Международная группа ученых разработала технологию, которая позволяет производить каприновую кислоту — основной компонент бензиновых фракций и легких керосинов — из пшеницы с помощью клостридий.

В настоящее время разные страны активно занимаются разработкой методов, позволяющих получать топливо из растительного и животного сырья, например сточных вод. Предполагается, что такое горючее позволит снизить экологическую нагрузку на планету и решить проблему конечности ископаемых ресурсов. Препятствием для коммерческого производства биотоплива остается дороговизна: часто конечный продукт является метаболитом анаэробных бактерий, а сырье проходит несколько стадий обработки, включая ферментацию и восстановление. При этом такая ферментация может быть токсична для бактерий, что требует упрощения процесса или поиска более устойчивых микроорганизмов.

В качестве перспективного метаболита, который может использоваться при производстве биотоплива, рассматриваются среднецепочечные жирные кислоты (MCFA). MCFA — вид синтетического жира, добытый из кокосового масла в середине XX века. Дальнейшие работы показали, что помимо пищевых добавок из этих веществ, в частности капроновой кислоты, также могут быть получены прекурсоры топлив. Однако из-за токсичности MCFA то, какие бактерии оптимальны для их ферментации, до сих пор неизвестно. Между тем, согласно экспериментам, получить капроновую кислоту из молочной кислоты способны клостридии группы IV (Clostridium), входящие в микрофлору желудочно-кишечного тракта.

Динамика уровня химических соединений и популяций бактерий / ©Stephen J. Andersen et al., Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2017

В новой работе специалисты из Гентского университета и Университета Бата проверили, как Clostridium влияют на токсичность MCFA и производство биотоплива. Для этого они ферментировали пшеницу в пиво и барду в двух реакторах, после чего обработали сырье разными бактериями: Lactobacillus spp., Acetobacterium sp. и Clostridium. Затем с помощью газовой хроматографии полученные растворы анализировались на содержание капроновой кислоты, каприловой кислоты и каприновой кислоты, а также методом ионной хроматографии — на молочную кислоту, глицерин, этанол и другие соединения. Состав растворов сопоставлялся с динамикой популяций бактерий.

Результаты показали, что рост популяции Clostridium коррелировал с увеличением токсического воздействия на другие бактерии и сокращением капроновой кислоты на 30 процентных пунктов. В то же время начиная с 60-го дня эксперимента уровень каприловой кислоты в одном из реакторов повысился, тогда как в другом реакторе на 22-й и 41–64-й дни был зафиксирован пиковый уровень каприновой кислоты — 0,5 ± 0,01 грамма на литр, концентрация которой зависела от каприловой кислоты (выше одного грамма на литр). По словам ученых, это первый случай получения каприновой кислоты с помощью Clostridium, и в будущем технологию можно использовать для производства недорого биотоплива.

Статья опубликована в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Кишечные бактерии предлагаются в качестве сырья для биотоплива не впервые. Ранее американские специалисты выяснили, что с этой задачей могут справиться сразу три вида микроорганизмов: все они участвуют в переваривании растительной пищи.