生物柴油是近年燃料界的新宠,但因生产成本高,贵油价令不少车主却步。香港中文大学(中大)生命科学学院陈文博教授带领的团队成功研发一项新技术,只需从细菌中提取酶类作为催化剂,便可降低生物柴油的生产成本,打破再生燃料贵价的宿命,为车主们省钱之余,亦推广绿色生活,减少化石燃料造成的污染。

使用再生燃料有助实践绿色运输,纾缓全球暖化问题,生物柴油便是其一。它比化石燃料洁净且有效,与传统柴油混合使用,可减低引擎的废气排放。生物柴油由植物油或动物脂肪等食用油脂加以处理而成,传统提炼方法会使用甲醇及催化剂,但生产过程涉及加热程序,会产生废水造成污染。

酶类犹如微型的引擎,驱动生命所需的各种化学过程,并可应用于药物制造和其他日常使用化学品。相比传统方法,使用酶催化生产生物柴油所需的能源较少,产生的污染亦较少。不过,由于制作酶催化剂的成本高昂,纯化及固定化过程繁复而难以普及。

为突破现有技术限制,陈文博教授和团队成员Bradley Heater博士、杨藻锋博士及李明名博士经过多番试验,成功发现一种新方法,可直接从细菌中提取分离酶类作为催化剂。蛋白质结晶的特性是可将细菌合成的酶固定在晶体内,新方法下,只须一个简单步骤便能将晶体分离提取,大大简化分离程序,降低成本之外,亦令提炼过程更稳定。

这项新技术的关键是运用特殊蛋白质Cry3Aa,它能在「苏云金芽孢杆菌」细胞内自然排序成为结晶体,并含有大量孔隙,足以容纳细菌生产的酶分子。研究团队发现,当Cry3Aa蛋白质与酶在同一细菌细胞内合成,这些Cry3Aa晶体便能将数以百万计的酶分子收藏在小孔内,效果犹如一个「酶收纳袋」。这些晶体能保护具有活性的酶分子免于提取过程中受破坏,方便纯化。另外,团队亦发现固定在蛋白晶体内的酶较为稳定,在废食油转为生物柴油的催化过程中可重覆使用。

在细菌细胞内产生的Cry3Aa晶体,将生物酶藏于晶体孔隙中。

Bradley Heater博士是研究论文的第一作者,他说:「是次研究最有趣之处是发现细菌的细胞可以制作并自动收集酶分子,毋须额外加工,我们只需要从细胞抽取晶体及酶催化剂成品。现阶段,我们会集中研究用这种方法,生产能将废食油转化为生物柴油的酶类,而理论上此方法亦可用于生产其他种类的酶。」

在研究资助局和创新及科技基金的支持下,团队未来将探讨和开发一个生产可再生催化剂的多功能平台,用于生物柴油和日用化学品的制作。研究结果早前已刊登于《美国化学学会期刊》。全文可按参阅。

(左起)陈文博教授、Bradley Heater博士、杨藻锋博士成功提取酶类以生产生物柴油。