Regeneron ISEF 2025 大奖：BCHM038 - 利用酶进行可持续生物燃料生产

生物燃料是应对气候变化的关键，因为它可以作为化石燃料的低碳替代品，从而减少温室气体排放。高效地将废弃物转化为燃料可以促进循环经济，并以可持续的方式应对环境和能源挑战。本研究探索利用来自非微生物废弃物（例如植物叶片、种子和果皮）的酶，分解模拟的农业、家庭和咖啡废弃物，以生产生物燃料。提取淀粉酶、脂肪酶和纤维素酶等酶，通过泡沫分离富集，并研究其酶动力学。这些酶被固定在食品基质上，并使用朗缪尔和弗罗因德利希吸附模型进行表征。采用析因设计（2个水平，5个因子；90次实验）优化条件后，在受控生物反应器中考察了好氧和厌氧条件下的油提取。采用电凝聚和电氧化法澄清废弃物中的污泥，并对澄清后的油进行化学和酶促酯交换反应。在有氧条件下，模拟生活垃圾的油提取效率最高，增重显著，含油率也显著提高。相反，在厌氧条件下，咖啡渣的增重和含油率最高（30% w/w）。本研究通过统计响应面法 (RSM) 和中心复合设计 (CCD) 优化条件，研究了高产酶促酯交换反应。从垃圾中提取的油产率为 14–32%，其中 86% 转化为关键生物柴油成分 FAAE。使用近红外光谱 (NIRS) 分析 FAAE 的形成。采用 ASTM 铜氧化试验对最终富含 FAAE 的生物柴油进行了可行性测试。