Китайские ученые из Тяньцзиньского института промышленной биотехнологии, входящего в состав Китайской академии наук, разработали уникальный метод производства обычного белого сахара (сахарозы). Делать это они решили не из традиционных сельскохозяйственных культур, таких как сахарный тростник или свекла, а из метанола — вещества, которое можно получить из углекислого газа (CO₂).
То есть буквально сахар будут делать из воздуха.
Ресурсы на пределе
Сегодня сахар производится преимущественно из сахарного тростника и свеклы. Однако эти культуры требуют огромных затрат ресурсов. Для выращивания тростника и свеклы необходимы большие площади пахотных земель, которые становятся дефицитными из-за роста населения и урбанизации. Кроме того, сельскохозяйственные культуры требуют значительных объемов воды, что особенно критично в условиях глобального изменения климата. К тому же выращивание и переработка растений занимает месяцы, а то и годы.
Несмотря на собственное производство сахара, Китай ежегодно импортирует около 5 миллионов тонн, чтобы покрыть внутренний спрос, который достигает 15 миллионов тонн в год. Очевидно, что традиционные методы производства сахара не могут полностью удовлетворить растущие потребности населения. Именно поэтому ученые начали искать альтернативные пути.
Сахар из метанола
Китайские химики предложили радикально новый подход, который может изменить правила игры в пищевой промышленности. Основой метода стала технология биотрансформации “в пробирке” — процесс синтеза полезных веществ с использованием ферментов вне живых организмов. В данном случае ученые смогли превратить метанол (C1-соединение, содержащее один атом углерода) в сложные сахара, включая сахарозу.
Метанол, используемый в процессе, можно получить из промышленных отходов или синтезировать из углекислого газа — основного парникового газа, способствующего изменению климата. Это делает новый метод не только экономически выгодным, но и экологически значимым, поскольку он способствует утилизации CO₂.
Суть процесса
Исследователи разработали систему биотрансформации, которая включает последовательное превращение метанола в сложные углеводы. На первом этапе из углекислого газа получают метанол. Этот шаг уже был успешно реализован другой китайской научной группой в 2021 году, когда ученые разработали метод превращения CO₂ в метанол при низкой температуре.
Далее следует биотрансформация метанола в сахар. С помощью ферментов ученые добились превращения метанола в сахарозу с высокой эффективностью. Коэффициент преобразования составил 86%, что означает, что почти весь исходный материал был использован по назначению.
Не только сахар
Разработанная система не ограничивается производством только сахарозы. Ученые также смогли синтезировать другие важные углеводы: Фруктозу — сладкий сахар, содержащийся в фруктах, который широко используется в пищевой промышленности. Крахмал — основной углевод картофеля и хлеба, необходимый для хранения энергии. Амилозу и амилопектин — компоненты крахмала, применяемые в пищевой и фармацевтической промышленности.
Целлобиозу и целлоолигосахариды — вещества, которые находят применение в производстве лекарств и пищевых добавок. Таким образом, технология открывает путь к созданию не только сахара, но и других важных продуктов, которые обычно получают из сельскохозяйственного сырья.
Комментарии (2)