2023年1月6日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物所微生物蛋白設(shè)計(jì)與智造創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所合作，開(kāi)發(fā)了一種利用玉米秸稈高效生物合成人造淀粉和單細(xì)胞蛋白的新技術(shù)，進(jìn)一步降低了人造淀粉的生產(chǎn)成本，為糧食生產(chǎn)提供了新的途徑。相關(guān)研究成果以“Biosynthesis of artificial starch and microbial protein from agricultural residue”為題在線發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊 Science Bulletin （Q1，IF: 20.577）上。

農(nóng)科院生物所張偉研究員和中科院天津工生所張以恒研究員和馬延和研究員為論文共同通訊作者，農(nóng)科院生物所徐欣欣副研究員為論文第一作者。

本研究創(chuàng)建了一種使用現(xiàn)有且豐富的農(nóng)業(yè)廢棄物（玉米秸稈）高效合成人造淀粉和微生物蛋白的新技術(shù)，利用包含纖維素降解酶和淀粉合成酶的體外多酶分子體系，與釀酒酵母進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，可以把玉米秸稈中的纖維素高效酶水解合成人造淀粉，同時(shí)在有氧條件下低成本發(fā)酵生產(chǎn)微生物蛋白。

這種新方法首次創(chuàng)建了從商業(yè)化纖維素酶中去除β-葡萄糖苷酶的高效纖維素降解及纖維二糖生成技術(shù)，能有效控制和降低纖維素酶成本，同時(shí)利用底物穿梭效應(yīng)減少產(chǎn)物抑制，提高纖維素酶水解能力。而且，整個(gè)生物制造過(guò)程中無(wú)需輔酶和能量輸入，沒(méi)有糖損失以及設(shè)備投資小，為滿足人造淀粉和微生物蛋白生物合成的經(jīng)濟(jì)性要求提供了可能。

動(dòng)物試驗(yàn)表明，人工直鏈淀粉的消化導(dǎo)致血糖水平緩慢且相對(duì)較小的變化，這表明它可能是一種預(yù)防肥胖和糖尿病的新型保健食品成分。

結(jié)論

這項(xiàng)研究中，纖維素消化率達(dá)到了89.0%，遠(yuǎn)高于預(yù)處理玉米秸稈最初的14.7%；根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一公噸玉米秸稈可以生產(chǎn)93.75公斤淀粉和80.75公斤蛋白質(zhì)；微生物蛋白是在有氧條件下合成的，使用好氧發(fā)酵可以將微生物蛋白質(zhì)產(chǎn)量提高 5-10 倍；從農(nóng)業(yè)廢棄物中生產(chǎn)人工飼料（即人工淀粉和微生物蛋白）的酶成本降低了大約 1,000,000 倍。

為了滿足未來(lái)的全球糧食安全和可持續(xù)性需求，該研究提出了一種開(kāi)箱即用的解決方案，將這種生物精煉技術(shù)與農(nóng)業(yè)廢棄物的利用以及在邊際土地上種植專用生物質(zhì)多年生植物相結(jié)合。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.01.006