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瞭望|發掘微生物奧秘


錄入時間:2024-3-15 16:09:25
  若將我國每年四分之一的秸稈和林木生物質用于生產食用菌,可生產蛋白約3150萬噸,折合6億畝農田種植大豆所生產的蛋白
  高質量完成向微生物要熱量、要蛋白的重大戰略任務,需要著力研發真菌源蛋白產品、合成型替代蛋白產品、服務動植物生產的保障型產品
  將微生物種業提升至與動物、植物種業同等重要的地位
  11月20日上午,甘肅省甘南藏族自治州,卓尼縣食用菌種植示范基地冬季羊肚菌開播儀式在木耳鎮納尼村舉行。種植戶撒下第一把菌絲,標志著卓尼縣2022年冬季羊肚菌正式開播。
  2022年,卓尼縣食用菌種植示范基地計劃種植羊肚菌160座大棚,帶動全縣有條件、有意愿的農牧戶發展食用菌產業,拓寬農牧民增收渠道,增加農牧民收入。
  目前,包括羊肚菌在內的我國食用菌鮮品產量達4061萬噸,可提供約140萬噸優質蛋白質,相當于350萬噸大豆,總產值達3466億元。

  食用菌是微生物食品中的重要一類。此外,華中農業大學植物科學技術學院教授姜道宏、華中農業大學生命科學技術學院教授彭楠等專家認為,開發利用真菌源蛋白、合成型替代蛋白等微生物食品,是近年來全球農業科技競爭的重要領域。隨著我國微生物理論與技術進步,向微生物要熱量、要蛋白前景廣闊。


變農林廢棄物為食物
  微生物生長快、易于培養、所需生產空間小、蛋白含量高,可將農作物秸稈和林木生物質等農林廢棄物轉化為食品。我國作物生物量大,農林廢棄物產量大,目前這些廢棄物缺少有效利用途徑。中國熱科院生態循環農業團隊給出了答案:“吃”是最簡單直接有效的處理方式。
中國熱科院生態循環農業團隊圍繞“吃”的技術問題,將問題進一步分解為誰來吃、怎么吃來解決。誰來吃?食藥用菌是高效分解利用木質纖維素類物質的大型真菌,可以高效“吃”掉秸稈、木屑及園林廢棄物,可以提供高質量的農產品。幾年來,該研究團隊先后篩選出豬肚菇、秀珍菇、赤靈芝等10個適宜海南栽培的中高溫型食藥用菌。
  找到了菌種,還得解決怎么吃的技術問題,即如何提高食藥用菌對廢棄物的轉化效率。該研究團隊制定了農林廢棄物特性評價-基質配方優化-栽培技術研發-循環模式構建的全鏈條解決方案。目前這一食用菌循環農業新模式已在海南省多縣進行示范推廣,推動了食用菌循環農業快速發展。
  “若將我國每年四分之一的秸稈和林木生物質用于生產食用菌,可生產蛋白約3150萬噸,相當于7875萬噸大豆的蛋白總量,折合6億畝農田種植大豆所生產的蛋白!比A中農業大學經濟管理學院教授張露表示。
  華中農業大學食品科學技術學院副教授魏雪團認為,向微生物要食物,具有巨大研究價值和產業化潛力,也勢在必行。通過微生物細胞工廠合成蛋白質主料及關鍵風味、色澤、營養配料,并采用特殊配方和工藝可獲得微生物合成型替代蛋白肉產品,是向微生物要食物的重要途徑,也是國際科技和產業領域的熱點。
  魏雪團長期專注食品級微生物細胞工廠研究,建立了國際前沿的食品級芽胞桿菌合成生物學技術體系。要用于食品生產,必須降低微生物自身的發酵臭味。2022年初,魏雪團團隊通過基因編輯技術敲除了芽胞桿菌的一系列臭味基因,獲得了低異味的芽胞桿菌宿主,并且意外發現敲除臭味基因可顯著提高血紅素的產量,而血紅素是替代蛋白肉風味和色澤的決定性因素。

