Trong bối cảnh nhu cầu thức ăn chăn nuôi trên toàn cầu tiếp tục tăng cao, các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc đã phát triển một phương pháp đột phá để tạo ra protein bằng cách sử dụng methanol có nguồn gốc từ than với chi phí thấp và hiệu quả cao.
Đây là lần đầu tiên việc sản xuất protein từ than có tính khả thi về mặt kinh tế.
Dân số toàn cầu ngày càng gia tăng đã kéo theo nhu cầu về thực phẩm và protein để sử dụng trong thức ăn chăn nuôi. Trong bối cảnh đó, Trung Quốc đang phải đối mặt với tình trạng thiếu nguồn protein trầm trọng.
Mặc dù dẫn đầu thế giới về nuôi lợn và phát triển thủy sản trong nhiều năm, Trung Quốc vẫn phụ thuộc nhiều vào đậu nành nhập khẩu làm thức ăn chăn nuôi, với lượng nhập khẩu hàng năm khoảng 100 triệu tấn và tỷ lệ phụ thuộc vượt quá 80%.
Do đó, việc phát triển các phương pháp sản xuất protein chất lượng cao nhanh chóng, hiệu quả là rất quan trọng. Hiện tại giải pháp hứa hẹn nhất nằm ở công nghệ sinh học tổng hợp.
Có một số con đường để tổng hợp protein sinh học. Cách đơn giản nhất là chuyển đổi các sản phẩm phụ từ ngành công nghiệp thực phẩm và nông nghiệp, chẳng hạn như rượu ngâm ngô, ngũ cốc chưng cất và rơm rạ..., thành các sản phẩm protein có giá trị cao hơn thông qua quá trình biến đổi vi sinh vật. Tuy nhiên, những sản phẩm phụ này thường đã có công dụng rõ ràng, nguồn cung và chất lượng không ổn định khiến sản xuất công nghiệp gặp nhiều khó khăn.
Một cách tiếp cận khác liên quan đến quá trình lên men công nghiệp sử dụng hóa chất tạo ra năng lượng. Một ví dụ đáng chú ý là sử dụng methanol, chất có nguồn gốc rẻ tiền từ than, làm nguyên liệu thô.
Đây là những thành tựu mà các nhà khoa học từ Viện Công nghệ sinh học công nghiệp Thiên Tân thuộc Viện Khoa học Trung Quốc (CAS), do Giáo sư Wu Xin đứng đầu, đang nghiên cứu.
“Than, với trữ lượng toàn cầu khoảng 1,07 nghìn tỷ tấn, có thể được chuyển đổi thành methanol thông qua quá trình khí hóa than. Methanol trộn được với nước, mang lại hiệu quả cao trong quá trình lên men so với chất thể khí và do đó không cần sử dụng thiết bị lên men chuyên dụng,” Wu viết trong một bài báo đăng trên tạp chí China Science Bulletin.
Nhóm của ông hiện đã phát triển được công nghệ sản xuất protein rẻ hơn so với quá trình sinh tổng hợp protein truyền thống. Những phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Công nghệ sinh học cho nhiên liệu và sản phẩm sinh học đăng tải vào ngày 17/11/2023.
Chủng nấm men Pichia Pastoris, được sử dụng trong quá trình này, phát triển bằng cách sử dụng methanol. Nhưng vì methanol độc hại và có quá trình chuyển hóa phức tạp nên khoảng 20% trong số đó bị lãng phí. Nó biến thành carbon dioxide và nước thay vì được sử dụng để tổng hợp protein, làm giảm hiệu quả và tiết kiệm chi phí của quy trình.
“Nghiên cứu tổng hợp protein tế bào từ methanol bắt đầu từ những năm 1980, tập trung chủ yếu vào việc lựa chọn chủng và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Tuy nhiên, do chi phí cao, các sản phẩm protein tổng hợp methanol không thể cạnh tranh với protein đậu nành và chưa được sản xuất trên quy mô lớn,” ông Wu cho biết trong bài báo.
Để giải quyết vấn đề, đội ngũ của ông đã thu thập hơn 20.000 mẫu men từ các vườn nho, rừng và vùng đầm lầy trên khắp Trung Quốc. Từ những mẫu đó, họ đã xác định được các chủng có khả năng sử dụng hiệu quả các loại đường và rượu khác nhau làm nguồn carbon.
Và bằng cách loại bỏ các gen cụ thể trong chủng Pichia pastoris ban đầu, họ đã tạo ra một loại nấm men có khả năng chịu đựng methanol và hiệu quả trao đổi chất được tăng cường đáng kể. Kỹ thuật này đã thúc đẩy đáng kể mục tiêu chuyển đổi methanol thành protein.
Tỷ lệ chuyển đổi cao khiến phương pháp sản xuất protein này rất hấp dẫn về mặt kinh tế. “Quá trình này không cần đất canh tác, không bị ảnh hưởng bởi mùa vụ và khí hậu, đồng thời hiệu quả gấp hàng nghìn lần so với các phương pháp nông nghiệp truyền thống,” chuyên gia Wu chia sẻ trong bài báo.
Ông cho biết thêm: “Hơn nữa, hàm lượng protein trong vi sinh vật dao động từ 40 đến 85%, cao hơn đáng kể so với thực vật tự nhiên”.
