چین زغال سنگ را به پروتئین تبدیل می‌کند.

افزایش روزافزون جمعیت جهان منجر به افزایش مداوم تقاضای غذا شده است که در نتیجه نیاز به پروتئین در خوراک دام را نیز افزایش می‌دهد. به ویژه چین با کمبود شدید پروتئین مواجه است.

با وجود اینکه چین سال‌هاست در تولید گوشت خوک و آبزی‌پروری پیشرو جهان است، اما همچنان به شدت به سویای وارداتی برای خوراک دام وابسته است و سالانه حدود ۱۰۰ میلیون تن سویا وارد می‌کند و نرخ وابستگی آن بیش از ۸۰ درصد است.

بنابراین، توسعه روش‌هایی برای تولید سریع و کارآمد پروتئین‌های با کیفیت بالا بسیار مهم است و امیدوارکننده‌ترین راه‌حل در بیوتکنولوژی مصنوعی نهفته است.

چندین مسیر برای سنتز پروتئین‌های بیولوژیکی وجود دارد. ساده‌ترین آنها تبدیل محصولات جانبی صنایع غذایی و کشاورزی ، مانند مشروب ذرت، غلات تقطیر شده و کاه، به محصولات پروتئینی با ارزش بالاتر از طریق تبدیل میکروبی است.

با این حال، عرضه و کیفیت این محصولات جانبی متناقض است و تولید صنعتی را دشوار می‌کند.

دانشمندان چینی روشی کم‌هزینه برای تبدیل زغال سنگ به پروتئین برای استفاده در خوراک دام پیدا کرده‌اند. (تصویر: Shutterstock)

یکی دیگر از رویکردهای قابل توجه شامل فرآیندهای تخمیر صنعتی با استفاده از مواد شیمیایی برای تولید انرژی است که در آن از متانول، ماده‌ای ارزان‌قیمت که از زغال سنگ به دست می‌آید، استفاده می‌شود.

این همان چیزی است که دانشمندان موسسه بیوتکنولوژی صنعتی تیانجین تحت نظر آکادمی علوم چین (CAS) به رهبری پروفسور وو شین در حال تحقیق در مورد آن هستند.

پروفسور وو در مقاله‌ای که در بولتن علمی چین منتشر شد، نوشت : «زغال‌سنگ، با ذخایر جهانی تقریباً ۱۰۷ تریلیون تن، می‌تواند از طریق گازسازی زغال‌سنگ به متانول تبدیل شود. متانول به خوبی با آب مخلوط می‌شود و در مقایسه با گاز، راندمان بالایی در تخمیر ارائه می‌دهد و نیاز به تجهیزات تخمیر تخصصی را از بین می‌برد.»

تیم او اکنون فناوری‌ای را برای تولید پروتئین‌ها با هزینه‌ای کمتر از فرآیندهای سنتی بیوسنتز پروتئین توسعه داده است. این یافته‌ها در مجله بین‌المللی Biotechnology for Biofuels and Bioproducts، که در ۱۷ نوامبر ۲۰۲۳ مورد بررسی دقیق قرار گرفته است، منتشر شده است.

پروفسور وو در این مقاله معرفی کرد: «تحقیقات در مورد سنتز پروتئین‌های سلولی از متانول در دهه ۱۹۸۰ آغاز شد و عمدتاً بر انتخاب سویه و بهینه‌سازی فرآیند تولید متمرکز بود. با این حال، به دلیل هزینه‌های بالا، محصولات پروتئینی سنتز شده با متانول نمی‌توانند با پروتئین‌های سویا رقابت کنند و در مقیاس بزرگ تولید نشده‌اند.»

برای حل این مشکل، تیم او بیش از ۲۰،۰۰۰ نمونه مخمر را از تاکستان‌ها، جنگل‌ها و مرداب‌های سراسر چین جمع‌آوری کرد. از این نمونه‌ها، آن‌ها گونه‌هایی را شناسایی کردند که قادر به استفاده کارآمد از قندها و الکل‌های مختلف به عنوان منابع کربن بودند، از جمله گونه مخمر پیکیا پاستوریس.

متعاقباً، با حذف ژن‌های خاص در گونه وحشی پیکیا پاستوریس، آنها گونه‌ای مخمر با تحمل متانول ایجاد کردند که راندمان متابولیکی آن به طور قابل توجهی افزایش یافته است. این تکنیک هدف تبدیل متانول به پروتئین را تا حد زیادی پیش برده است.

در گزارش وب‌سایت CAS آمده است: «محققان با استفاده از پیکیا پاستوریس اصلاح‌شده خود، به ترتیب به وزن خشک سلول و محتوای پروتئین خام ۱۲۰ گرم در لیتر و ۶۷.۲ درصد دست یافتند. و راندمان تبدیل متانول به پروتئین به ۹۲ درصد از مقدار نظری رسید.»

نرخ تبدیل بالا، این روش تولید پروتئین را از نظر اقتصادی بسیار جذاب می‌کند.

پروفسور وو در این مقاله اظهار داشت: «این روش به زمین زراعی نیاز ندارد، تحت تأثیر فصول و آب و هوا قرار نمی‌گیرد و هزاران برابر کارآمدتر از روش‌های تخمیر سنتی است. علاوه بر این، میزان پروتئین موجود در میکروارگانیسم‌ها از ۴۰ تا ۸۵ درصد متغیر است که به طور قابل توجهی بالاتر از گیاهان طبیعی است.»

این پروتئین همچنین حاوی طیف کاملی از اسیدهای آمینه، ویتامین‌ها، نمک‌های معدنی، چربی‌ها و کربوهیدرات‌ها است که به آن اجازه می‌دهد تا حدی جایگزین پودر ماهی، سویا، گوشت و پودر شیر بدون چربی در کاربردهای مختلف شود.

این تیم تحقیقاتی، تحقیقات در مقیاس صنعتی را آغاز کرده و هزاران تن پروتئین متانول برای خوراک دام تولید می‌کند. شریک خاص این پروژه هنوز فاش نشده است.

پروتئین‌های میکروبی بسیار مغذی هستند و فاقد مواد حساسیت‌زای موجود در پروتئین‌های سویا می‌باشند، که آنها را به منبع عالی پروتئین تبدیل می‌کند. با این حال، در حال حاضر تنها تعداد محدودی از محصولات در بازار موجود است.

شرکت آمریکایی KnipBio از سویه‌های اصلاح‌شده ژنتیکی برای تولید KnipBio Meal، یک پروتئین خوراکی با کیفیت بالا و قابل مقایسه با پودر ماهی، از متانول استفاده کرد. این محصول تأییدیه ایمنی را از سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) دریافت کرد.

هوآ یو (منبع: SCMP)

منبع