Imperialistiska forskare har förbättrat processen att använda biologi för att tillverka produkter som bränslen, plast, mediciner, och kosmetika.

Det kan leda till billigare och miljövänligare biobränsleproduktion och effektivare plaståtervinning.

Bioprocessing, som använder levande celler eller deras komponenter för att tillverka produkter som biobränslen, plast, mediciner, och kosmetika, är tidskrävande och dyrt.

Nu, Imperialistiska forskare säger att de kan bryta ner växtbaserad biomassa 30 gånger snabbare än vad som är möjligt för närvarande.

Dr Alex Brogan, vid Imperial College Londons avdelning för kemiteknik, och kollegor modifierade enzymet glukosidas, som hjälper till att bryta ner komplexa kolhydrater i biomassa, som cellulosa från växtceller, till sina grundläggande enheter, glukos. Glukosen kan sedan fermenteras för att göra etanol, en form av biobränsle.

Att frigöra glukos från cellulosa är för närvarande den dyraste och mest tidskrävande delen av processen. Detta beror delvis på att enzymer vanligtvis slutar fungera vid temperaturer högre än 70 °C och i industriella lösningsmedel som joniska vätskor. Dock, om enzymet kunde arbeta i högre temperaturer och joniska vätskor, förutsättningarna skulle påskynda processen.

För att göra glukosidas mer robust, Dr. Brogan och kollegor ändrade dess kemiska struktur för att låta den tåla värme på upp till 137 °C. Förändringen innebar också att de kunde använda enzymet i joniska vätskor istället för det vanliga vattnet, och att de kunde använda ett enzym istället för tre.

De fann att den kombinerade effekten av värmebeständighet och löslighet i joniska vätskor ökade glukosproduktionen 30 gånger. Om tekniken tas upp i stor skala, bränslerelaterade koldioxidutsläpp kan minska med 80-100 procent.

Resultaten publiceras idag i Naturkemi .

Huvudförfattaren Dr. Brogan sa:"Vi har gjort biobearbetning snabbare, vilket kommer att kräva mindre utrustning och kommer att minska koldioxidavtrycket. En stor fördel med detta kommer att vara ökad produktion av biobränsle - potentiellt hjälpa biobränslen att bli mer utbredda som ett resultat."

Biobränslen är bränslen gjorda av levande materia som växter, annars kallad biomassa. De är bättre för miljön än fossila bränslen som kol och gas eftersom de är gjorda av förnybara källor och släpper ut mycket mindre totalt sett koldioxid.

Senior författare Dr Jason Hallett, också från Imperials avdelning för kemiteknik, sa:"Med biobränslen gjorda av majsstärkelse, träd och annat växtmaterial för fordon och till och med elproduktion kan kraftigt minska koldioxidutsläppen."

Ändringen kan tillämpas på en mängd olika enzymer, för ett brett spektrum av applikationer, som att tillverka bränsle av avfall och återvinna plast, och kan göra biobearbetning mer effektiv.

"Icke-vattenhaltig homogen biokatalytisk omvandling av polysackarider i joniska vätskor med användning av kemiskt modifierat glukosidas" av Alex P. S. Brogan, Liem Bui-Le och Jason P. Hallett, publiceras den 15 juni 2018 i Naturkemi .