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藻类生物质作为一种可替代的碳资源，由于其高石油生产效率和在食品中使用较少，近年来受到了人们的关注。石油生产后留下的藻渣通常被丢弃。这些残留物可以用来生产化学品，增加使用藻类生物质代替化石燃料的价值。一个日本研究小组利用海藻残留物作为一种新的碳资源来生产两种重要的化学物质:甲基乙酰丙酸和甲基乳酸。
今天生产的许多重要化学品都是从化石燃料中提取的。一个常见的例子是石油，它目前被用作燃料、取暖油和塑料生产的原材料。亚博网站下载目前，各种碳氢化合物都是从天然气中获得的，但对这两种碳源的依赖带来了一个问题——它们是有限的，而且正在迅速消耗。
作为一种替代方法，许多将木材和作物生物量中的碳水化合物转化为重要化学品的方法已经取得了巨大的成功。
然而，随着人口的不断增长，需要大量的农田来生产大量的作物生物量是不现实的。当任何闲置的农业用地都被优先开发用于粮食生产时，这一点尤其正确。因此，一段时间以来一直需要另一种选择。
微藻的单位时间产量非常高，近年来引起了人们的兴趣。与其他方法不同的是，它没有对农田的依赖，没有竞争利益。藻类被用来生产用于生产生物燃料的油和碳水化合物，但目前，藻类残留物被丢弃。将淀粉分子转化为其他化学物质的作用一直被忽视。
纤维素以前曾被用于生产乳酸酯或乙酰丙酸酯，日本研究人员开发了一种类似的方法来生产乳酸甲酯和乙酰丙酸甲酯。
研究人员采用了一种单锅合成方法，在160°C下，在各种选择性催化剂的存在下，用海藻-甲醇悬浮液合成24小时。采用超声法培养、离心、干燥、冷冻、悬浮于甲醇溶剂中。这一过程释放了包括淀粉在内的碳水化合物和油。
研究人员尝试并测试了不同的催化剂来生产这两种化学物质，使用所有的催化剂来生产甲基乙酰丙酸酯都有很高的产量。少量的乳酸甲酯也被生产出来，但数量不同。
这两种产品都是通过降解淀粉分子和藻类本身而产生的。葡萄糖单体通过解离糖苷键生成，然后通过[4+2]反醛反应转化为四糖和醛，或通过[3+3]反醛反应转化为1,3-二羟基丙酮和甘油醛。
[3+3]反应是热力学最稳定的反应，能生成乙酰丙酸甲酯。稳定性较低的[4+2]反应生成乳酸甲酯产物。反应的热力学稳定性是产率提高的主要原因。
根据使用的催化剂，乙酰丙酸甲酯的产量在33%到53%之间变化，而乳酸甲酯的最高产量仅为2%。结果表明，TfOH是最有效的乙酰丙酸甲酯催化剂。
结果与使用纤维素的类似方法有很大不同。在使用纤维素的生产过程中，除两种催化剂外，大多数催化剂都没有产生很多显著的效果。其中一种用于乙酰丙酸甲酯，另一种用于乳酸甲酯。乙酰丙酸甲酯和乳酸甲酯产量最高，分别为48%和27%。
从不同的原料生产这些化学品之间的差异是一个有趣的发现。亚博网站下载这表明，虽然纤维素和淀粉的化学性质相似，但纤维素和淀粉的反应活性是相当不同的，都是由葡萄糖单体组成的。
研究人员已经证明，藻类不仅可以用于生产石油，还可以作为生产重要化学物质的碳源。这使海藻生物量将来有可能取代化石燃料作为一种碳资源加以利用，从而减轻目前世界上正在经历的一些环境和资源压力。
来源:
“新碳资源的开发:从藻渣中生产重要化学品”- S. Yamaguchi等，科学报告，2017，DOI: 10.1038 / s41598 - 017 - 00979 - y
图片来源:Shutterstock / Chokniti Khongchum
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