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在藍(lán)細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)新型類藻質(zhì)素
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近日，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國家重點實驗室、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士研究生孔祥蘭和冉勇研究員等人在藍(lán)細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)新型的脂肪類生物聚合物。相關(guān)研究發(fā)表于《有機(jī)地球化學(xué)》（Organic Geochemistry）。
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在世界范圍內(nèi)均出現(xiàn)化石燃料被大量開采利用，化石能源耗竭的現(xiàn)象，同時大量地排放溫室氣體和有害氣體，由此產(chǎn)生一系列相關(guān)的能源、生態(tài)環(huán)境和人類健康等問題。全球變化和人類活動也導(dǎo)致水體中藍(lán)藻等藻類的爆發(fā)，引起水華和赤潮現(xiàn)象。因此，尋找出化石燃料的替代資源也變得非常迫切。
微藻作為地球上最古老的生物之一，可以為甲烷、生物氫、生物柴油等多種不同類型的可再生生物燃料提供原材料。近幾年，微藻產(chǎn)油方面的研究引起了廣泛的關(guān)注；但是，由于微藻含有大量的多糖、蛋白質(zhì)和游離態(tài)脂質(zhì)，在熱解的過程中極易受熱分解，導(dǎo)致生物柴油中氧、氮含量高，而且酸度指標(biāo)較高，進(jìn)而導(dǎo)致生物柴油的品質(zhì)下降，很難滿足使用的要求。
事實上，前人已經(jīng)報道了一種方法可以有效地去除微藻中的多糖、蛋白質(zhì)和游離態(tài)脂質(zhì)，最終得到一種難降解的有機(jī)質(zhì)（藻質(zhì)素或類藻質(zhì)素）。藻質(zhì)素或類藻質(zhì)素是一種高脂肪族的、不可水解的、不溶于水的生物聚合物，主要存在于一些綠藻、鞭毛藻和耳根瘤菌的細(xì)胞壁上。藍(lán)藻（藍(lán)細(xì)菌）作為地球上最古老的光合細(xì)菌生物，近年來引起一定的關(guān)注。國內(nèi)外僅有少數(shù)幾項的研究表明藍(lán)藻中存在藻質(zhì)素，關(guān)于藍(lán)藻的藻質(zhì)素或類藻質(zhì)素能否產(chǎn)油和生烴，仍然缺乏系統(tǒng)的研究。
在該項研究工作中，科研人員研究了純培養(yǎng)藍(lán)細(xì)菌中難降解的、脂肪性的生物聚合物的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)油和生烴潛力，取得了一些非常有意思的進(jìn)展。該研究對實驗室培養(yǎng)的兩種藍(lán)細(xì)菌（顫藻和畸形眉藻）樣品進(jìn)行了化學(xué)的分級，得到去游離態(tài)脂類（LPF）和酸不可水解的有機(jī)碳（NHOM）組分；并應(yīng)用元素分析、C-13交叉極化/總邊帶抑制（CP/TOSS NMR）及其對應(yīng)的偶極去相核磁共振技術(shù)、Rock-Eval熱解分析等對其進(jìn)行了表征；同時使用封閉式高壓釜-黃金管裂解實驗對顫藻和畸形眉藻中的NHOM組分進(jìn)行了裂解研究。
結(jié)果表明，從兩種藍(lán)細(xì)菌中分離出的NHOM組分是一類具有高脂肪性的、難降解的類藻質(zhì)素，由飽和的、無支鏈的、鏈長可達(dá)33的碳鏈構(gòu)成，與前人報道的其它藻類的藻質(zhì)素的結(jié)構(gòu)相似。此外，隨著裂解溫度的升高，兩種藍(lán)細(xì)菌的類藻質(zhì)素組分裂解生成的氣態(tài)烴的含量逐漸增加，生成的正構(gòu)烷烴由長鏈向中鏈和短鏈過渡。最后，兩種藍(lán)細(xì)菌的類藻質(zhì)素組分的氮和氧含量低，其生烴潛力分別達(dá)到65%和53%，展現(xiàn)出非常好的產(chǎn)油和產(chǎn)氣前景。
