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老技术“一氧化碳合成蛋白”能否提升现代粮食安全?

目前,业内相对认可该项技术在产业应用领域的发展前景,但是对于其能在多大程度上从战略层面缓解我国面临的粮食安全问题,专家们仅表示谨慎乐观。

图片来源:视觉中国

见习记者 | 朱恩民

编辑 | 翟瑞民

日前,中国农业科学院饲料研究所与北京首钢朗泽新能源科技有限公司联合宣布,其合作研发团队在国际上首次实现了从一氧化碳到蛋白质的一步工业化合成,并已形成万吨级的工业生产能力。

据悉,该项研究以含一氧化碳、二氧化碳的工业尾气和氨水为主要原料,将无机的氮和碳转化为有机的氮和碳,并制造出新型饲料蛋白资源——乙醇梭菌蛋白。

山东农业大学植物保护学院菌物系副教授王丽告诉界面12bet游戏注册,乙醇梭菌蛋白是一种微生物蛋白,区别于动物蛋白和植物蛋白。1994年,比利时科学家从兔子粪便中首次分离得到乙醇梭菌,此后研究者发现它可以作为发酵菌种。上述研究方原本是利用乙醇梭菌将一氧化碳等工业废气作为碳源发酵合成乙醇,乙醇梭菌蛋白只是此过程中产生的副产品,属于意外收获。

该项目首席科学家薛敏曾向媒体表示,蛋白质的天然合成通常要在植物或植物体内具有固氮功能的特定微生物体内通过自然循环实现,过程中涉及复杂的遗传表达、生化合成、生理调控等生命过程,反应缓慢,物质和能量的转化效率较低,最终积累的蛋白质含量低。而人工利用天然存在的一氧化碳和氮源(氨)大规模生物合成蛋白质,则不受此限。

中国农科院饲料所相关负责人表示,在对乙醇梭菌蛋白的营养价值等方面进行研究后,发现它的粗蛋白质含量可高达80%以上,18种氨基酸占蛋白质比例达到94%,10种必需氨基酸含量及其结构比例接近鱼粉、远优于豆粕,总体具有优异的饲料蛋白质原料特性。

今年8月,乙醇梭菌蛋白已获得农业农村部正式颁发新饲料证书,这也是国内第一个饲料原料的新产品证书。研究方介绍,该项目已经实现了生物合成乙醇梭菌蛋白中试的三年稳定生产,并于今年完成了万吨级蛋白产能的产线建设,未来还将进一步扩产,实现更大范围应用。

乙醇梭菌蛋白毕竟属于合成生物学领域的新型产品,其安全性能否得到保证?此前曾有专家担心如果炼钢铁使用的催化剂进入菌体蛋白,可能会产生毒害物质。

界面12bet游戏注册从浙江大学动物科学学院教授邵庆均处了解到,2018年北京首朗生物科技有限公司曾委托的团队做过乙醇梭菌蛋白在海水鱼黑鲷饲料中的应用有效性和耐受性评价。当时试验是用乙醇梭菌蛋白替代部分鱼粉,结论是“在特定试验条件下,乙醇梭菌蛋白是一种安全有效的新型蛋白源,替代黑鲷饲料中鱼粉的58.20%时,对其生长性能、抗氧化能力和消化酶活性等仍未见明显的不良影响,可显著降低氮磷排放量。”

王丽表示,乙醇梭菌蛋白的理论适用范围应该可以广泛应用于畜牧业、水产等饲料产品。不过,界面12bet游戏注册注意到,研究方拿到的饲料和饲料添加剂新产品证书,适用范围显示为鱼类,这意味着目前只能应用于鱼类还不能应用于畜禽等动物饲料中。

据中国科学报报道,中国农业科学院饲料研究所所长戴小枫日前称,一步生物合成饲料蛋白实现工业化生产有助于我国摆脱“大豆进口依赖综合征”和实现“碳中和”。

据测算,中国每年至少可产生约1.2万亿立方米富含一氧化碳的工业尾气,如将这些工业尾气采用生物发酵技术进行高效清洁利用,可年产乙醇梭菌蛋白1000万吨,替代鱼粉和大豆蛋白。

邵庆均对此表示,我国水产养殖饲料源主要包括植物蛋白动物蛋白和单细胞蛋白典型的植物蛋白以豆粕为代表,典型的动物蛋白以鱼粉为主但我国鱼粉和豆粕的产量不高,缺口很大,其他非常规蛋白饲料资源如单细胞蛋白开发,未来具有非常重要的意义。

据悉,目前,业内相对认可该项技术在产业应用领域的发展前景,但是对于其能在多大程度上从战略层面缓解我国面临的粮食安全问题,专家们仅表示谨慎乐观。

暨南大学生命科学技术学院教授张弓对界面12bet游戏注册表示,我国粮食安全主要集中在两个问题上,一个是碳水化合物从哪来?这个问题袁隆平院士已经解决了。另一个是蛋白质从哪来?这是一直以来最大的问题。目前,我国是世界上最大的大豆进口国,每年进口大豆约1亿吨。因此,科技部大力推动非常规蛋白饲料资源研究,以求缓解蛋白紧缺问题。

张弓表示,乙醇梭菌蛋白应用并不是现在的新发现,很早就有人研究乙醇梭菌发酵合成气(主要成分为一氧化碳、二氧化碳和氢气)后的菌体提取蛋白质作为饲料来使用,这次研究方等于是把生产装置做到了万吨级,但从学术和工程角度还说不上有多大的创新性,“并不是关键的卡脖子技术,只是说在前人的基础之上,灵机一动,把原来丢掉的东西捡了回来。”

山东省农业科学院作物研究所研究员楚秀生在接受@齐鲁晚报·齐鲁壹点采访时表示,“乙醇梭菌蛋白属于人工合成,因为要控制它的合成步骤,其内部结构上应该都是一致的,而在自然界中,作物合成蛋白是不一样的,每天日照长短不一样,温度不一样,导致蛋白质的大小也是有变化的。”这种人工合成的乙醇梭菌蛋白的氨基酸比较单一,但是人体和动物身体中有八种氨基酸本身是不能被合成的,是必须从食物中汲取的,所以,如果说要用乙醇梭菌蛋白作为饲料取代整个饲料产业,这不太可能。

另一方面,乙醇梭菌蛋白的经济性前景也需要进一步观察。张弓表示,乙醇梭菌蛋白是一种严格的厌氧菌,即在有氧的情况下不能存活,灭活细菌只需暴露于空气中,完全不需要成本,安全性也非常好,比酵母等传统的菌类蛋白源有着明显的优势。但另一个问题是,在其厌氧发酵的过程中也要有严格的厌氧工艺,这对工业设备要求较高,虽然市场上有成熟的成套设备,但价格较高,目前很多相关专利都掌握在国外同行手上,还得看最后综合折算的成本。

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