德国研究人员开发出一种可持续方法，利用可再生能源从微生物中生产蛋白质和维生素 B9。这种以酵母为基础的替代方法可以提供营养丰富的选择，而无需耕地，从而帮助应对全球粮食挑战。
德国研究人员发明了一种利用可再生能源从简单气体中生产蛋白质和维生素 B9 的技术，为全球粮食挑战提供了可持续的解决方案。上图展示了研究人员的实验装置。图片来源：Lisa Schmitz
德国研究人员开发出一种方法，只需向微生物提供少量氢气、氧气和二氧化碳，即可从微生物中获取蛋白质和维生素 B9 。该技术最近发表在 Cell Press 杂志《生物技术趋势》上，利用可再生能源生产可持续的、富含微量营养素的蛋白质替代品，未来可能会出现在我们的餐桌上。
“这是一个类似于啤酒酿造的发酵过程，但我们给微生物的不是糖，而是气体和醋酸盐，”德国图宾根大学的通讯作者 Largus Angenent 说：“我们知道酵母可以利用糖自己产生维生素 B9，但我们不知道它们是否可以利用醋酸盐产生同样的效果。”
应对日益严峻的粮食挑战的解决方案“全球人口即将达到 100 亿，随着气候变化和土地资源有限，生产足够的粮食将变得越来越困难，”Angenent 指出：“一种替代方案是通过生物技术在生物反应器中培养蛋白质，而不是种植农作物来喂养动物。这可以使农业更加高效。”
该团队设计了一个两阶段生物反应器系统，可以生产富含蛋白质和维生素 B9 的酵母。这种维生素也称为叶酸，对细胞生长和新陈代谢等身体功能至关重要。在第一阶段，细菌基伍嗜热厌氧杆菌将氢气和二氧化碳转化为醋酸盐，醋酸盐存在于醋中。在第二阶段，酿酒酵母（通常称为面包酵母）以醋酸盐和氧气为食，制造蛋白质和维生素 B9。氢气和氧气可以通过用风车等清洁能源产生的电能对水进行加热来生产。
与传统食品具有同等营养价值事实证明，以醋酸盐为食的酵母产生的维生素 B9 量与以糖为食的酵母产生的维生素 B9 量大致相同。只需 6 克（或 0.4 汤匙）收获的干酵母即可满足每日维生素 B9 需求。德国慕尼黑工业大学的合作作者 Michael Rychlik 领导的团队测量了维生素水平。
就蛋白质而言，研究人员发现，酵母中的蛋白质含量超过了牛肉、猪肉、鱼和扁豆。85 克（或 6 汤匙）酵母可满足每日蛋白质需求的 61%，而牛肉、猪肉、鱼和扁豆分别可满足 34%、25%、38% 和 38% 的需求。然而，酵母应该经过处理，以去除过量食用会增加痛风风险的化合物。即便如此，经过处理的酵母仍然可以满足每日蛋白质需求的 41%，与传统蛋白质来源相当。
应对环境和粮食安全挑战这项技术旨在解决几个全球性挑战：环境保护、粮食安全和公共卫生。该系统使用清洁能源和二氧化碳，减少了食品生产中的碳排放。它将土地使用与农业分离，释放出空间用于保护。 Angenent 还强调，它不会超越农民。相反，该技术将帮助农民集中精力可持续地生产蔬菜和农作物。该团队的酵母还可以通过提供蛋白质和维生素 B9 来帮助发展中国家克服粮食短缺和营养不足。
但在将研究团队的酵母作为蛋白质替代品从杂货店货架上拿走之前，Angenent 表示还有很多事情要做。他们计划优化和扩大生产，调查食品安全，进行技术和经济分析，并评估市场兴趣。
“我们可以同时以相当高的生产率生产维生素和蛋白质，而无需占用任何土地，这一事实令人兴奋，”Angenent 强调：“最终产品是素食/纯素食、非转基因和可持续的，这可能会吸引消费者。”
参考文献：“电能转化为维生素：利用微生物蛋白系统利用可再生电力和二氧化碳生产叶酸（维生素 B9）”，作者：Lisa Marie Schmitz、Nicolai Kreitli、Lisa Obermaier、Nadine Weber、Michael Rychlik 和 Largus T. Angenent，2024 年 9 月 12 日，《生物技术趋势》。DOI：10.1016/j.tibtech.2024.06.014
这项工作得到了亚历山大·冯·洪堡基金会、德国联邦教育和研究部、诺和诺德基金会二氧化碳研究中心 (CORC)、SPRIND GmbH 和联邦教育和研究部的支持。
作者： Cell Press
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