近日，中国农业科学院棉花研究所李付广研究员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。相关成果以“Characterization of cotton stalk as a lignocellulosic feedstock for single-cell protein production”为题发表在生物质利用知名期刊《生物资源技术（Bioresource Technology）》（中科院I区，IF=9.7）上。

树立大农业观、大食物观，构建多元化食物供给体系，是保障粮食和重要农产品稳定安全供给的客观要求和重要举措。2023年，我国饲料用量占粮食消耗的53%，饲用蛋白资源短缺，大豆进口依赖度超80%，畜牧业的健康可持续发展受到严重制约。将丰富的农业秸秆资源转化为饲用蛋白饲料是解决上述问题的可行途径。

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，三者的比例约为1:1.5:5，秸秆生物量占比最大。2024年我国棉纤维产量为616.4万吨，按照谷草比为1:5计算，棉花秸秆产生量约为3000万吨。目前，棉秸秆主要的处理方式为还田和焚烧，造成了资源浪费。与其它禾本科类农作物秸秆相比，棉花秸秆具有木质化特性，其转化利用更为困难。通过生物合成与生物转化技术，将难以处理的棉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，而且将有力推动棉花产业的可持续发展。

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%。纤维素和半纤维素经水解后产生葡萄糖和木糖，两者可被微生物转化为多种高附加值产物。然而，自然界中多数微生物可以利用葡萄糖，但是可以有效利用木糖的微生物较少。筛选可同时高效利用葡萄糖和木糖的微生物是秸秆水解液高效转化的关键之一。

该研究首先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木质纤维素原料的潜力，为棉花秸秆的原料化利用奠定了理论基础。通过进一步筛选多种微生物，获得了能够高效利用葡萄糖和木糖合成蛋白质的高效底盘细胞，经过发酵技术将棉花秸秆水解液转化为了微生物蛋白，蛋白质含量达到70%。该蛋白氨基酸含量丰富，最高产量为5.74 g/L，糖转化率达到0.23 g/g。通过物料平衡计算得出，1吨棉花秸秆可产生约84公斤蛋白和36公斤碳水化合物。理论上，按照此工艺我国每年的棉花秸秆可以产生约250万吨蛋白和100万吨碳水化合物。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，以实现棉杆的全组分利用，提升棉杆转化的整体经济性。

该研究得到了国家自然科学基金和棉花生物育种与综合利用全国重点实验室自主课题等项目的支持。中棉所与郑州大学联合培养硕士生钟萍香为论文第一作者，中棉所李付广研究员和蔡成固博士为共同通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.131797

棉花秸秆的木质纤维素特征解析及以其作为原料合成微生物蛋白