據香港《南華早報》網站報道,在全球對動物飼料的需求持續飆升之際,中國研究人員開發出利用從煤中提取的甲醇制造蛋白質的開創性方法,這種方法既便宜又高效。
報道稱,這是用煤炭生產蛋白質首次在經濟上變得可行。
隨著全球人口增長,對食品的需求也在增加,這導致用于動物飼料的蛋白質需求激增——特別是中國正面臨蛋白質資源短缺。
中國雖然多年來在生豬和水產養殖方面一直處于世界領先地位,但在動物飼料上卻嚴重依賴進口大豆,年進口量約為1億噸,對外依存度超過80%。
因此,研發快速且有效的高質量蛋白質生產方法非常重要,而最有希望的解決方案是生物技術合成。
另一種方法是利用產生能量的化學物質進行工業發酵。一個典型的例子是使用甲醇作為原材料,它能以低廉的成本從煤中提取。
這正是中國科學院天津工業生物技術研究所吳信研究員帶領的科學家團隊正在研究的內容。
報道稱,吳信在《科學通報》上發表的論文中寫道:“煤的全球儲量約為1.07萬億噸,煤可以通過煤氣化轉化為甲醇。甲醇與水混合良好,與氣體基質相比,發酵過程效率高,不需要專門的發酵設備。”
他的團隊已經開發出一種比傳統蛋白質生物合成成本更低的蛋白質生產技術。這項研究結果2023年11月17日發表在同行評議期刊《生物燃料與生物產品技術》上。
在這種蛋白質生產過程中使用的酵母菌株畢赤酵母是使用甲醇培養的。但由于甲醇本身具有生物毒性且代謝路徑復雜,約20%的甲醇會被浪費,轉化成了二氧化碳和水,而不是用于蛋白質合成,這降低了該過程的效率和成本效益。
吳信在論文中寫道:“使用甲醇合成細胞蛋白的研究始于20世紀80年代,主要集中在菌株選擇和生產工藝優化上。然而,由于成本較高,甲醇合成的蛋白質產品無法與大豆蛋白質競爭,沒有進行大規模生產。”
報道說,為解決上述問題,他的團隊從全國多個省份的葡萄園、森林、沼澤地等采集了2萬多份樣本,從中篩選獲得了可以高效利用多種糖源和低元醇等碳源的菌株。
通過敲除一種野生型畢赤酵母菌株中的特定基因,該團隊設計出一種甲醇耐受性和代謝效率顯著提高的酵母菌。這極大提高了從甲醇到蛋白質的定向轉化率。
報道稱,援引中國科學院網站上的一份報告寫道:“該研究實現了畢赤酵母菌體干重和粗蛋白含量分別達到120g/L和67.2%,甲醇-蛋白轉化效率達到理論值的92%!
高轉化效率使這種蛋白質生產方法在經濟上非常具有吸引力。
吳信在論文中寫道:“它不需要耕地,不受季節和氣候的影響,而且比傳統種植方式效率提高1000倍以上。此外,這些微生物中的蛋白質含量高達40%至85%,遠高于天然植物中的蛋白質含量。”
這些微生物的氨基酸組分齊全,還含有維生素、無機鹽、脂肪和碳水化合物,能夠在多種應用場景中部分代替魚粉、大豆、肉類和脫脂奶粉。
報道還說,目前,研究團隊已將這項成果嘗試投入應用,在企業實現了萬噸級工業化示范。
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