Китайски изследователи са разработили новаторски метод за превръщане на метанол в бяла захар, известна като захароза, без да се използват земеделски земи или култури. Този метод би могъл един ден да помогне за превръщането на уловения въглероден диоксид в храна.
Новата система за биотрансформация не разчита на отглеждането на захарна тръстика или захарно цвекло. И двете култури изискват огромни количества земя и вода. Вместо това изследователите използват ензими, за да превърнат метанола, който може да бъде произведен от промишлени отпадъци или чрез химическа обработка на въглероден диоксид, в сложни захари.
„Изкуственото преобразуване на въглероден диоксид в храни и химикали предлага обещаваща стратегия за справяне с предизвикателствата, свързани както с околната среда, така и с населението, като същевременно допринася за въглероден неутралитет“, пишат учените.
Тази система не само произвежда захароза, но може да бъде адаптирана и за създаване на други важни въглехидрати като фруктоза и нишесте. Тези разработки са важна стъпка в производството на храни директно от химикали, като се заобикаля традиционното земеделие.
От нисковъглеродни химикали до сложни захари
Проучването е ръководено от екип от Института по индустриална биотехнология в Тиендзин, част от Китайската академия на науките (CAS). Те са използвали т.нар. ин витро биотрансформация (ivBT) – метод, при който с помощта на ензими се изграждат полезни молекули извън живите организми.
„Биотрансформацията in vitro (ivBT) се очертава като многообещаваща платформа за устойчиво биопроизводство“, пишат изследователите.
Захарозата се добива основно от захарна тръстика в тропическите страни и от захарно цвекло в страните с по-студен климат. Въпреки че Китай може да отглежда и двете, той все още внася около 5 милиона тона захар всяка година, за да задоволи годишното си търсене от 15 милиона тона, според неотдавнашна публикация на CAS в WeChat.
Тъй като селското стопанство е подложено на все по-голям натиск от изменението на климата и нарастващото население, изследователите спешно търсят по-ефективни и мащабируеми алтернативи за създаване на храна. Производството на захар директно от метанол, който от своя страна може да се произвежда от въглероден диоксид, е една от тези алтернативи.
Превръщане на въглеродни отпадъци в храна
През 2021 г. друг изследователски екип от Института по химическа физика в Далян (също под ръководството на CAS) създава нискотемпературен метод за превръщане на CO₂ в метанол. Това отваря вратите за превръщането на въглеродните отпадъци в суровина за производството на ценни химикали.
Въз основа на този пробив изследователите от Тиендзин разработват високоефективен път за преобразуване на метанол в захари чрез серия от бързи и нискоенергийни химични реакции. Те постигат впечатляващия коефициент на преобразуване от 86%.
Системата не само създава за първи път захароза с помощта на метанол, но и произвежда нишесте, използвайки по-малко енергия в сравнение с предишни техники. Учените твърдят, че този подход може да работи за широк спектър от сложни захари, а не само за тези, използвани за подслаждане.
Бъдеще без растения за храните и медицината
Чрез адаптиране на същата ivBT система екипът успява да произведе и фруктоза, амилоза, амилопектин, целобиоза и целоолигозахариди. Тези въглехидрати се използват не само в храните, но и във фармацевтиката и промишлеността.
„Заедно с това нашата система предоставя обещаващ, независим от растенията начин за de novo синтез на разнообразни по структура олигозахариди и полизахариди“, казват изследователите. Тези сложни захари са от съществено значение за всичко – от съхранението на енергия в организма до медицинското лечение.
„По този начин тази работа поставя основите на бъдещото разработване на гъвкави и въглеродно-негативни платформи за биопроизводство“, добавя екипът.
Въпреки това изследователите признават, че е необходима още работа, преди този метод да може да се използва в голям мащаб. Те планират да подобрят ефективността на ензимите и да направят системата по-стабилна и устойчива за промишлена употреба.
Статията е публикувана в Science Bulletin през май.
Източник: InterestingEngineering
