จีน 'เปลี่ยน' ถ่านหินเป็นโปรตีน

ประชากรโลกที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ความต้องการอาหารเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งนำไปสู่ความต้องการโปรตีนสำหรับใช้เป็นอาหารสัตว์เพิ่มมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งประเทศจีนกำลังเผชิญกับปัญหาการขาดแคลนแหล่งโปรตีนอย่างร้ายแรง

แม้ว่าจะเป็นผู้นำระดับโลกในการผลิตสุกรและการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำมานานหลายปี แต่จีนยังคงพึ่งพาถั่วเหลืองนำเข้าสำหรับอาหารสัตว์เป็นอย่างมาก โดยมีการนำเข้าปีละประมาณ 100 ล้านตัน และมีอัตราการพึ่งพาสูงเกิน 80%

ดังนั้น การพัฒนาวิธีที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพในการผลิตโปรตีนคุณภาพสูงจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง และวิธีแก้ปัญหาที่มีแนวโน้มมากที่สุดอยู่ในชีววิทยาสังเคราะห์

มีหลายเส้นทางสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนทางชีวภาพ วิธีที่ง่ายที่สุดคือการแปลงผลิตภัณฑ์รองจากอุตสาหกรรมอาหารและการเกษตร เช่น เหล้าข้าวโพด ธัญพืชสำหรับกลั่น และฟางข้าว ให้เป็นผลิตภัณฑ์โปรตีนที่มีมูลค่าสูงขึ้นผ่านการเปลี่ยนแปลงด้วยจุลินทรีย์

อย่างไรก็ตาม การจัดหาและคุณภาพของผลิตภัณฑ์รองเหล่านี้ไม่เสถียร ส่งผลให้การผลิตทางอุตสาหกรรมเกิดความยากลำบาก

นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนพบวิธีต้นทุนต่ำในการเปลี่ยนถ่านหินให้เป็นโปรตีนสำหรับใช้เป็นอาหารสัตว์ (ภาพ: Shutterstock)

แนวทางที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการหมักในอุตสาหกรรมโดยใช้สารเคมีที่ผลิตพลังงานคือการใช้เมทานอล ซึ่งได้มาจากถ่านหินในราคาถูก

นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีชีวภาพอุตสาหกรรมเทียนจินแห่งสถาบันวิทยาศาสตร์จีน (CAS) นำโดยศาสตราจารย์อู๋ซิน กำลังวิจัยอยู่

ถ่านหินซึ่งมีปริมาณสำรองทั่วโลกประมาณ 107 ล้านล้านตัน สามารถแปลงเป็นเมทานอลได้โดยการแปรรูปถ่านหินเป็นก๊าซ “เมทานอลผสมกับน้ำได้ดี มีประสิทธิภาพในการหมักมากกว่าแก๊ส และไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์หมักพิเศษ” ศาสตราจารย์หวู่เขียนไว้ในบทความที่ตีพิมพ์ใน China Science Bulletin

ขณะนี้ทีมของเขาได้พัฒนาเทคโนโลยีที่ผลิตโปรตีนได้ราคาถูกกว่าการสังเคราะห์โปรตีนแบบดั้งเดิม ผลการวิจัยเหล่านี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Biotechnology for Biofuels and Bioproducts ซึ่งเป็นวารสารนานาชาติที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิ เมื่อวันที่ 17 พฤศจิกายน 2023

“การวิจัยการสังเคราะห์โปรตีนเซลล์จากเมทานอลเริ่มต้นขึ้นในช่วงทศวรรษ 1980 โดยมุ่งเน้นไปที่การคัดเลือกสายพันธุ์และการปรับกระบวนการผลิตให้เหมาะสมเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากต้นทุนที่สูง ผลิตภัณฑ์โปรตีนที่สังเคราะห์ด้วยเมทานอลจึงไม่สามารถแข่งขันกับโปรตีนจากถั่วเหลืองได้ และไม่ได้ผลิตในปริมาณมาก” ศาสตราจารย์หวู่กล่าวแนะนำในบทความ

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

จากนั้นโดยการลบยีนเฉพาะในสายพันธุ์ป่าของ Pichia pastoris พวกเขาสร้างยีสต์ที่สามารถทนต่อเมทานอลได้และเพิ่มประสิทธิภาพการเผาผลาญอย่างมีนัยสำคัญ เทคนิคนี้ช่วยส่งเสริมเป้าหมายในการแปลงเมทานอลเป็นโปรตีนได้อย่างมาก

"นักวิจัยประสบความสำเร็จในการมีน้ำหนักเซลล์แห้งและปริมาณโปรตีนดิบที่ 120 กรัมต่อลิตรและ 67.2% ตามลำดับ โดยใช้ Pichia pastoris ที่ดัดแปลง" และประสิทธิภาพการแปลงเมทานอลเป็นโปรตีนถึง 92% ของมูลค่าทางทฤษฎี” รายงานบนเว็บไซต์ CAS ระบุ

อัตราการแปลงที่สูงทำให้วิธีการผลิตโปรตีนนี้เป็นที่น่าสนใจทางเศรษฐกิจมาก

“วิธีนี้ไม่จำเป็นต้องใช้พื้นที่เพาะปลูก ไม่ได้รับผลกระทบจากฤดูกาลและสภาพอากาศ และมีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการหมักแบบดั้งเดิมหลายพันเท่า” ศาสตราจารย์หวู่กล่าวในรายงาน นอกจากนี้ ปริมาณโปรตีนในจุลินทรีย์ยังมีตั้งแต่ 40 ถึง 85 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งสูงกว่าปริมาณโปรตีนในพืชธรรมชาติอย่างมีนัยสำคัญ”

โปรตีนเหล่านี้ยังอุดมไปด้วยกรดอะมิโน วิตามิน เกลืออนินทรีย์ ไขมันและคาร์โบไฮเดรต ทำให้สามารถทดแทนปลาป่น ถั่วเหลือง เนื้อสัตว์และนมผงพร่องมันเนยได้บางส่วนในแอปพลิเคชันต่างๆ

ทีมวิจัยได้เริ่มดำเนินการวิจัยในระดับอุตสาหกรรม โดยผลิตโปรตีนเมทานอลสำหรับปศุสัตว์จำนวนหลายพันตัน ไม่มีการเปิดเผยพันธมิตรรายใดโดยเฉพาะ

โปรตีนจากจุลินทรีย์มีคุณค่าทางโภชนาการสูงและปราศจากสารก่อภูมิแพ้เช่นที่พบในโปรตีนถั่วเหลือง ทำให้เป็นแหล่งโปรตีนที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม มีผลิตภัณฑ์เพียงไม่กี่รายการในตลาดปัจจุบัน

บริษัท KnipBio ของสหรัฐอเมริกาได้ใช้สายพันธุ์ที่ผ่านการดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อผลิต KnipBio Meal ซึ่งเป็นโปรตีนอาหารคุณภาพสูงที่เทียบได้กับปลาป่นจากเมทานอล ผลิตภัณฑ์นี้ได้รับการรับรองความปลอดภัยจากสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาแห่งสหรัฐอเมริกา (FDA)

หัวหยู (ที่มา: SCMP)

แหล่งที่มา