เมื่อชาวไร่ข้าวโพดเก็บเกี่ยวพืชผล พวกเขามักจะทิ้งก้าน ใบบาคาร่าเว็บตรง และใช้ซังเพื่อเน่าเปื่อยในทุ่งนา ตอนนี้ วิศวกรได้สร้างยีสต์สายพันธุ์ใหม่ที่สามารถแปลงขยะที่กินไม่ได้นี้ให้เป็นเอธานอล ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ หากกระบวนการนี้สามารถขยายขนาดได้ แหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ไม่ได้ใช้ส่วนใหญ่นี้อาจช่วยลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลได้ความพยายามครั้งก่อนในการแปลงวัสดุเส้นใยนี้ เรียกว่า corn stover เป็นเชื้อเพลิงที่ประสบความสำเร็จอย่างจำกัด ก่อนที่ยีสต์จะสามารถทำงานได้ เตาข้าวโพดต้องถูก
ทำลายลงเสียก่อน แต่กระบวนการนี้มักจะสร้างผลพลอยได้ที่ฆ่ายีสต์
แต่ด้วยการปรับแต่งยีนในยีสต์ของคนทำขนมปังทั่วไป นักวิจัยได้ออกแบบสายพันธุ์ที่สามารถขจัดผลพลอยได้ร้ายแรงเหล่านั้น และทำหน้าที่เปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นเอทานอล
ยีสต์ชนิดใหม่สามารถผลิตเอทานอลได้มากกว่า 100 กรัมต่อลิตรของหม้อหุงข้าวโพดที่ผ่านการบำบัดแล้ว ซึ่งมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับกระบวนการมาตรฐานที่ใช้เมล็ดข้าวโพดในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ นักวิจัยรายงานในวันที่ 25 มิถุนายนในScience Advances
Venkatesh Balan วิศวกรเคมีแห่งมหาวิทยาลัยฮูสตันซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยกล่าวว่า “พวกเขาได้ผลิตยีสต์ที่มีความยืดหยุ่นมากขึ้น สายพันธุ์ใหม่นี้อาจเป็นประโยชน์ต่อผู้ผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพที่พยายามควบคุมวัสดุเช่นเตาข้าวโพด
ในสหรัฐอเมริกา เอทานอลส่วนใหญ่ทำมาจากข้าวโพด ซึ่งเป็นพืชผลที่ใหญ่ที่สุดของประเทศ และนำไปผสมกับน้ำมันเบนซินส่วนใหญ่ที่จำหน่ายในปั๊มน้ำมัน เอทานอลจากข้าวโพดเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียน แต่ก็มีข้อจำกัด การเปลี่ยนเส้นทางข้าวโพดไปผลิตเอทานอลอาจทำให้แหล่งอาหารลดลง และการขยายพื้นที่เพาะปลูกเพียงเพื่อปลูกข้าวโพดเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพจะช่วยขจัดแหล่งที่อยู่อาศัยตามธรรมชาติ ( SN: 12/21/20 ) การเปลี่ยนหัวเตาข้าวโพดที่กินไม่ได้ให้เป็นเอทานอลสามารถเพิ่มปริมาณเชื้อเพลิงชีวภาพโดยไม่ต้องปลูกพืชเพิ่ม
“ข้าวโพดไม่สามารถแทนที่ปิโตรเลียมเป็นวัตถุดิบสำหรับเชื้อเพลิงได้จริงๆ” เฟลิกซ์ แลม วิศวกรด้านเมตาบอลิซึมแห่ง MIT กล่าว “แต่เรามีทางเลือกอื่น”
