به گزارش آنا، یک آنزیم جدید توانسته است لیگنین ضایعاتی را با استفاده از فرآیند سبز مبتنی بر پراکسید هیدروژن به مواد شیمیایی باارزش تبدیل کند و گزینه‌ای تمیز و پایدار در مقایسه با روش‌های مبتنی بر نفت ارائه دهد.
درک لیگنین و پتانسیل آن
لیگنین نامی است که به پلیمر‌های سختی گفته می‌شود که به عنوان حمایت مکانیکی در چوب‌های سخت و نرم عمل می‌کنند. این ماده یکی از فراوان‌ترین پلیمر‌ها بر روی زمین است. کشاورزی و جنگل‌داری هر ساله حدود ۱۰۰ میلیون تن ضایعات لیگنین تولید می‌کنند. این مقدار می‌تواند به یک منبع تجدیدپذیر و پایدار برای مواد شیمیایی تبدیل شود که اکنون از سوخت‌های فسیلی به دست می‌آیند.
حدود ۹۸ درصد از لیگنین در حال حاضر دور ریخته می‌شود. با این حال، کشف یک آنزیم جدید ممکن است به استخراج کارآمد مولکول‌های باارزش از این ضایعات کمک کند. این فرآیند از روش‌های شیمی سبز و دوستدار محیط زیست استفاده می‌کند.
این مولکول‌های استخراج‌شده برای ساخت محصولاتی مانند عطرها، طعم‌دهنده‌ها، سوخت‌ها و دارو‌ها استفاده می‌شوند. بدین ترتیب، یک جریان ضایعاتی که تاکنون بی‌استفاده بوده است، به منبعی باارزش تبدیل می‌شود.
فرآیند‌های سنتی و مشکلات آنها
جانشین پروفسور استیون بل از دانشکده فیزیک، شیمی و علوم زمین دانشگاه آدلاید می‌گوید: «استراتژی‌های فعلی برای استفاده از لیگنین شامل ترکیبی از فرآیند‌های شیمیایی و بیولوژیکی است.»
برای شکستن پلیمر‌های موجود در جریان ضایعات، از دما‌های بالا، فشار زیاد، اسید‌های قوی و حلال‌های سمی استفاده می‌شود. ترکیبات باارزشی که در ضایعات به دام افتاده‌اند، سپس استخراج شده و تحت فرآیند‌های شیمیایی بیشتری در دما‌های بالاتر از ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرند تا لیگنین ارزش‌افزوده شود. این فرآیند‌ها نه تنها هزینه‌بر هستند، بلکه برای محیط زیست نیز مضرند.
فیونا ولن، میکروسکوپیست کرایو-الکترونی از Adelaide Microscopy در دانشگاه آدلاید، می‌گوید: «فرآیند‌های شیمیایی سنتی برای سنتز این نوع مواد شیمیایی به ترکیبات پایه‌ای مبتنی بر نفت و کاتالیزور‌های فلزی سنگین متکی هستند که این فرآیند‌ها را غیرقابل تجدید و ذاتاً سمی می‌کند.» این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.
وی افزود: «این روش جدید پردازش کاتالیزوری می‌تواند به توسعه سایرکارخانه‌های آنزیمی یا زیست‌فناوری‌های سبز کمک کند تا لیگنین و سایر جریان‌های ضایعاتی زیستی را به یک ذخیره‌گاه باارزش از مواد شیمیایی ظریف تبدیل کنند.»
یک پیشرفت بیولوژیکی
لیگنین موجود در چوب‌های سخت دارای دو جزء شیمیایی کلیدی است که برای تبدیل به ترکیبات مفید نیاز به پردازش دارند.
محققان قبلاً آنزیمی کشف کرده بودند که می‌تواند برای شکستن یکی از این ترکیبات که در چوب‌های نرم نیز یافت می‌شود استفاده شود. اما هیچ فرآیند تجزیه بیولوژیکی شناخته‌شده‌ای وجود نداشت که بتواند از ترکیب دوم و پیچیده‌تر لیگنین چوب‌های سخت، که حدود ۵۰ درصد از ضایعات را تشکیل می‌دهد، استفاده کند.
فیونا ولن می‌گوید: «تجزیه بیولوژیکی لیگنین در یک مجموعه پیچیده از میکروب‌ها اتفاق می‌افتد. در این فرآیند، آنزیم‌های قارچی احتمالاً پلیمر‌های سخت را شکسته و باکتری‌ها ترکیبات کوچک‌تر و غیرواکنش‌پذیر را برای به دست آوردن انرژی متابولیکی پردازش می‌کنند.»
وی ادامه می‌دهد: «با نگاهی به پادشاهی میکروبی، ما شناسایی کردیم که یک باکتری خاکی به نام Amycolatopsis thermoflava حاوی آنزیم‌هایی است که می‌توانند مولکول‌های لیگنین را به صورت ارزان پردازش کنند. این باکتری از پراکسید هیدروژن برای راه‌اندازی واکنش استفاده می‌کند که این امر باعث می‌شود فرآیند ارزش‌افزوده بسیار کمتر برای محیط زیست مضر باشد.»
راهکار‌های آینده برای شیمی سبز
تیم تحقیقاتی از این آنزیم جدید به عنوان الگویی برای افزودن فعالیت مبتنی بر پراکسید هیدروژن به سایر آنزیم‌ها استفاده کرده است. این کار به توسعه رویکرد‌های شیمی سبز برای تولید مواد شیمیایی باارزش کمک می‌کند که در صنایع عطر، طعم‌دهنده و شیمی دارویی کاربرد دارند.
انتهای پیام/