以上裂解實驗得到的生烴潛力和核磁共振數(shù)據(jù)計算的理論生烴潛力相比，表明核磁共振法會略微低估了兩種藍(lán)藻的類藻質(zhì)素的生烴潛力。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2021.104352
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在世界范圍內(nèi)均出現(xiàn)化石燃料被大量開采利用，化石能源耗竭的現(xiàn)象，同時大量地排放溫室氣體和有害氣體，由此產(chǎn)生一系列相關(guān)的能源、生態(tài)環(huán)境和人類健康等問題。全球變化和人類活動也導(dǎo)致水體中藍(lán)藻等藻類的爆發(fā)，引起水華和赤潮現(xiàn)象。因此，尋找出化石燃料的替代資源也變得非常迫切。
微藻作為地球上最古老的生物之一，可以為甲烷、生物氫、生物柴油等多種不同類型的可再生生物燃料提供原材料。近幾年，微藻產(chǎn)油方面的研究引起了廣泛的關(guān)注；但是，由于微藻含有大量的多糖、蛋白質(zhì)和游離態(tài)脂質(zhì)，在熱解的過程中極易受熱分解，導(dǎo)致生物柴油中氧、氮含量高，而且酸度指標(biāo)較高，進(jìn)而導(dǎo)致生物柴油的品質(zhì)下降，很難滿足使用的要求。
事實上，前人已經(jīng)報道了一種方法可以有效地去除微藻中的多糖、蛋白質(zhì)和游離態(tài)脂質(zhì)，最終得到一種難降解的有機(jī)質(zhì)（藻質(zhì)素或類藻質(zhì)素）。藻質(zhì)素或類藻質(zhì)素是一種高脂肪族的、不可水解的、不溶于水的生物聚合物，主要存在于一些綠藻、鞭毛藻和耳根瘤菌的細(xì)胞壁上。藍(lán)藻（藍(lán)細(xì)菌）作為地球上最古老的光合細(xì)菌生物，近年來引起一定的關(guān)注。國內(nèi)外僅有少數(shù)幾項的研究表明藍(lán)藻中存在藻質(zhì)素，關(guān)于藍(lán)藻的藻質(zhì)素或類藻質(zhì)素能否產(chǎn)油和生烴，仍然缺乏系統(tǒng)的研究。
在該項研究工作中，科研人員研究了純培養(yǎng)藍(lán)細(xì)菌中難降解的、脂肪性的生物聚合物的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)油和生烴潛力，取得了一些非常有意思的進(jìn)展。該研究對實驗室培養(yǎng)的兩種藍(lán)細(xì)菌（顫藻和畸形眉藻）樣品進(jìn)行了化學(xué)的分級，得到去游離態(tài)脂類（LPF）和酸不可水解的有機(jī)碳（NHOM）組分；并應(yīng)用元素分析、C-13交叉極化/總邊帶抑制（CP/TOSS NMR）及其對應(yīng)的偶極去相核磁共振技術(shù)、Rock-Eval熱解分析等對其進(jìn)行了表征；同時使用封閉式高壓釜-黃金管裂解實驗對顫藻和畸形眉藻中的NHOM組分進(jìn)行了裂解研究。
結(jié)果表明，從兩種藍(lán)細(xì)菌中分離出的NHOM組分是一類具有高脂肪性的、難降解的類藻質(zhì)素，由飽和的、無支鏈的、鏈長可達(dá)33的碳鏈構(gòu)成，與前人報道的其它藻類的藻質(zhì)素的結(jié)構(gòu)相似。此外，隨著裂解溫度的升高，兩種藍(lán)細(xì)菌的類藻質(zhì)素組分裂解生成的氣態(tài)烴的含量逐漸增加，生成的正構(gòu)烷烴由長鏈向中鏈和短鏈過渡。最后，兩種藍(lán)細(xì)菌的類藻質(zhì)素組分的氮和氧含量低，其生烴潛力分別達(dá)到65%和53%，展現(xiàn)出非常好的產(chǎn)油和產(chǎn)氣前景。
以上裂解實驗得到的生烴潛力和核磁共振數(shù)據(jù)計算的理論生烴潛力相比，表明核磁共振法會略微低估了兩種藍(lán)藻的類藻質(zhì)素的生烴潛力。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2021.104352
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