近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所研究員李付廣團隊成功將棉花秸稈轉(zhuǎn)化為微生物蛋白，為棉花秸稈高值化利用和飼料蛋白資源開發(fā)提供了新路徑。相關(guān)成果發(fā)表在《生物資源技術(shù)》（Bioresource Technology）上。
2023年，我國飼料用量占糧食消耗的53%，飼用蛋白資源短缺，大豆進口依賴度超80%，畜牧業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展受到嚴重制約。將豐富的農(nóng)業(yè)秸稈資源轉(zhuǎn)化為飼用蛋白飼料是解決上述問題的可行途徑。
棉花在我國常年種植面積4500萬畝。2024年我國棉花秸稈產(chǎn)生量約為3000萬噸。目前，棉秸稈主要的處理方式為還田和焚燒，造成了資源浪費。
但與其它禾本科類農(nóng)作物秸稈相比，棉花秸稈具有木質(zhì)化特性，其轉(zhuǎn)化利用更為困難。通過生物合成與生物轉(zhuǎn)化技術(shù)，將難以處理的棉秸稈轉(zhuǎn)化為微生物蛋白，不僅可以為畜牧業(yè)提供充足的蛋白飼料，而且將有力推動棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
棉花秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，纖維素和半纖維素約占65%～85%。纖維素和半纖維素經(jīng)水解后產(chǎn)生葡萄糖和木糖，兩者可被微生物轉(zhuǎn)化為多種高附加值產(chǎn)物。然而，自然界中多數(shù)微生物可以利用葡萄糖，但是可以有效利用木糖的微生物較少。篩選可同時高效利用葡萄糖和木糖的微生物是秸稈水解液高效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵之一。
該研究首先解析了棉花秸稈不同部位木質(zhì)纖維素的基本特征，進而評估了這些部位作為木質(zhì)纖維素原料的潛力，為棉花秸稈的原料化利用奠定了理論基礎(chǔ)。通過進一步篩選多種微生物，獲得了能夠高效利用葡萄糖和木糖合成蛋白質(zhì)的高效底盤細胞，經(jīng)過發(fā)酵技術(shù)將棉花秸稈水解液轉(zhuǎn)化為了微生物蛋白，蛋白質(zhì)含量達到70%。
該蛋白氨基酸含量豐富，最高產(chǎn)量為5.74g/L，糖轉(zhuǎn)化率達到0.23g/g。通過物料平衡計算得出，1噸棉花秸稈可產(chǎn)生約84公斤蛋白和36公斤碳水化合物。理論上，按照此工藝我國每年的棉花秸稈可以產(chǎn)生約250萬噸蛋白和100萬噸碳水化合物。剩余的秸稈殘留物質(zhì)主要為木質(zhì)素，可進一步轉(zhuǎn)化為腐殖酸和化肥緩釋劑等，以實現(xiàn)棉桿的全組分利用，提升棉桿轉(zhuǎn)化的整體經(jīng)濟性。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金和棉花生物育種與綜合利用全國重點實驗室自主課題等項目的支持。中棉所與鄭州大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士生鐘萍香為論文第一作者，李付廣和中棉所博士蔡成固為共同通訊作者。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.131797
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