  “構建血紅素細胞工廠需要深入調控微生物細胞的代謝網絡。相信通過對微生物細胞工廠不斷深入的代謝改造,可以構建更加高效的血紅素細胞工廠,實現血紅素的工業化生產,解決替代蛋白肉產業的‘卡脖子’技術問題!蔽貉﹫F告訴記者。


全方位滲透食物鏈
  隨著微生物組學理論和技術的快速發展,基因編輯、合成生物學等新型技術和方法為人類改造乃至創造新型微生物資源提供了可能,可定制化設計和合成人工微生物,包括微生物肥料、環境修復劑、益生菌劑等,開發出更具營養價值的微生物蛋白和食物。
  彭楠說,目前最具市場前景的方向是,研發真菌源蛋白產品、合成型替代蛋白產品、服務動植物生產的保障型產品等。
  真菌源蛋白產品。真菌生長繁殖速度快,能將作物秸稈和林木生物質等廢棄物轉化為蛋白和熱量,且生產蛋白的效率高于動物。真菌源蛋白產品按用途可分為三類:直接食用,包括香菇、平菇等食用菌,其干物質的蛋白質含量約占22%~42%,且能提供8種必需氨基酸,為優質蛋白;為合成“人造肉”和“人造奶”等人造食物提供蛋白原料;為畜禽等動物飼養提供蛋白,替代植物蛋白。
  微生物合成型替代蛋白產品。我國是動物肉制品和奶制品生產和消費大國。傳統動物養殖方式面臨資源超載、環境污染、疫病多發、投入產出比低等諸多壓力;诮湍、藻類、芽孢桿菌等微生物細胞工廠,改善物質、能量代謝效率及產物性能,合成蛋白質主料及相關風味、色澤、營養配料,并采用特殊配方和工藝獲得的非動物源替代蛋白食品,成為“低碳”蛋白。
  保障動植物生產的微生物投入品。主要為微生物農藥和微生物肥料,以及動物疫苗和動物益生菌。
  淡水養殖是我國部分農村地區增收的重要途徑。一段時間以來,養殖戶通過大量投喂飼料實現增產,容易產生水體富營養化。經過多年研發,華中農業大學生命科學技術學院益生菌智造創新團隊研發的益生菌發酵飼料成套技術落戶淡水養殖大省湖北。
  “我們團隊提出養殖就是養水。團隊與水產企業合作,以優選的凈水微生物改善水體,以益生菌發酵飼料的使用提高飼料利用率和改善水產動物腸道健康,減少飼料投喂!币嫔窃靹撔聢F隊副教授趙述淼說,益生菌發酵飼料成套技術實現了水環境改善和產量提高雙贏,助力湖北農村致富增收。


加快微生物替代食品產業進程

  多位受訪專家認為,與動植物種質資源的研究相比,我國微生物資源開發和利用可加大研究轉化力度。
  “可以按照基礎研究+應用基礎研究+應用成果轉化三個層次,從平臺創新、專項攻關、人才引育、產業開發等方面加強微生物科技創新!比A中農業大學校長李召虎建議在微生物領域謀劃布局國家實驗室。加快微生物領域具有前瞻性、戰略性國家重大科技基礎設施的建設,支撐微生物領域共性關鍵技術突破、原創性研究。

  微生物產業擁有巨大開發潛力和廣闊發展前景,需及早布局推動農業微生物產業化。受訪專家建議,加快推進微生物替代食品開發技術標準、食品標簽、行業準入等領域的流程優化與管理改革,構建政府、市場、社會協同互補的微生物產業化新格局。支持市場主體牽頭承擔微生物創新中心等平臺建設工作,發揮科創企業在科技創新、供應鏈升級與產業化中的引領支撐作用。


來源:新華社

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