近日，記者了解到，中國農業科學院棉花研究所李付廣研究員團隊取得重要突破，成功把棉花秸稈轉化為微生物蛋白。這一成果為棉花秸稈的高值化利用以及飼料蛋白資源的開發開辟了全新路徑，相關研究成果已發表在生物質利用領域的知名期刊《生物資源技術》（Bioresource Technology）上。
2023年，我國飼料用量在糧食消耗中所占比例高達53%，然而飼用蛋白資源卻十分短缺。我國大豆進口依賴度超過80%，這嚴重制約了畜牧業的健康可持續發展。將豐富的農業秸稈資源轉化為飼用蛋白飼料，成為解決上述問題的可行辦法。
棉花作為我國重要的經濟作物，常年種植面積達4500萬畝。棉花生物質主要由纖維、棉籽和棉稈構成，三者比例約為1∶1.5∶5，其中秸稈生物量占比最大。2024年我國棉纖維產量為616.4萬噸，按照谷草比1∶5計算，棉花秸稈產生量約為3000萬噸。目前，棉秸稈主要的處理方式是還田和焚燒，這造成了資源的極大浪費。與其他禾本科類農作物秸稈相比，棉花秸稈具有木質化特性，其轉化利用難度更大。通過生物合成與生物轉化技術，將難以處理的棉秸稈轉化為微生物蛋白，不僅能為畜牧業提供充足的蛋白飼料，還將有力推動棉花產業的可持續發展。
棉花秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，其中纖維素和半纖維素約占65% - 85%。纖維素和半纖維素經水解后會產生葡萄糖和木糖，這兩種糖可被微生物轉化為多種高附加值產物。不過，自然界中多數微生物能夠利用葡萄糖，但能有效利用木糖的微生物較少。篩選可同時高效利用葡萄糖和木糖的微生物，是實現秸稈水解液高效轉化的關鍵因素之一。
該研究首先對棉花秸稈不同部位木質纖維素的基本特征進行了解析，進而評估了這些部位作為木質纖維素原料的潛力，為棉花秸稈的原料化利用奠定了理論基礎。研究團隊通過進一步篩選多種微生物，獲得了能夠高效利用葡萄糖和木糖合成蛋白質的高效底盤細胞。利用發酵技術，將棉花秸稈水解液轉化為了微生物蛋白，其蛋白質含量達到70%。這種蛋白氨基酸含量豐富，最高產量為5.74g/L，糖轉化率達到0.23g/g。通過物料平衡計算可知，1噸棉花秸稈可產生約84公斤蛋白和36公斤碳水化合物。從理論上來說，按照此工藝，我國每年的棉花秸稈可以產生約250萬噸蛋白和100萬噸碳水化合物。剩余的秸稈殘留物質主要為木質素，可進一步轉化為腐殖酸和化肥緩釋劑等，從而實現棉稈的全組分利用，提升棉稈轉化的整體經濟性。
該研究得到了國家自然科學基金和棉花生物育種與綜合利用全國重點實驗室自主課題等項目的支持。
