Dân số toàn cầu ngày càng tăng khiến nhu cầu về thực phẩm cũng không ngừng tăng theo, dẫn đến nhu cầu về protein để sử dụng trong thức ăn chăn nuôi cũng tăng cao. Đặc biệt, Trung Quốc đang phải đối mặt với tình trạng thiếu nguồn protein trầm trọng.
Dù dẫn đầu thế giới về sản xuất lợn và nuôi trồng 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. Và 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 có nguồn cung và chất lượng không ổn định khiến việc sản xuất công nghiệp gặp nhiều khó khăn.
Các nhà khoa học Trung Quốc tìm được phương pháp chi phí thấp để biến than thành protein để sử dụng làm thức ăn chăn nuôi. (Ảnh: Shutterstock)
Một cách tiếp cận đáng chú ý khác liên quan đến quá trình lên men công nghiệp bằng các hóa chất tạo ra năng lượng, là sử dụng methanol, chất có nguồn gốc rẻ tiền từ than.
Đây là những gì 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 dẫn đầu, đang nghiên cứu.
“Than, với trữ lượng toàn cầu khoảng 107.000 tỷ tấn, có thể được chuyển đổi thành methanol thông qua quá trình khí hóa than. Methanol trộn tốt với nước, mang lại hiệu quả cao trong quá trình lên men so với chất khí và không cần sử dụng thiết bị lên men chuyên dụng”, Giáo sư 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 quốc tế Công nghệ sinh học cho nhiên liệu sinh học và Sản phẩm sinh học, được bình duyệt vào ngày 17/11/2023.
“Nghiên cứu tổng hợp protein tế bào từ metanol 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”, Giao sư Wu giới thiệu trong bài báo.
Để giải quyết vấn đề, nhóm của ông đã thu thập hơn 20.000 mẫu men từ các vườn nho, khu 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, trong đó có chủng nấm men Pichia pastoris.
Sau đó, bằng cách loại bỏ các gen cụ thể trong chủng Pichia pastoris hoang dã, 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 mạnh mẽ mục tiêu chuyển đổi methanol thành protein.
“Các nhà nghiên cứu đã đạt được trọng lượng tế bào khô và hàm lượng protein thô lần lượt là 120g/lít và 67,2% với Pichia pastoris biến đổi của họ. Và hiệu suất chuyển đổi methanol thành protein đạt 92% giá trị lý thuyết”, báo cáo trên trang CAS cho biết.
Tỷ lệ chuyển đổi cao khiến phương pháp sản xuất protein này rất hấp dẫn về mặt kinh tế.
Giáo sư Wu cho biết trong bài báo: “Nó 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 lên men truyền thống. 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”.
Protein này cũng chứa đầy đủ các axit amin, vitamin, muối vô cơ, chất béo và carbohydrate, cho phép chúng thay thế một phần bột cá, đậu nành, thịt và sữa bột gầy trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Nhóm nghiên cứu đã bắt đầu các triển khai nghiên cứu trên quy mô công nghiệp, sản xuất hàng nghìn tấn protein methanol cho chăn nuôi. Đối tác cụ thể không được tiết lộ.
Protein vi sinh rất giàu dinh dưỡng và không có chất gây dị ứng như trong protein đậu nành, khiến chúng trở thành nguồn protein tuyệt vời. Tuy nhiên, hiện nay trên thị trường chỉ có một số sản phẩm.
Công ty KnipBio của Mỹ đã sử dụng các chủng biến đổi gen để sản xuất KnipBio Meal, một loại protein thức ăn chất lượng cao có thể so sánh với bột cá, từ methanol. Sản phẩm này đã nhận được sự chấp thuận an toàn từ Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA).
