Почему целлюлоза устойчива к разложению? Новое исследование приближает нас к экономичным биотопливам

Основное препятствие для рентабельного производства биотоплива и многих ценных химикатов — сложность разрушения целлюлозы, важного структурного компонента клеточных стенок растений. Новое исследование охарактеризовало молекулярные особенности, делающие целлюлозу устойчивой к деградации.

Впервые выявлены структурные различия между поверхностными слоями и кристаллическим ядром двух типов целлюлозы в клеточных стенках растений. Эти данные могут помочь разработать эффективные и экономичные стратегии расщепления целлюлозы для производства возобновляемой энергии и других промышленных применений.

Молекулярное понимание устойчивости целлюлозы — ключевой шаг к преодолению основного барьера для конкурентоспособности биотоплива. Однако остаются вопросы о структуре целлюлозы, особенно её поверхностных слоёв и кристаллического ядра.

Чтобы восполнить этот пробел, исследователи из Вашингтонского университета, EMSL (Environmental Molecular Sciences Laboratory) и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории разработали новую высокоразрешающую методику — Total Internal Reflection Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy (TIR-SFG-VS). Её объединили с обычной не-TIR SFG-VS для характеристики молекулярных структур поверхностных слоёв и кристаллической массы целлюлозы соответственно. Эксперименты проводились на установке Sum Frequency Generation for Surface Vibrational Spectroscopy в EMSL (пользовательский объект Управления науки Министерства энергетики США).

Результаты впервые показали структурные различия между поверхностными слоями и кристаллическим ядром целлюлозы.

Выявив конформацию и неоднородность целлюлозы, результаты ставят под сомнение традиционное понимание её структуры и демонстрируют ценность мощных спектроскопических инструментов для углубления знаний о целлюлозе.