变废为粮：科学家用玉米秸秆高效合成淀粉和蛋白

▲ 2023年4月26-28日，BDO研究院、生物降解材料研究院将在重庆举办“BDO与锂电材料NMP、PVDF产业论坛”，并将走访中润新材料、巴斯夫、川维化工、华陆新材、恩捷、双象、新宙邦。诚邀专家学者、上下游企业共同探讨BDO、NMP、PVDF等锂电材料的黄金赛道发展趋势。

人口增长和气候变化对粮食安全构成巨大挑战。人类正面临一个严重的问题：在不久的将来，我们将如何养活世界？本研究提出了一种开箱即用的解决方案，涉及从可用和丰富的农业残留物中高效生物合成人造淀粉和微生物蛋白作为新的饲料和食物来源。

近日，中国农业科学院生物技术研究所微生物蛋白设计与智造创新团队与国内相关科研单位合作，开发了一种利用玉米秸秆高效生物合成人造淀粉和单细胞蛋白的新技术，进一步降低了人造淀粉的生产成本，为粮食生产提供了新的途径。相关研究成果发表在《科学通报》（Science Bulletin）上。

全球人口的快速增长和气候变化将使人类面临粮食安全的巨大挑战。将农业废弃物资源高效转化为人造粮食则是缓解粮食危机，实现农业可持续发展的重要途径之一。合成生物技术的快速发展使人们打破自然合成路径，创建高效人工生物合成体系成为可能。

该研究创建了一种使用现有的农业废弃物（玉米秸秆）高效合成人造淀粉和微生物蛋白的新技术，利用包含纤维素降解酶和淀粉合成酶的体外多酶分子体系，与酿酒酵母进行生物转化，可以把玉米秸秆中的纤维素高效酶水解合成人造淀粉，同时在有氧条件下低成本发酵生产微生物蛋白。

这种新方法首次创建了从商业化纤维素酶中去除β-葡萄糖苷酶的高效纤维素降解及纤维二糖生成技术，能有效控制和降低纤维素酶成本，同时利用底物穿梭效应减少产物抑制，提高纤维素酶水解能力。而且，整个生物制造过程中无需辅酶和能量输入，没有糖损失以及设备投资小，为满足人造淀粉和微生物蛋白生物合成的经济性要求提供了可能。

在有氧条件下，使用体外无辅酶合成酶途径和面包酵母的单锅生物转化可以同时将稀硫酸预处理的玉米秸秆转化为人造淀粉和微生物蛋白。在酿酒酵母表面显示的不含β-葡萄糖苷酶的商业纤维素酶混合物加上含有纤维二糖磷酸化酶和马铃薯α-葡聚糖磷酸化酶的离体双酶复合物，显示出比市售富含β-葡萄糖苷酶的纤维素酶混合物更好的纤维素水解速率。

这是因为水解产物从固体纤维素原料到酵母的通道减轻了纤维素酶混合物的抑制。动物试验表明，人工直链淀粉的消化导致血糖水平的缓慢且相对较小的变化，这表明它可能是一种预防肥胖和糖尿病的新型保健食品成分。利用现有的农业残留物与从非食品生物质中生物合成淀粉和微生物蛋白质相结合，可以解决粮食-能源-水关系中迫在眉睫的粮食危机。

该研究得到国家重点研发计划合成生物学专项、中国农业科学院科技创新工程等项目的支持。

相关论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.01.006

猜您喜欢往期精选▼

转发文章，进生物基产业链交流群

1. 区域群
上海、广东、海南、京津冀生物降解材料和制品群2. 产品群PLA、PHA生物降解塑料交流群淀粉基材料交流群、生物基产业交流群纳米纤维素交流群、生物基呋喃新材料、HMF产业交流群
（扫码进群）