Получение белков на основе метанола. Возможности применения метанола в сельском хозяйстве

Синтетический протеин или микробиологическими белок (МБ) — белково-витаминный концентрат (БВК) — позволяет компенсировать недостаток белка,.необходимый для питания человека и животных. БВК могут быть синтезированы из нефтяного и газового сырья с использованием одноклеточных микроорганизмов — дрожжевых грибков, бактерий и водорослей.

В первых работах, проведенных во Франции, для получения БВК использовали газойлевые фракции и, в частности, дизельные топлива. Но в дальнейшем было показано, что целесообразнее использовать для этого м-парафины, метанол или этанол.

Содержание белка в бактериях зависит от типа микроорганизма: бактерии, дрожжи, плесень и т. д. Человек начал использовать микроорганизмы в пищевых целях еще в древности, он стал при­менять дрожжи в пивоварении и для выпечки хлеба, а бактерии для производства молочных продуктов, сыра, кефира и сметаны. В наше время возможность использования белков, выращенных микроорганизмами, для кормления животных и питания людей впервые была продемонстрирована в Германии в годы Первой мировой войны. Однако настоящая работа с МБ началась лишь в 1950-х годах, когда до руководителей нефтяной промышлен­ности дошли сведения о том, что при разложении белков под действием некоторых микроорганизмов могут получаться высоко­качественные белки, которые могут служить кормом для скота или пищевым источником для обеспечения людей продовольствием. Однако из-за опасений, что при использовании нефтепродуктов для получения МБ в животные корма могут попасть и там нака­пливаться канцерогенные соединения, нефтяное сырье заменили метанолом. В отличие от нефтяного сырья метанол не обладает канцерогенными свойствами, а с питательными водными раство­рами солей, используемыми в процессе, он образует гомогенный раствор и после завершения образования белковых продуктов метанол от них легко отделяется. Процесс бактериального бро­жения изучили во многих компаниях, в том числе в Shell, Mit­subishi, Hoechst, Phillips Petroleum и ICI. В течение некоторого времени, компания ICI эксплуатировала промышленную установку в английском городе Бирмингеме, которая ежегодно производила 70 000 т МБ, используя для этого 100 000 т метанола. Получен­ные бактеральные корма отличались очень высоким содержанием белка: высушенные клетки содержали до 80% белка, что намно­го выше, чем в продовольствии других типов, например в рыбе и сое. Поскольку структура бактерий была очень сложной, в бел­ках содержались аминокислоты различных типов, в частности аспарагиновая и глутаминовая кислоты, аланин, лейцин и лизин. Общее качество МБ, полученного из метанола с помощью про­цесса ICI, оценивалось весьма высоко; продукт продавался в ка­честве корма под названием Pruteen.

Метанол зарекомендовал себя не только как среда для выра­щивания микроорганизмов, но, как оказалось, он обладает спо­собностью значительно ускорять рост разнообразных растений. Для растений с метаболизмом типа СЗ, у которых первым продуктом фотосинтеза является трехуглерододный сахар, наблю­далась значительно более высокая продуктивность фотосинтеза, особенно в регионах с большой интенсивностью света, например в юго-западных штатах США. К растениям с СЗ-метаболизмом относятся, например, подсолнечник, арбуз, помидор, клубника, салат и баклажаны. После того как метанол распыляют на эти растения, он быстро поглощается листвой и превращается в С0₂, сахар, аминокислоты и другие структурные компоненты. Метанол, таким образом, можно использовать как концентрированный ис­точник углерода вместо С0₂ (1 мл жидкого метанола содержит столько же углерода сколько 2 000 000 мл воздуха).

Экономически оправданным и эффективным представляется применение метанола для ингибирования процесса фотодыхания: этот процесс обозначает поглощение растением кислорода, кото­рый конкурирует с поглощением С0₂ при фотосинтезе. Поглоще­ние кислорода приводит к расщеплению сахаров, что направляет процесс фотосинтеза в обратном направлении. Когда устьица кро­шечных пор, используемых растением для поглощения атмос­ферного С0₂, попадают под воздействие экстремальных условий, таких как яркое освещение и высокие температуры, то они за­крываются, сокращая тем самым поглощение С0₂, что в свою очередь приводит к ускоренному фотодыханию. В результате рост растения может приостановиться на несколько часов во время самого жаркого периода светового дня. Поэтому регулирование фотодыхания открывает путь к повышению эффективности фото­синтеза растений. Однако прежде чем строить какие-то предпо­ложения об использовании этого явления в широком масштабе, необходимы более подробные исследования влияния метанола на сложный механизм роста растений. Тем не менее, уже сейчас ясно, что метанол обладает большим потенциалом для улучшения продуктивности зерновых культур.

По мере увеличения населения планеты сельскому хозяйству, по-видимому, будет все труднее и труднее производить столько белка, сколько нужно для обеспечения потребности людей и животных. Опираясь на концепцию метанольной экономики, можно было бы увеличить белковые ресурсы путем производства МБ.