จีน 'เปลี่ยน' ถ่านหินเป็นโปรตีน

ประชากรโลกที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ความต้องการอาหารเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้ความต้องการโปรตีนสำหรับใช้เป็นอาหารสัตว์เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ประเทศจีนกำลังเผชิญกับปัญหาการขาดแคลนแหล่งโปรตีนอย่างรุนแรง

แม้ว่าจะเป็นผู้นำระดับโลก ในการผลิตสุกรและการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำมานานหลายปี แต่จีนยังคงพึ่งพาถั่วเหลืองนำเข้าสำหรับอาหารสัตว์เป็นอย่างมาก โดยมีการนำเข้าปีละประมาณ 100 ล้านตัน และมีอัตราการพึ่งพาสูงเกิน 80%

ดังนั้น การพัฒนาวิธีการผลิตโปรตีนคุณภาพสูงอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง และทางออกที่มีแนวโน้มมากที่สุดอยู่ที่ชีววิทยาสังเคราะห์

มีหลายเส้นทางในการสังเคราะห์โปรตีนชีวภาพ วิธีที่ง่ายที่สุดคือการแปลงผลิตภัณฑ์รองจากอุตสาหกรรมอาหารและ การเกษตร เช่น เหล้าข้าวโพด ธัญพืชสำหรับกลั่น และฟางข้าว ให้เป็นผลิตภัณฑ์โปรตีนที่มีมูลค่าสูงขึ้นผ่านการแปลงสภาพด้วยจุลินทรีย์

อย่างไรก็ตาม การจัดหาและคุณภาพของผลิตภัณฑ์รองเหล่านี้ไม่เสถียร ส่งผลให้การผลิตทางอุตสาหกรรมเกิดความยากลำบาก

นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนค้นพบวิธีต้นทุนต่ำในการเปลี่ยนถ่านหินให้เป็นโปรตีนสำหรับใช้เป็นอาหารสัตว์ (ภาพถ่าย: Shutterstock) — นักวิทยาศาสตร์ ชาวจีนค้นพบวิธีต้นทุนต่ำในการเปลี่ยนถ่านหินให้เป็นโปรตีนสำหรับใช้เป็นอาหารสัตว์ (ภาพถ่าย: Shutterstock)

แนวทางที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการหมักในอุตสาหกรรมโดยใช้สารเคมีที่ผลิตพลังงานคือการใช้เมทานอล ซึ่งได้มาจากถ่านหินในราคาถูก

นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีชีวภาพอุตสาหกรรมเทียนจินแห่งสถาบันวิทยาศาสตร์จีน (CAS) นำโดยศาสตราจารย์อู๋ซิน กำลังวิจัยอยู่

ศาสตราจารย์หวู่เขียนไว้ในบทความที่ตีพิมพ์ใน วารสาร China Science Bulletin ว่า “ถ่านหินซึ่งมีปริมาณสำรองทั่วโลกประมาณ 107 ล้านล้านตัน สามารถแปลงเป็นเมทานอลได้โดยการเปลี่ยนถ่านหินให้เป็นก๊าซ เมทานอลผสมกับน้ำได้ดี มีประสิทธิภาพในการหมักมากกว่าก๊าซ และไม่ต้องใช้อุปกรณ์หมักพิเศษ”

ปัจจุบันทีมงานของเขาได้พัฒนาเทคโนโลยีในการผลิตโปรตีนที่มีราคาถูกกว่าการสังเคราะห์โปรตีนแบบดั้งเดิม ผลการวิจัยดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในวารสารนานาชาติ Biotechnology for Biofuels and Bioproducts ที่ได้รับการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญ เมื่อวันที่ 17 พฤศจิกายน 2023

