生物柴油是近年燃料界的新寵,但因生產成本高,貴油價令不少車主卻步。香港中文大學(中大)生命科學學院陳文博教授帶領的團隊成功研發一項新技術,只需從細菌中提取酶類作為催化劑,便可降低生物柴油的生產成本,打破再生燃料貴價的宿命,為車主們省錢之餘,亦推廣綠色生活,減少化石燃料造成的污染。

使用再生燃料有助實踐綠色運輸,紓緩全球暖化問題,生物柴油便是其一。它比化石燃料潔淨且有效,與傳統柴油混合使用,可減低引擎的廢氣排放。生物柴油由植物油或動物脂肪等食用油脂加以處理而成,傳統提煉方法會使用甲醇及催化劑,但生產過程涉及加熱程序,會產生廢水造成污染。

酶類猶如微型的引擎,驅動生命所需的各種化學過程,並可應用於藥物製造和其他日常使用化學品。相比傳統方法,使用酶催化生產生物柴油所需的能源較少,產生的污染亦較少。不過,由於製作酶催化劑的成本高昂,純化及固定化過程繁複而難以普及。

為突破現有技術限制,陳文博教授和團隊成員Bradley Heater博士、楊藻鋒博士及李明名博士經過多番試驗,成功發現一種新方法,可直接從細菌中提取分離酶類作為催化劑。蛋白質結晶的特性是可將細菌合成的酶固定在晶體內,新方法下,只須一個簡單步驟便能將晶體分離提取,大大簡化分離程序,降低成本之外,亦令提煉過程更穩定。

這項新技術的關鍵是運用特殊蛋白質Cry3Aa,它能在「蘇雲金芽孢桿菌」細胞內自然排序成為結晶體,並含有大量孔隙,足以容納細菌生產的酶分子。研究團隊發現,當Cry3Aa蛋白質與酶在同一細菌細胞內合成,這些Cry3Aa晶體便能將數以百萬計的酶分子收藏在小孔內,效果猶如一個「酶收納袋」。這些晶體能保護具有活性的酶分子免於提取過程中受破壞,方便純化。另外,團隊亦發現固定在蛋白晶體內的酶較為穩定,在廢食油轉為生物柴油的催化過程中可重覆使用。

在細菌細胞內產生的Cry3Aa晶體,將生物酶藏於晶體孔隙中。

Bradley Heater博士是研究論文的第一作者,他說:「是次研究最有趣之處是發現細菌的細胞可以製作並自動收集酶分子,毋須額外加工,我們只需要從細胞抽取晶體及酶催化劑成品。現階段,我們會集中研究用這種方法,生產能將廢食油轉化為生物柴油的酶類,而理論上此方法亦可用於生產其他種類的酶。」

在研究資助局和創新及科技基金的支持下,團隊未來將探討和開發一個生產可再生催化劑的多功能平台,用於生物柴油和日用化學品的製作。研究結果早前已刊登於《美國化學學會期刊》。全文可按參閱。

(左起)陳文博教授、Bradley Heater博士、楊藻鋒博士成功提取酶類以生產生物柴油。