จีน 'เปลี่ยน' ถ่านหินเป็นโปรตีน

ประชากรโลกที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ความต้องการอาหารเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้ความต้องการโปรตีนสำหรับใช้เป็นอาหารสัตว์เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ประเทศจีนกำลังเผชิญกับปัญหาการขาดแคลนแหล่งโปรตีนอย่างรุนแรง

แม้ว่าจีนจะเป็นผู้นำโลก ด้านการผลิตสุกรและการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำมายาวนาน แต่จีนยังคงพึ่งพาถั่วเหลืองนำเข้าสำหรับอาหารสัตว์เป็นอย่างมาก โดยมีการนำเข้าประมาณ 100 ล้านตันต่อปี และอัตราการพึ่งพาเกิน 80%

ดังนั้น การพัฒนาวิธีการผลิตโปรตีนคุณภาพสูงอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง และทางออกที่มีแนวโน้มมากที่สุดอยู่ที่ชีววิทยาสังเคราะห์

การสังเคราะห์โปรตีนชีวภาพมีหลายวิธี วิธีที่ง่ายที่สุดคือการแปลงผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมอาหารและ การเกษตร เช่น เหล้าหมักข้าวโพด ธัญพืชสำหรับกลั่น และฟางข้าว ให้เป็นผลิตภัณฑ์โปรตีนที่มีมูลค่าสูงขึ้นผ่านกระบวนการเปลี่ยนรูปด้วยจุลินทรีย์

อย่างไรก็ตาม การจัดหาและคุณภาพของผลิตภัณฑ์รองเหล่านี้ไม่มั่นคง ทำให้การผลิตทางอุตสาหกรรมเป็นเรื่องยาก

นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนค้นพบวิธีต้นทุนต่ำในการเปลี่ยนถ่านหินให้เป็นโปรตีนเพื่อใช้เป็นอาหารสัตว์ (ภาพ: Shutterstock) — นักวิทยาศาสตร์ ชาวจีนค้นพบวิธีต้นทุนต่ำในการเปลี่ยนถ่านหินให้เป็นโปรตีนเพื่อใช้เป็นอาหารสัตว์ (ภาพ: Shutterstock)

แนวทางที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการหมักในอุตสาหกรรมโดยใช้สารเคมีที่ผลิตพลังงานคือการใช้เมทานอล ซึ่งสกัดได้จากถ่านหินในราคาถูก

นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีชีวภาพอุตสาหกรรมเทียนจินแห่งสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน (CAS) นำโดยศาสตราจารย์อู๋ซิน กำลังทำการวิจัย

“ถ่านหินซึ่งมีปริมาณสำรองทั่วโลกประมาณ 107 ล้านล้านตัน สามารถเปลี่ยนเป็นเมทานอลได้โดยการแปรสภาพถ่านหินเป็นก๊าซ เมทานอลสามารถผสมกับน้ำได้ดี มีประสิทธิภาพในการหมักมากกว่าก๊าซ และไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์หมักแบบพิเศษ” ศาสตราจารย์อู๋ เขียนไว้ในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร China Science Bulletin

ปัจจุบันทีมของเขาได้พัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการผลิตโปรตีนที่มีต้นทุนต่ำกว่าการสังเคราะห์โปรตีนแบบดั้งเดิม ผลการวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารนานาชาติ Biotechnology for Biofuels and Bioproducts ซึ่งได้รับการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิ เมื่อวันที่ 17 พฤศจิกายน 2566

“งานวิจัยเกี่ยวกับการสังเคราะห์โปรตีนเซลล์จากเมทานอลเริ่มต้นขึ้นในช่วงทศวรรษ 1980 โดยมุ่งเน้นไปที่การคัดเลือกสายพันธุ์และการปรับปรุงกระบวนการเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากต้นทุนที่สูง ผลิตภัณฑ์โปรตีนที่สังเคราะห์ด้วยเมทานอลจึงไม่สามารถแข่งขันกับโปรตีนถั่วเหลืองได้ และไม่ได้ผลิตในปริมาณมาก” ศาสตราจารย์อู๋กล่าวในบทความ

