生物转化技术“点草成金”:棉花秸秆变身饲用蛋白

记者2月17日从中国农业科学院棉花研究所获悉,该所研究员李付广团队成功将棉花秸秆转化为微生物蛋白,为棉花秸秆高值化利用和饲料蛋白资源开发提供了新路径。相关成果日前发表在学术期刊《生物资源技术》上。 

  据农业农村部畜牧兽医局统计,2023年,我国饲料用量占粮食消耗的53%,饲用蛋白资源短缺。将丰富的农业秸秆资源转化为饲用蛋白饲料是解决这一问题的可行途径。 

  棉花是我国重要的经济作物,常年种植面积4500万亩。棉花生物质主要由纤维、棉籽和棉秆组成,三者比例约为1∶1.5∶5,秸秆的生物量占比最大。统计显示,2024年我国棉纤维产量为616.4万吨,按照比例计算,棉花秸秆产生量约为3000万吨。目前,棉花秸秆的主要处理方式为还田和焚烧,造成了资源浪费。 

  “与其他禾本科类农作物秸秆相比,棉花秸秆木质化程度更高,其转化利用更加困难。”李付广说,棉花秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,纤维素和半纤维素约占65%—85%。纤维素、半纤维素经水解后产生葡萄糖和木糖,两者可以被微生物转化为多种高附加值产物。自然界中多数微生物可以利用葡萄糖,然而可有效利用木糖的微生物较少。因此,筛选可同时高效利用葡萄糖和木糖的菌株,是秸秆水解后转化为微生物蛋白的关键。 

  研究团队解析了棉花秸秆不同部位木质纤维素的基本特征,进而评估了这些部位作为生物质原料的潜力,为棉花秸秆的原料化利用奠定了基础。通过筛选多种微生物,团队获得了能够高效利用葡萄糖和木糖合成蛋白质的酵母菌。经发酵,微生物将秸秆水解液转化为微生物蛋白,每升发酵液的微生物蛋白量为5.74克,且氨基酸含量丰富,每吨棉花秸秆可产生约84公斤微生物粗蛋白和36公斤碳水化合物。 

  “按照此工艺,我国每年产生的棉花秸秆可转化微生物蛋白约250万吨和碳水化合物约100万吨。剩余的秸秆残留物质主要为木质素,可进一步转化为腐殖酸和化肥缓释剂等,以实现棉秆的全组分利用,提升棉秆转化的整体经济性。”中国农业科学院棉花研究所副研究员蔡成固说,通过生物转化技术,将难以处理的棉花秸秆转化为微生物蛋白,不仅可以为畜牧业提供充足的蛋白饲料,而且还将有力推动棉花产业的可持续发展。作者:李禾 来源:科技日报