Med loppet om förnybara energikällor i full gång, anläggningar erbjuder en av de mest lovande kandidaterna för att ersätta råolja. Lignocellulosa i synnerhet-biomassa från oätliga växter som gräs, löv, och trä som inte konkurrerar med livsmedelsgrödor - är rikligt och förnybart och erbjuder en utmärkt alternativ källa till petroleum för en hel rad kemikalier.

För att utvinna användbara kemikalier från det, lignocellulosa förbehandlas först för att "bryta upp det" och göra det lättare att bearbeta vidare. Sedan utsätts den för enzymer som löser upp cellulosa, som är en kedja av sammankopplade sockerarter (glukos). Detta steg kan göras genom att till den förbehandlade lignocellulosen tillsätt en mikroorganism som naturligt producerar den nödvändiga, cellulosaklyvande enzymer, t.ex. en svamp.

Enzymerna "spränger" cellulosen och förvandlar den till sina individuella sockerarter, som kan bearbetas ytterligare för att producera en nyckelkemikalie:mjölksyra. Detta andra steg uppnås också med en mikroorganism, en bakterie som "äter" sockret och producerar mjölksyra när det inte finns syre i närheten.

I det sista steget i denna mikrobiella samlingslinje, mjölksyran kan sedan bearbetas till en mängd användbara kemikalier.

Ett team av forskare från Bern University of Applied Sciences (BFH), universitetet i Cambridge, och EPFL har gjort denna monteringskedja möjlig i en enda installation och visat att denna konvertering kan göras mer mångsidig och modulär. Genom att enkelt byta ut mikroorganismerna i finalen, mjölksyrabehandling, steg, de kan producera en hel rad användbara kemikalier.

Genombrottsstudien publiceras i Vetenskap , och utfördes av Robert Shahab, en EPFL -doktorand student i professor Jeremy Luterbachers laboratorium, medan han arbetade på laboratoriet för professor Michael Studer vid BFH, som ledde studien.

Forskarna presenterar vad de kallar en 'laktatplattform, 'som i huvudsak är en rumsligt segregerad bioreaktor som låter flera olika mikroorganismer samexistera, var och en utför ett av de tre stegen för lignocellulosabehandling.

Plattformen består av ett rörformigt membran som låter en definierad mängd syre passera genom den. På rörets yta kan odlas svampen som förbrukar allt syre som passerar genom membranet, och ger enzymerna som kommer att bryta upp cellulosa till sockerarter. Längre bort från membranet, och därför i en atmosfär utan syre, odla bakterierna som kommer att "äta" sockret och förvandla dem till mjölksyra.

Men innovationen som Shahab gjorde var i det sista steget. Genom att använda olika mjölksyra-jäsande mikroorganismer, han kunde producera olika användbara kemikalier. Ett exempel var smörsyra, som kan användas i bioplast, medan Luterbachers labb nyligen visade att det till och med kan förvandlas till ett jetbränsle.

Arbetet visar fördelarna med blandade mikrobiella kulturer i lignocellulosa biomassa bearbetning:modularitet och förmågan att omvandla komplexa substrat till värdefulla plattformskemikalier.

"Resultaten som uppnåtts med laktatplattformen visar snyggt fördelarna med artificiella mikrobiella konsortier för att bilda nya produkter från lignocellulosa, "säger Michael Studer." Skapandet av nischer i annars homogena bioreaktorer är ett värdefullt verktyg för att samodla olika mikroorganismer. "

"Jäsning av lignocellulosa till många olika produkter var ett betydande arbete, men det var viktigt att visa hur mångsidig laktatplattformen är, "säger Robert Shahab." Att se bildandet av laktat och omvandlingen till målprodukter var en stor upplevelse eftersom det visade att konceptet med laktatplattformen fungerade i praktiken. "

Jeremy Luterbacher tillägger, "Det yttersta målet är att bygga om en grön tillverkningssektor för att ersätta en som producerar många produkter från råolja. En metod som introducerar flexibilitet och modularitet är ett viktigt steg i den riktningen."