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ทีมของเขาได้เก็บตัวอย่างยีสต์มากกว่า 20,000 ตัวอย่างจากไร่องุ่น ป่าไม้ และพื้นที่ชุ่มน้ำทั่วประเทศจีน จากตัวอย่างเหล่านี้ พวกเขาระบุสายพันธุ์ที่สามารถใช้น้ำตาลและแอลกอฮอล์ต่างๆ เป็นแหล่งคาร์บอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึงยีสต์สายพันธุ์ Pichia pastoris

จากนั้น โดยการสกัดยีนเฉพาะในสายพันธุ์ป่าของ Pichia pastoris พวกเขาจึงสร้างยีสต์ที่ทนต่อเมทานอลและเพิ่มประสิทธิภาพการเผาผลาญได้อย่างมีนัยสำคัญ เทคนิคนี้ช่วยให้บรรลุเป้าหมายในการเปลี่ยนเมทานอลเป็นโปรตีนได้อย่างมาก

“นักวิจัยประสบความสำเร็จในการทำให้น้ำหนักเซลล์แห้งและปริมาณโปรตีนดิบอยู่ที่ 120 กรัม/ลิตร และ 67.2% ตามลำดับ ด้วย Pichia pastoris ที่ผ่านการดัดแปลง และประสิทธิภาพการเปลี่ยนเมทานอลเป็นโปรตีนสูงถึง 92% ของค่าทางทฤษฎี” รายงานของ CAS ระบุ

อัตราการแปลงที่สูงทำให้วิธีการผลิตโปรตีนนี้มีความน่าสนใจทางเศรษฐกิจมาก

“ไม่จำเป็นต้องใช้พื้นที่เพาะปลูก ไม่ได้รับผลกระทบจากฤดูกาลและสภาพภูมิอากาศ และมีประสิทธิภาพสูงกว่าวิธีการหมักแบบดั้งเดิมหลายพันเท่า ยิ่งไปกว่านั้น ปริมาณโปรตีนของจุลินทรีย์ยังอยู่ในช่วง 40 ถึง 85 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งสูงกว่าปริมาณโปรตีนในพืชธรรมชาติอย่างมาก” ศาสตราจารย์อู๋กล่าวในงานวิจัยนี้

โปรตีนเหล่านี้ยังอุดมไปด้วยกรดอะมิโน วิตามิน เกลืออนินทรีย์ ไขมัน และคาร์โบไฮเดรต ทำให้สามารถทดแทนปลาป่น ถั่วเหลือง เนื้อสัตว์ และนมพร่องมันเนยได้บางส่วนในการใช้งานที่หลากหลาย

ทีมงานได้เริ่มดำเนินการวิจัยในระดับอุตสาหกรรม โดยผลิตโปรตีนเมทานอลหลายพันตันสำหรับอาหารสัตว์ ยังไม่มีการเปิดเผยชื่อพันธมิตรที่ชัดเจน

โปรตีนจากจุลินทรีย์มีคุณค่าทางโภชนาการสูงและปราศจากสารก่อภูมิแพ้ที่พบในโปรตีนถั่วเหลือง จึงเป็นแหล่งโปรตีนชั้นเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์เพียงไม่กี่ชนิดในท้องตลาด

บริษัท KnipBio ของสหรัฐอเมริกา ได้ใช้สายพันธุ์ดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อผลิต KnipBio Meal ซึ่งเป็นโปรตีนอาหารสัตว์คุณภาพสูงเทียบเท่าปลาป่น จากเมทานอล ผลิตภัณฑ์นี้ได้รับการรับรองความปลอดภัยจากสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาแห่งสหรัฐอเมริกา (FDA)

หัวหยู (ที่มา: SCMP)

แหล่งที่มา