。

新颖的化学-生物一体化工作流程提供了一条生产多种高价值有机氮化学品的通用途径。虽然从字面上听起来很简单,只是将两种不同的方法结合起来,但重点就在细节中。鉴于这些化学品存在于大量具有商业价值的药品、颜料和营养品中,研究团队很高兴能扩展研究范围,开发新方法,从新加坡其他丰富的本地可利用的基质中生产增值化学品。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

研究团队还计划扩大目前在实验室开发的工艺,并与工业伙伴合作,将这项技术商业化。

新加坡国立大学开发废料回收新工艺,将树枝和虾壳变成营养补充剂
由严宁副教授(左)和周康助理教授(右)领导的国大研究团队已经开发出一种整合的上回收工艺,可以从废料中生产高价值的氨基酸。

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