10月30日，中国农业科学院饲料研究所与北京首钢朗泽新能源科技有限公司共同举办新闻发布会，宣布了他们合作研发团队近期取得的突破性进展：在国际上首次实现了从一氧化碳（CO）到蛋白质的合成，并已形成万吨级的工业生产能力。
同学们一定还记得，不久前，我国宣布首次通过二氧化碳人工合成淀粉，我们的《成长读本》介绍过这个科学原理。那么这次一氧化碳合成蛋白质的背后，又有什么科学知识和意义呢？
本期我们继续邀请杭州学军中学化学老师赵宇为我们解读。
利用发酵过程
22秒生物合成蛋白质
看到一氧化碳合成蛋白质，同学们一定想到了前不久二氧化碳合成淀粉的新闻。不过，这两个成果还是有很大区别的。
二氧化碳合成淀粉是在实验室完全人工合成的，这个过程里没有借助生物细胞，是用化学方法把无机物和简单的有机物制备成复杂的有机物，这在科学上叫“有机合成”。
而这次一氧化碳合成蛋白质，是“生物合成”。这是自然界最广泛的反应之一。例如大家熟悉的植物光合作用，就是把二氧化碳和水转变成葡萄糖的生物合成过程。
除了光合作用，微生物发酵也是生物合成的一大过程。我们日常喝的酒、酱油都是发酵产物，馒头也是发酵产物。
发酵是借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动，来制备微生物菌体、代谢产物或次级代谢产物。
这次的一氧化碳合成蛋白质，就是一个发酵过程。科研人员合成的乙醇梭菌蛋白，是以乙醇梭菌（一种自然界存在的菌种）生产的一种新型蛋白。
所以，从技术难度上来说，二氧化碳人工合成淀粉要难得多。
险些被丢弃的工业“废物”
竟是一块宝
数年前，首钢朗泽专注于气体生物发酵合成乙醇工艺研发。研究人员在中试产线上发现，在乙醇分离蒸馏过程中还有一种“麻烦的粘稠的物质”，于是就把它分离出来想要弄清楚其成分，首钢朗泽把样品送到了饲料所。
结果，饲料所赫然发现，这些险些被丢弃的粘稠物居然主要是蛋白质（乙醇梭菌蛋白）。
乙醇梭菌最早是1994年比利时科学家从兔子肠道分离出来的，一种可以从一氧化碳产生乙醇的厌氧菌。从前，关注能源的人都只关注它能生产乙醇，菌体被当做废弃物丢弃；而专注于蛋白研究的人，也主要集中在酵母、乳酸菌、微藻等传统被认为可食用菌种上。因此，乙醇梭菌蛋白在蛋白质领域长期“默默无闻”。
面对这个具有超常黏度的蛋白，饲料所研究团队开始琢磨：它能不能在低淀粉膨化饲料中发挥其功能？于是他们对乙醇梭菌蛋白的功能特性、营养价值、加工适宜性等做了系统研究，发现它的粗蛋白质含量可高达80%以上，18种氨基酸占蛋白质比例达到94%，为单纯蛋白质类型；10种必需氨基酸含量及其结构比例接近鱼粉，远优于豆粕。
饲料所研究团队找来多种养殖鱼类做实验，发现该产品非常适合用作鱼类饲料。
得知这一情况，饲料所与首钢朗泽决心联手攻关，把丢弃的“宝”捡回来。
历经6年研发和论证，从年产300吨到5000吨再到万吨级。
这是迄今国际上发现的最高效生物固碳/固氮生产模式。
蛋白“无中生有”
意义重大
一氧化碳合成蛋白质，有什么重大意义呢？
中国农科院饲料研究所所长戴小枫认为，生物合成饲料蛋白实现工业化生产的意义，在于有助于我国摆脱“大豆进口依赖综合征”和助力实现“碳中和”。
据测算，中国每年至少可产生约1.2万亿立方米富含CO的工业尾气，如将这些工业尾气采用生物发酵技术进行高效清洁利用，可年产乙醇梭菌蛋白1000万吨，用于替代鱼粉和大豆蛋白。
戴小枫说，以工业化生产1000万吨乙醇梭菌蛋白（蛋白含量83%）计，相当于2800万吨进口大豆当量，这相当于我国大豆年进口量的1/3。同时，人工合成蛋白还开辟了一条“低成本非传统动植物资源生产优质饲料蛋白质”的新途径，每生产1000万吨该蛋白，相当于减少二氧化碳排放2.5亿吨。
国家粮食和物资储备局科学研究院首席研究员李爱科认为，该成果最大的亮点在于“以微生物蛋白生产来破解蛋白质短缺难题”。
我国从20世纪80年代就将“微生物蛋白生产”列为研究课题，国际上也长期研究从碳化合物合成蛋白的问题，但一直都没能实现产业化，而联合研发团队正是让这一构想成为现实。李爱科说，对我国而言，如果能实现人工合成蛋白更大规模的产业化，将对我国饲料蛋白供应、粮食安全等意义重大。
中国农业科学院生物技术研究所研究员林敏将该成果与生物固氮作了比较，他提出，国际上喜欢将生物固氮比喻成“空气面包术”，那么或许可以将不依赖植物的人工合成蛋白比作“铁罐里生产酒和肉”。
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