“การวิจัยเกี่ยวกับการสังเคราะห์โปรตีนเซลล์จากเมทานอลเริ่มขึ้นในช่วงทศวรรษ 1980 โดยเน้นที่การคัดเลือกสายพันธุ์และการเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม เนื่องด้วยต้นทุนที่สูง ผลิตภัณฑ์โปรตีนที่สังเคราะห์ด้วยเมทานอลจึงไม่สามารถแข่งขันกับโปรตีนถั่วเหลืองได้ และไม่ได้ผลิตในปริมาณมาก” ศาสตราจารย์หวู่กล่าวในบทความ

เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมของเขาได้เก็บตัวอย่างยีสต์มากกว่า 20,000 ตัวอย่างจากไร่องุ่น ป่าไม้ และพื้นที่ชุ่มน้ำทั่วประเทศจีน จากตัวอย่างเหล่านี้ พวกเขาระบุสายพันธุ์ที่สามารถใช้น้ำตาลและแอลกอฮอล์ต่างๆ เป็นแหล่งคาร์บอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึงยีสต์สายพันธุ์ Pichia pastoris

จากนั้น โดยการขจัดยีนเฉพาะในสายพันธุ์ป่าของ Pichia pastoris พวกเขาจึงสร้างยีสต์ที่ทนต่อเมทานอลได้และเพิ่มประสิทธิภาพการเผาผลาญได้อย่างมีนัยสำคัญ เทคนิคนี้ช่วยให้บรรลุเป้าหมายในการแปลงเมทานอลเป็นโปรตีนได้อย่างมาก

“นักวิจัยประสบความสำเร็จในการหาปริมาณน้ำหนักเซลล์แห้งและปริมาณโปรตีนดิบที่ 120 กรัมต่อลิตรและ 67.2% ตามลำดับ โดยใช้ Pichia pastoris ที่ดัดแปลง และประสิทธิภาพการแปลงเมทานอลเป็นโปรตีนถึง 92% ของค่าเชิงทฤษฎี” รายงานของ CAS ระบุ

อัตราการแปลงที่สูงทำให้วิธีการผลิตโปรตีนนี้เป็นที่น่าสนใจทางเศรษฐกิจมาก

“ไม่จำเป็นต้องใช้พื้นที่เพาะปลูก ไม่ได้รับผลกระทบจากฤดูกาลและสภาพอากาศ และมีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการหมักแบบเดิมหลายพันเท่า นอกจากนี้ ปริมาณโปรตีนของจุลินทรีย์ยังมีตั้งแต่ 40 ถึง 85 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งสูงกว่าปริมาณโปรตีนในพืชธรรมชาติอย่างมาก” ศาสตราจารย์วูกล่าวในรายงาน

โปรตีนเหล่านี้ยังอุดมไปด้วยกรดอะมิโน วิตามิน เกลืออนินทรีย์ ไขมันและคาร์โบไฮเดรต ทำให้สามารถทดแทนปลาป่น ถั่วเหลือง เนื้อสัตว์และนมผงพร่องมันเนยได้บางส่วนในแอปพลิเคชันต่างๆ

ทีมงานได้เริ่มดำเนินการวิจัยในระดับอุตสาหกรรม โดยผลิตโปรตีนเมทานอลจำนวนหลายพันตันเพื่อใช้เป็นอาหารสัตว์ โดยไม่ได้เปิดเผยชื่อพันธมิตรที่ชัดเจน

โปรตีนจากจุลินทรีย์มีคุณค่าทางโภชนาการสูงและปราศจากสารก่อภูมิแพ้ที่พบในโปรตีนจากถั่วเหลือง จึงทำให้เป็นแหล่งโปรตีนที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์เพียงไม่กี่รายการในตลาด

บริษัท KnipBio ของสหรัฐฯ ได้ใช้สายพันธุ์ที่ดัดแปลงพันธุกรรมในการผลิต KnipBio Meal ซึ่งเป็นโปรตีนอาหารสัตว์คุณภาพสูงที่เทียบได้กับปลาป่นจากเมทานอล โดยผลิตภัณฑ์นี้ได้รับการรับรองด้านความปลอดภัยจากสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐฯ (FDA)

หัวหยู (ที่มา: SCMP)

แหล่งที่มา