China 'verandert' steenkool in eiwitten

De groeiende wereldbevolking heeft geleid tot een groeiende vraag naar voedsel, wat weer heeft geleid tot een groeiende vraag naar eiwitten voor gebruik in diervoeder. Vooral China kampt met een ernstig tekort aan eiwitbronnen.

Hoewel China al jarenlang een wereldleider is op het gebied van varkenshouderij en aquacultuur, is het land nog steeds sterk afhankelijk van geïmporteerde sojabonen voor diervoeder. De jaarlijkse import bedraagt ongeveer 100 miljoen ton en de afhankelijkheidsratio bedraagt meer dan 80%.

Daarom is het van groot belang om methoden te ontwikkelen om snel en efficiënt hoogwaardige eiwitten te produceren. En de meest veelbelovende oplossing ligt in de synthetische biologie.

Er zijn verschillende routes naar bio-eiwitsynthese. De eenvoudigste is om bijproducten uit de voedingsmiddelen- en landbouwindustrie , zoals maïsweekvloeistof, distillatiegranen en rijststro, om te zetten in hoogwaardigere eiwitproducten door middel van microbiële transformatie.

De aanvoer en de kwaliteit van deze bijproducten zijn echter onstabiel, waardoor industriële productie moeilijk is.

Chinese wetenschappers hebben een goedkope manier gevonden om steenkool om te zetten in eiwitten die gebruikt kunnen worden als diervoeder. (Foto: Shutterstock)

Een andere opvallende aanpak waarbij gebruik wordt gemaakt van energieproducerende chemicaliën voor industriële fermentatie, is het gebruik van methanol, dat goedkoop uit steenkool wordt gewonnen.

Dat is wat wetenschappers van het Tianjin Institute of Industrial Biotechnology van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) onderzoeken, onder leiding van professor Wu Xin.

"Steenkool, met een wereldwijde voorraad van ongeveer 107 biljoen ton, kan worden omgezet in methanol door middel van steenkoolvergassing. Methanol mengt goed met water, is efficiënter in fermentatie dan gas en vereist geen speciale fermentatieapparatuur", schreef professor Wu in een artikel gepubliceerd in het China Science Bulletin.

Zijn team heeft nu een technologie ontwikkeld om eiwitten te produceren die goedkoper is dan traditionele eiwitbiosynthese. De bevindingen werden op 17 november 2023 gepubliceerd in het peer-reviewed internationale tijdschrift Biotechnology for Biofuels and Bioproducts.

"Onderzoek naar de synthese van celeiwitten uit methanol begon in de jaren 80, met een focus op stamselectie en procesoptimalisatie. Vanwege de hoge kosten kunnen met methanol gesynthetiseerde eiwitproducten echter niet concurreren met soja-eiwit en zijn ze nog niet op grote schaal geproduceerd", aldus professor Wu in het artikel.

Om het probleem aan te pakken, verzamelde zijn team meer dan 20.000 gistmonsters uit wijngaarden, bossen en wetlands in heel China. Uit die monsters identificeerden ze stammen die verschillende suikers en alcoholen efficiënt als koolstofbron konden gebruiken, waaronder de giststam Pichia pastoris.

Door vervolgens specifieke genen in een wilde Pichia pastoris-stam uit te schakelen, creëerden ze een gist met methanoltolerantie en een aanzienlijk verbeterde metabolische efficiëntie. Deze techniek bracht het doel om methanol om te zetten in eiwitten aanzienlijk dichterbij.

"De onderzoekers bereikten met hun gemodificeerde Pichia pastoris een droog celgewicht en ruw eiwitgehalte van respectievelijk 120 g/l en 67,2%. En de omzettingsefficiëntie van methanol naar eiwit bereikte 92% van de theoretische waarde", aldus het CAS-rapport.

Door de hoge conversiegraad is deze methode van eiwitproductie economisch zeer aantrekkelijk.

"Het vereist geen landbouwgrond, is niet onderhevig aan seizoenen en klimaat, en is duizenden keren efficiënter dan traditionele fermentatiemethoden. Bovendien varieert het eiwitgehalte van de micro-organismen van 40 tot 85 procent, wat aanzienlijk hoger is dan dat van natuurlijke planten", aldus professor Wu in het artikel.

Deze eiwitten zijn bovendien rijk aan aminozuren, vitaminen, anorganische zouten, vetten en koolhydraten, waardoor ze vismeel, sojabonen, vlees en magere melkpoeder in uiteenlopende toepassingen gedeeltelijk kunnen vervangen.

Het onderzoeksteam is begonnen met onderzoek op industriële schaal en produceert duizenden tonnen methanoleiwit voor vee. De specifieke partner is niet bekendgemaakt.

Microbiële eiwitten zijn zeer voedzaam en bevatten geen allergenen die in soja-eiwitten voorkomen, waardoor ze een uitstekende bron van eiwitten zijn. Er zijn echter maar een paar producten op de markt.

Het Amerikaanse bedrijf KnipBio heeft genetisch gemodificeerde stammen gebruikt om KnipBio Meal te produceren, een hoogwaardig eiwit in diervoeders, vergelijkbaar met vismeel, uit methanol. Dit product heeft een veiligheidsgoedkeuring gekregen van de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA).

Hua Yu (Bron: SCMP)

Bron