China 'verwerkt' steenkool in eiwitten.

De steeds groeiende wereldbevolking heeft geleid tot een constante stijging van de vraag naar voedsel, met als gevolg een overeenkomstige toename van de behoefte aan eiwitten in diervoeding. Met name China kampt met een ernstig eiwittekort.

Hoewel China al jarenlang wereldleider is in de varkensproductie en aquacultuur, blijft het land sterk afhankelijk van geïmporteerde sojabonen voor veevoer, met een jaarlijkse import van ongeveer 100 miljoen ton en een afhankelijkheidsgraad van meer dan 80%.

Het ontwikkelen van methoden voor de snelle en efficiënte productie van hoogwaardige eiwitten is daarom cruciaal. De meest veelbelovende oplossing ligt in de synthetische biotechnologie.

Er zijn verschillende manieren om biologische eiwitten te synthetiseren. De eenvoudigste is het omzetten van bijproducten uit de voedings- en landbouwindustrie , zoals maïssap, gedistilleerde granen en stro, in hoogwaardige eiwitproducten door middel van microbiële transformatie.

De aanvoer en kwaliteit van deze bijproducten zijn echter inconsistent, waardoor industriële productie lastig is.

Chinese wetenschappers hebben een goedkope methode ontdekt om steenkool om te zetten in eiwitten voor gebruik in diervoeding. (Afbeelding: Shutterstock)

Een andere opmerkelijke aanpak betreft industriële fermentatieprocessen waarbij chemicaliën worden gebruikt om energie op te wekken, met behulp van methanol, een goedkope stof die uit steenkool wordt gewonnen.

Dit is het onderwerp van onderzoek van wetenschappers van het Tianjin Institute of Industrial Biotechnology, onderdeel van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS), onder leiding van professor Wu Xin.

"Steenkool, met wereldwijde reserves van ongeveer 107 biljoen ton, kan via vergassing worden omgezet in methanol. Methanol mengt goed met water, wat een veel hogere efficiëntie oplevert bij fermentatie in vergelijking met gas en de noodzaak voor gespecialiseerde fermentatieapparatuur overbodig maakt," schreef professor Wu in een artikel dat werd gepubliceerd in het China Science Bulletin.

Zijn team heeft nu een technologie ontwikkeld om eiwitten te produceren tegen lagere kosten dan traditionele eiwitsynthese. Deze bevindingen werden gepubliceerd in het internationale tijdschrift Biotechnology for Biofuels and Bioproducts, na peer-review op 17 november 2023.

"Onderzoek naar de synthese van cellulaire eiwitten uit methanol begon in de jaren tachtig, waarbij de focus vooral lag op stamselectie en optimalisatie van het productieproces. Vanwege de hoge kosten kunnen met methanol gesynthetiseerde eiwitproducten echter niet concurreren met soja-eiwitten en worden ze niet op grote schaal geproduceerd," aldus professor Wu in het artikel.

Om het probleem op te lossen, verzamelde zijn team meer dan 20.000 gistmonsters uit wijngaarden, bossen en moerassen in heel China. Aan de hand van die monsters identificeerden ze stammen die in staat waren om verschillende suikers en alcoholen efficiënt als koolstofbronnen te gebruiken, waaronder de giststam Pichia pastoris.

Vervolgens creëerden ze, door specifieke genen in de wildtype Pichia pastoris-stam te verwijderen, een giststam met tolerantie voor methanol en een aanzienlijk verbeterde metabolische efficiëntie. Deze techniek heeft het doel om methanol om te zetten in eiwitten enorm bevorderd.

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

De hoge conversieratio maakt deze eiwitproductiemethode economisch gezien zeer aantrekkelijk.

Professor Wu stelde in het artikel: "Het vereist geen landbouwgrond, is niet afhankelijk van seizoenen en klimaat, en is duizenden keren efficiënter dan traditionele fermentatiemethoden. Bovendien varieert het eiwitgehalte in de micro-organismen van 40 tot 85%, aanzienlijk hoger dan dat van natuurlijke planten."

Dit eiwit bevat ook een volledig scala aan aminozuren, vitaminen, anorganische zouten, vetten en koolhydraten, waardoor het in diverse toepassingen gedeeltelijk vismeel, soja, vlees en magere melkpoeder kan vervangen.

Het onderzoeksteam is begonnen met grootschalige industriële toepassingen, waarbij duizenden tonnen methanolproteïne voor diervoeding worden geproduceerd. De specifieke partner is niet bekendgemaakt.

Microbiële eiwitten zijn zeer voedzaam en vrij van allergenen die in soja-eiwitten voorkomen, waardoor ze een uitstekende eiwitbron vormen. Er is echter momenteel slechts een beperkt aantal producten op de markt verkrijgbaar.

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

Hua Yu (Bron: SCMP)

Bron