近日，中国农业科学院棉花研究所李付广研究员团队，成功将棉花秸秆转变为微生物蛋白，为提升棉花秸秆的价值利用以及开发饲料蛋白质资源开辟了新的途径。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。
随着大农业观和大食物观的建立，构建多样化的食品供给体系成为确保粮食及重要农产品稳定安全供应的重要措施。2023年的数据显示，我国饲料消耗占粮食总消耗的53%，由于饲用蛋白资源的短缺，大豆进口依赖度超过80%，这严重限制了畜牧业的健康发展。将丰富的农业秸秆转化为蛋白质饲料被视为解决上述问题的有效手段之一。
棉花作为我国的关键经济作物，年种植面积约为4500万亩。棉花生物质主要由纤维、棉籽和棉秆组成，三者比例大约为1:1.5:5，其中棉秆所占比重最大。根据2024年的数据，中国棉纤维产量为616.4万吨，按照谷草比1:5计算，产生的棉花秸秆量约为3000万吨。目前，这些棉秸秆大多通过还田或焚烧处理，造成资源浪费。与其他农作物秸秆相比，棉花秸秆因具有较高的木质素含量而更难于转化利用。然而，通过采用生物合成与转化技术，将难以处理的棉秸秆转化为微生物蛋白，不仅能为畜牧业提供充足的蛋白质来源，还能促进棉花产业的可持续发展。
研究进一步揭示，棉花秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，其中纤维素和半纤维素占比达65%至85%。这两种成分水解后可产生葡萄糖和木糖，是微生物生产高附加值产品的理想原料。然而，能够有效利用木糖的微生物相对较少，因此找到能同时高效利用葡萄糖和木糖的微生物是实现秸秆水解液高效转化的关键因素之一。
该研究不仅分析了棉花秸秆不同部位木质纤维素的基本特性，评估了其作为生物质原料的潜力，还通过筛选多种微生物，找到了一种可以高效利用葡萄糖和木糖生产蛋白质的微生物底盘细胞，并通过发酵技术将棉花秸秆水解液转化为含70%蛋白质的微生物蛋白，最高产量可达5.74克/升，糖转化率为0.23克/克。理论上，依据这一工艺，每年可从我国的棉花秸秆中生产约250万吨蛋白质和100万吨碳水化合物，剩余的木质素残留物还可以进一步加工成腐殖酸和缓释化肥等产品，实现棉花秸秆全组分的综合利用，提高整体经济效益。
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。
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
