新加坡国立大学 由副教授颜宁(左)和助理教授周康(右)领导的新加坡国立大学研究团队已经开发出一种综合的上行循环工艺，从废料中生产高价值的氨基酸
学分:新加坡国立大学 甲壳类动物的壳和木材废料，如从树上修剪下来的树枝，通常会被填埋
在新加坡国立大学研究人员开发的一种新方法的帮助下，这些废料被赋予了新的生命，成为营养补充剂和药物
由新加坡国立大学工程学院化学与生物分子工程系副教授颜宁和助理教授周康领导的一个研究小组发明了一种将虾和螃蟹的壳转化为左旋多巴的方法，左旋多巴是一种广泛用于治疗帕金森氏病的药物
类似的方法可以用来将木材废料转化为脯氨酸，这是形成健康的胶原蛋白和软骨所必需的
新加坡国立大学团队的转化方法可能会在化学工业中发挥关键作用，因为废物衍生化合物的运动一直在获得动力，以减少对不可再生化石燃料和耗能过程的依赖
从废物到有用的化学品 全球食品加工业每年产生多达800万吨的甲壳类动物壳废料
与此同时，新加坡在2019年产生了超过438，000吨的木材废料，其中包括从树上修剪下来的树枝和车间里的锯末
找到方法将这些食物和农业废料转化为有用的化合物，将会在不污染垃圾填埋场的情况下获得好处
尽管近年来废物再利用受到重视，但废物回收产生的典型化学品产量往往不如使用原油或天然气的传统化学合成管道多样化
为了克服这些限制，新加坡国立大学的研究人员想出了一个将化学方法和生物过程结合起来的途径
他们首先对废料进行化学处理，并将它们转化为一种可以被微生物“消化”的物质
第二步涉及一个生物过程，类似于将葡萄发酵成葡萄酒，他们设计了大肠杆菌等特殊菌株，将化学过程中产生的物质转化为氨基酸等更高价值的产品
新加坡国立大学的团队花了四年时间来开发他们的方法，并应用它以可持续的方式从可再生资源中获得高价值的化学物质
更便宜更快地生产有机化学品 传统上，左旋多巴是由左旋酪氨酸产生的，左旋酪氨酸是一种由发酵糖制成的化学物质
根据新加坡国立大学团队开发的方法，甲壳纲动物废物首先通过简单的化学步骤进行处理，使其被微生物用来生产左旋多巴
NUS方法的产量与使用糖的传统方法的产量相似
此外，与葡萄糖(最常用的糖，每吨价格在400至600美元之间)相比，虾废料每吨仅花费约100美元
鉴于低成本和丰富的贝壳废料，新加坡国立大学团队的过程有潜力以较低的成本提供左旋多巴
另一方面，脯氨酸通常是通过纯生物过程产生的
新加坡国立大学团队的独特方法现在已经通过使用化学过程取代了大多数转换，这要快得多
因此，新的集成流程可以实现更高的生产率，并有可能降低资本投资和运营成本
2020年3月25日，在《国家科学院院刊》(PNAS)上首次在线发表了关于从甲壳类动物壳中生产左旋多巴等氨基酸的研究，而在2020年7月27日的《Angewandte Chemie》上报道了从木材废料中生产脯氨酸的工作
“化学过程速度很快，可以利用各种恶劣的条件，如极热或极压来分解各种废物，因为不涉及活的生物体，但它们只能产生简单的物质
另一方面，生物过程要慢得多，需要非常特殊的条件才能让微生物繁殖，但却能产生价值更高的复杂物质
通过结合化学和生物过程，我们可以获得两者的好处，创造高价值的材料，”助理教授周解释说
其他类型废物的循环潜力 新加坡国立大学团队的方法有可能应用于不同类型的废料，他们可以根据废料类型和目标最终产品定制工艺
展望未来，该团队正在寻求将他们独特的工艺改造成其他形式的废物，如二氧化碳和废纸
这种发展将减少社会对不可再生资源获取化学物质的依赖，这些化学物质是当今许多营养补充剂和药物的重要成分
“我们新颖的化学-生物集成工作流程提供了生产各种高价值有机氮化学品的通用途径
虽然把两种不同的方法结合起来在理论上听起来很简单，但问题出在细节上
鉴于这些化学物质存在于大量具有商业价值的药物、色素和营养物质中，我们很高兴扩大我们的研究，并开发新的方法，从新加坡其他丰富的、当地可用的基质中生产附加值高的化学物质。”
该研究团队还计划扩大目前在他们实验室开发的工艺，并与工业合作伙伴一起将这项技术商业化
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