第一个具有完全可复制成分的合成甘蔗糖蜜的配方

【字体: 时间:2023年10月07日 来源:AAAS

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  该产品将为研究人员和食品工程师开发基于甘蔗糖蜜使用的新型工业工艺铺平道路。并将其作为乙醇生产的酵母培养基进行了试验。

  

糖蜜是一个广义的术语,用来描述去除蔗糖晶体后浓缩的甘蔗或甜菜汁溶液,是原糖生产过程中的工业副产品。天然糖蜜的成分多变,我们并不完全了解。这种知识差距阻碍了科学研究和工业,其中糖蜜用于几种工艺,包括通过啤酒酵母(酿酒酵母)发酵从糖蜜中生产燃料乙醇。

一个由巴西和欧洲科学家组成的小组现在已经研制出了一种合成糖蜜,这种糖蜜的成分可以被复制,因为它是完全已知的。他们的研究得到了FAPESP的资助(项目18/17172-2,21/13701-3,19/08393-8和15/50684-9),一篇关于它的文章发表在《科学报告》杂志上。

这篇文章的最后一位作者、巴西 圣保罗大学工程学院(POLI-USP)教授蒂亚戈·巴索(Thiago Basso)说:“我们的主要目的是找到一种酵母配方,使其表现与糖蜜工业加工中使用的酵母尽可能相似。”巴索是第一作者key Eliodório和第二作者Gabriel Cunha的论文导师。

研究人员着手在实验室中重现乙醇生产过程,包括甘蔗糖蜜作为酵母培养基的特性,以便可以确定所有成分和滴定。糖蜜是一种复杂的培养基,其组成在正常情况下变化很大。

“我们生产了标准化的合成糖蜜,可以由世界各地的研究人员作为他们正在研究的微生物的培养基进行测试。此外,在不同实验室得到的结果可以更容易地进行比较。这对科学很重要,”Eliodório说,并补充说,作为一个例子,该配方在德国亥姆霍兹环境研究中心进行了测试,当时他在那里进行博士研究实习。

除了使世界各地的研究中心能够使用它来开发生物过程所提供的后勤优势外,实验室培养基还可以通过单独调整每种成分的水平来研究特定成分的影响。“这是我们研究结果的一个优势,”巴索说。“调整成分的可能性有助于研究生长抑制剂或营养成分的影响,例如,以及代谢流等因素的定量分析。”

所采用的方法是基于文献中报道的数据和Basso之前的研究,他在没有完全确定其成分的情况下配制了合成糖蜜,因为蛋白胨的存在,一种成分既不完全可控也不完全已知的物质。系统调整使用的数据来自实际样本,文献和先前的组成。

Eliodório解释说:“每一次调整都是通过测试酵母生长来评估的,直到我们得到一种成分,这种成分导致酵母的行为与在实际糖蜜中观察到的相似。”

单独分析的元素

这些成分被分成营养组(盐、有机酸、维生素、微量元素和糖等),并分别进行分析。这个阶段包括开发成分和表征最能影响酵母行为的成分。天然糖蜜含有大量的可发酵糖和其他营养物质。几种化合物,包括生长因子、宏量和微量营养素,因甘蔗品种、土壤、气候和加工条件而异。此外,甘蔗加工过程中产生的一些化合物会抑制酵母的性能,影响乙醇的生产。

验证阶段产生了非常令人满意的结果。巴索说:“我们还证明了用于酵母的经典培养基YPS(酵母提取物,胨和蔗糖)不允许进行生理比较,因为这些特性的值非常不同,而我们的培养基适当地模拟了实际的糖蜜,为工业应用和科学研究提供了显著的优势。”

研究结果使合成糖蜜的制备具有灵活性,可以根据需要调整各种营养基团的比例。例如,该小组开始研究氮是如何影响发酵的。“人们常说,低氮水平会增加乙醇产量。我们调整氮水平的实验表明确实如此,”他说。“我们相信,在这项研究中开发的合成糖蜜将为世界各地的研究人员开发基于甘蔗糖蜜的新型生物工艺铺平道路,甘蔗糖蜜是当今工业生物技术中最重要的原材料之一。”

其他巴西合作者是POLI-USP教授Reinaldo Giudici和隶属于坎皮纳斯州立大学食品工程学院(FEA-UNICAMP)的Andreas Gombert。该团队的欧洲部分由丹麦技术大学教授Morten Sommer和德国创业公司Nosh的联合创始人Felipe Lino组成。生物GmbH是一家。

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