科學匯｜不信不行！一氧化碳合成蛋白質，工業尾氣竟變成飼料！

錢江晚報

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小時新聞記者 鄭琳

10月30日，中國農業科學院飼料研究所與北京首鋼朗澤新能源科技有限公司共同舉辦新聞釋出會，宣佈了他們合作研發團隊近期取得的突破性進展：

在國際上首次實現了從一氧化碳（CO）到蛋白質的合成，並已形成萬噸級的工業生產能力。

同學們一定還記得，不久前，我國宣佈首次透過二氧化碳人工合成澱粉，我們的《成長讀本》介紹過這個科學原理。那麼這次一氧化碳合成蛋白質的背後，又有什麼科學知識和意義呢？

本期我們繼續邀請

杭州學軍中學化學老師趙宇

為我們解讀。

利用發酵過程

22

秒生物合成蛋白質

看到一氧化碳合成蛋白質，同學們一定想到了前不久二氧化碳合成澱粉的新聞。不過，這兩個成果還是有很大區別的。

二氧化碳合成澱粉是在實驗室完全人工合成的，這個過程裡沒有藉助生物細胞，是用化學方法把無機物和簡單的有機物製備成複雜的有機物，這在科學上叫“有機合成”。

而

這次一氧化碳合成蛋白質，是“生物合成”。這是自然界最廣泛的反應之一

。例如大家熟悉的植物光合作用，就是把二氧化碳和水轉變成葡萄糖的生物合成過程。

除了光合作用，微生物發酵也是生物合成的一大過程。我們日常喝的酒、醬油都是發酵產物，饅頭也是發酵產物。

發酵是藉助微生物在有氧或無氧條件下的生命活動，來製備微生物菌體、代謝產物或次級代謝產物。

這次的

一氧化碳合成蛋白質，就是一個發酵過程

。科研人員合成的乙醇梭菌蛋白，是以乙醇梭菌（一種自然界存在的菌種）生產的一種新型蛋白。

所以，

從技術難度上來說，二氧化碳人工合成澱粉要難得多

。

不過，這次成果中的一大亮點，是合成蛋白的原料之一為工業尾氣一氧化碳（CO）。而工業尾氣不僅成本極低，其來源也很是廣泛：包括鋼廠、鐵合金廠、電石廠等等，資源量非常豐富。

當然，生物合成蛋白不僅需要碳源，還需要氮源。首朗生物以鋼廠尾氣中的一氧化碳為碳源、氨水為氮源，經過最佳化的厭氧發酵工藝，只需要22秒就能快速轉化，高效產出乙醇和乙醇梭菌蛋白。

險些被丟棄的工業“廢物”

竟是一塊寶

一氧化碳合成蛋白質，來源於飼料所與首鋼朗澤的偶然結合。

飼料所飼料加工創新團隊首席科學家薛敏

講述了這個故事。

數年前，首鋼朗澤專注於氣體生物發酵合成乙醇工藝研發。研究人員在中試產線上發現，在乙醇分離蒸餾過程中還有一種“麻煩的粘稠的物質”，於是就把它分離出來想要弄清楚其成分，首鋼朗澤把樣品送到了飼料所。

結果，飼料所赫然發現，

這些險些被丟棄的粘稠物居然主要是蛋白質（乙醇梭菌蛋白）

。

乙醇梭菌最早是1994年比利時科學家從兔子腸道分離出來的，一種可以從一氧化碳產生乙醇的厭氧菌。從前，關注能源的人都只關注它能生產乙醇，菌體被當做廢棄物丟棄；而專注於蛋白研究的人，也主要集中在酵母、乳酸菌、微藻等傳統被認為可食用菌種上。因此，乙醇梭菌蛋白在蛋白質領域長期“默默無聞”。

面對這個具有超常黏度的蛋白，飼料所研究團隊開始琢磨：它能不能在低澱粉膨化飼料中發揮其功能？於是他們對乙醇梭菌蛋白的功能特性、營養價值、加工適宜性等做了系統研究，發現

它的粗蛋白質含量可高達80%以上，18種氨基酸佔蛋白質比例達到94%，為單純蛋白質型別；10種必需氨基酸含量及其結構比例接近魚粉，遠優於豆粕

。

飼料所研究團隊找來多種養殖魚類做實驗，發現該產品

非常適合用作魚類飼料

。

得知這一情況，飼料所與首鋼朗澤決心聯手攻關，把丟棄的“寶”撿回來。

歷經6年研發和論證，從年產300噸到5000噸再到萬噸級

。

這是迄今國際上發現的最高效生物固碳/固氮生產模式。

蛋白“無中生有”

意義重大

一氧化碳合成蛋白質，有什麼重大意義呢？

中國農科院飼料研究所所長戴小楓認為，生物合成飼料蛋白實現工業化生產的

意義，在於有助於我國擺脫“大豆進口依賴綜合徵”和助力實現“碳中和”

。

據測算，中國每年至少可產生約1。2萬億立方米富含CO的工業尾氣，如將這些工業尾氣採用生物發酵技術進行高效清潔利用，可年產乙醇梭菌蛋白1000萬噸，用於替代魚粉和大豆蛋白。

戴小楓說，

以工業化生產1000萬噸乙醇梭菌蛋白（蛋白含量83%）計，相當於2800萬噸進口大豆當量

，這相當於我國大豆年進口量的1/3

。同時，人工合成蛋白還開闢了一條“低成本非傳統動植物資源生產優質飼料蛋白質”的新途徑，

每生產1000萬噸該蛋白，相當於減少二氧化碳排放2.5億噸

。

國家糧食和物資儲備局科學研究院首席研究員李愛科認為，該成果最大的亮點在於“

以微生物蛋白生產來破解蛋白質短缺難題

”。

我國從20世紀80年代就將“微生物蛋白生產”列為研究課題，國際上也長期研究從碳化合物合成蛋白的問題，但一直都沒能實現產業化，而聯合研發團隊正是讓這一構想成為現實。李愛科說，

對我國而言，如果能實現人工合成蛋白更大規模的產業化，將對我國飼料蛋白供應、糧食安全等意義重大

。

中國農業科學院生物技術研究所研究員林敏將該成果與生物固氮作了比較，他提出，國際上喜歡將生物固氮比喻成“空氣麵包術”，那麼或許可以將不依賴植物的人工合成蛋白比作“

鐵罐裡生產酒和肉

”。

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