Lam และเพื่อนร่วมงานเริ่มต้นด้วยSaccharomyces cerevisiaeหรือยีสต์ขนมปังทั่วไป ผู้ผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพใช้ยีสต์อยู่แล้ว เช่นเดียวกับผู้ผลิตขนมปังเปรี้ยวและผู้ผลิตเบียร์ : มันสามารถแปลงน้ำตาลในเมล็ดข้าวโพดให้เป็นเอทานอล ( SN: 9/19/17 )
แต่แตกต่างจากเมล็ดข้าวโพดที่มีน้ำตาลที่เข้าถึงได้ง่าย เตาข้าวโพดมีน้ำตาลที่จับกับลิกโนเซลลูโลส ซึ่งเป็นสารประกอบจากพืชที่ยีสต์ไม่สามารถย่อยสลายได้ การใช้กรดที่รุนแรงสามารถปลดปล่อยน้ำตาลเหล่านี้ได้ แต่กระบวนการสร้างสารพิษที่เรียกว่าอัลดีไฮด์ซึ่งสามารถฆ่ายีสต์ได้
แต่ทีมของ Lam มีแนวคิดในการเปลี่ยนอัลดีไฮด์ให้เป็นสิ่งที่ทนต่อยีสต์ได้ นักวิจัยรู้อยู่แล้วว่าการปรับคุณสมบัติทางเคมีของสภาพแวดล้อมที่กำลังเติบโตของยีสต์ พวกเขาสามารถปรับปรุงความทนทานต่อแอลกอฮอล์ ซึ่งเป็นอันตรายต่อความเข้มข้นสูงได้เช่นกัน ด้วยเหตุนี้ Lam และเพื่อนร่วมงานจึงได้ค้นพบยีนยีสต์ที่เรียกว่าGRE2ซึ่งช่วยเปลี่ยนอัลดีไฮด์ให้เป็นแอลกอฮอล์ ทีมงานสุ่มสร้างยีสต์ประมาณ 20,000 สายพันธุ์ โดยแต่ละตัวมีGRE2 เวอร์ชันดัดแปลงพันธุกรรมที่แตกต่าง กัน จากนั้นนักวิจัยได้วางกลุ่มของตัวแปรไว้ในขวดที่มีอัลดีไฮด์ที่เป็นพิษเพื่อดูว่ายีสต์ชนิดใดจะอยู่รอดได้
หลายสายพันธุ์รอดชีวิตจากถุงมือได้ แต่มีหนึ่งสายพันธุ์ที่มีอำนาจเหนือกว่า ด้วยGRE2 รุ่นที่ผ่านการทดสอบการต่อสู้นี้ นักวิจัยพบว่ายีสต์ของขนมปังที่ผ่านการดัดแปลงสามารถผลิตเอธานอลจากเตาข้าวโพดที่ผ่านการบำบัดเกือบได้อย่างมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับจากเมล็ดข้าวโพด ยิ่งไปกว่านั้น ยีสต์สามารถสร้างเอทานอลจากวัสดุที่เป็นไม้อื่นๆ ได้ เช่น ฟางข้าวสาลีและหญ้าสวิตช์ ( SN: 1/14/14 ) “เรามีสายพันธุ์เดียวที่สามารถทำได้ทั้งหมดนี้” Lam กล่าว
สายพันธุ์นี้แก้ไขความท้าทายที่สำคัญในการหมักเอทานอลจากวัสดุที่มีเส้นใย เช่น เตาข้าวโพด Balan กล่าว แต่ “ยังมีการปรับปรุงอีกมากมายที่จะต้องเกิดขึ้นเพื่อให้เทคโนโลยีนี้ใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์” เขากล่าวเสริม เช่น ความท้าทายด้านลอจิสติกส์ในการเก็บเกี่ยว การขนส่ง และการจัดเก็บข้าวโพดหุงต้มในปริมาณมาก
“มีหลายส่วนที่เคลื่อนไหวได้สำหรับปัญหานี้” แลมรับทราบ แต่เขาคิดว่าการค้นพบของทีมของเขาสามารถช่วยเริ่มต้น “ท่อส่งพลังงานหมุนเวียน” ซึ่งควบคุมแหล่งเชื้อเพลิงที่ยั่งยืนและใช้งานไม่ได้ เขากล่าวว่าวิสัยทัศน์คือการท้าทายรัชสมัยของเชื้อเพลิงฟอสซิลบาคาร่าเว็บตรง
