Система на основе ферментов предлагает новый способ преобразования промышленных отходов или углекислого газа в сахарозу и другие сложные углеводы.
Китайские ученые создали метод превращения метанола в белый сахар.
Дэвид Геринг/flickr
Китайские исследователи разработали новаторский метод преобразования метанола в белый сахар, широко известный как сахароза, без использования сельскохозяйственных угодий и посевов. Этот метод может в будущем помочь превратить улавливаемый углекислый газ в продукты питания.
Новая система биотрансформации не требует выращивания сахарного тростника или сахарной свёклы. Обе эти культуры требуют огромных земельных и водных ресурсов. Вместо этого исследователи использовали ферменты для превращения метанола, который можно получить из промышленных отходов или путём химической обработки углекислого газа, в сложные сахара.
«Искусственное преобразование углекислого газа в продукты питания и химикаты представляет собой многообещающую стратегию решения как экологических, так и демографических проблем, одновременно способствуя достижению углеродной нейтральности», — пишут ученые.
Эта система производит не только сахарозу, но и может быть адаптирована для производства других важных углеводов, таких как фруктоза и крахмал. Эти разработки знаменуют собой важный шаг к производству продуктов питания непосредственно из химикатов, минуя традиционное сельское хозяйство.
От низкоуглеродных химикатов до сложных сахаров
Исследование проводилось группой учёных из Тяньцзиньского института промышленной биотехнологии, входящего в состав Китайской академии наук (CAS). Они использовали так называемую биотрансформацию in vitro (ivBT) – метод, позволяющий создавать полезные молекулы вне живых организмов с помощью ферментов.
«Биотрансформация in vitro (ivBT) оказалась весьма перспективной платформой для устойчивого биопроизводства», — пишут исследователи.
«В этой работе мы успешно разработали и внедрили систему [ivBT] для синтеза сахарозы из низкоуглеродных молекул», — заявили они.
Сахарозу получают в основном из сахарного тростника в тропических странах и из сахарной свёклы в более холодном климате. Хотя Китай может выращивать оба вида, он по-прежнему импортирует около 5 миллионов тонн сахара в год, чтобы удовлетворить свою годовую потребность в 15 миллионов тонн, согласно недавней публикации CAS в WeChat.
В условиях растущего давления на сельское хозяйство из-за изменения климата и роста населения исследователи в срочном порядке ищут более эффективные и масштабируемые альтернативы выращивания продуктов питания. Производство сахара непосредственно из метанола, который, в свою очередь, может быть получен из углекислого газа, — одна из таких альтернатив.
Превращение углеродных отходов в еду
В 2021 году другая исследовательская группа из Даляньского института химической физики (также входящего в состав CAS) разработала низкотемпературный метод превращения CO₂ в метанол. Это открыло путь к превращению углеродных отходов в сырье для производства ценных химических веществ, таких как сахара.
Опираясь на этот прорыв, исследователи из Тяньцзиня разработали высокоэффективный способ преобразования метанола в сахара с помощью серии быстрых низкоэнергетических химических реакций. Им удалось достичь впечатляющей степени превращения – 86%.
«В этом исследовании было создано несколько платформ ivBT для преобразования низкоуглеродных молекул, которые могут быть получены путем химического восстановления CO₂ или химико-биологической конверсии промышленных отходов, в высокоуглеродные (C≥12) сахара», — заявила группа.
Эта система не только впервые синтезировала сахарозу с использованием метанола, но и производила крахмал, потребляя меньше энергии, чем предыдущие методы. Учёные заявили, что этот подход может быть применим для широкого спектра сложных сахаров, а не только тех, которые используются для подслащивания.
Будущее продуктов питания и лекарств без растений
Адаптировав ту же систему ivBT, команда также смогла синтезировать фруктозу, амилозу, амилопектин, целлобиозу и целлоолигосахариды. Эти углеводы используются не только в пищевой промышленности, но и в фармацевтике и промышленности.
«Вместе наша система обеспечивает перспективный, независимый от растений путь синтеза de novo олигосахаридов и полисахаридов с разнообразной структурой», — заявили исследователи. Эти сложные сахара необходимы для самых разных процессов: от накопления энергии в организме до лечения.
«Таким образом, эта работа закладывает фундамент для будущего развития гибких и углеродно-отрицательных платформ биопроизводства», — добавила группа.
Однако исследователи также признали, что для широкомасштабного применения этого метода необходимы дополнительные исследования. Они планируют повысить эффективность ферментов и сделать систему более стабильной и надёжной для промышленного применения.
Статья была опубликована в журнале Science Bulletin в мае.
Sourse: interestingengineering.com
