我国首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成，形成万吨级工业产能，这一突破进展具有哪些重大意义？ 第2页

题目有一定的误导，大家要在看“热闹”的同时看下“门道”哈。

1，【首次】实现一氧化碳到蛋白这个宣传是不合适。

从一氧化碳到蛋白，是本研究所用菌株的特点，该菌株1994年由ABＲINI J 从兔粪便中分离，其特点就是：可以用一氧化碳作为底物。

2，本研究的优势在于改良菌株的合成效率

新闻上说

突破了乙醇梭菌蛋白核心关键技术，大幅度提高反应速度（22秒合成），创造了工业化条件下一步生物合成蛋白质收率最高85%的世界纪录。

具体手段可能是诱变，基因工程等方法（毕竟2013年José M已经解读了其基因组）。

3，很多人可能会和二氧化碳合成淀粉相比，但是其实这可以说是完全不同的两种内容，合成淀粉难了n个数量级。

一氧化碳合成蛋白质——发酵

二氧化碳合成淀粉——有机合成。

—————发酵—————

其实，提到从无机化合物到有机化合物这个过程，学化学的人会想到化学合成，而学生物的人会想到生物合成。

生物合成，是自然界最广泛的反应之一，尤其是植物和微生物广泛存在，比如大家最熟悉的光合作用，就是用植物或者微生物细胞，将二氧化碳和水固定下来形成有机物。

而发酵自然也是生物合成的一大过程，只不过很多时候，人们容易把发酵局限在了“分解、降解”领域，比如我们日常的酒、酱油都是发酵产物，就连我们的馒头一样是发酵的，可以说，发酵领域是生物学科下的一大门类，包括著名的茅台院士，也是做发酵的，领域是“白酒酿造工艺”。

其实，发酵的总体定义更应该是：

借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身、或者直接代谢产物或次级代谢产物的过程。

—————生物合成蛋白质—————

这次提到的从一氧化氮合成蛋白质，是个发酵过程，本质上就是生物合成。

研究人员采用的是乙醇梭菌。

我们刚好有他们发表的文章，如下，发表于《动物营养学报》的一篇文章

该文章的单位是新闻里提到的农科院和普朗生物公司，也有新闻中采访到的薛敏博士。

从薛敏研究员的专利来看

她主要从事的是饲料相关领域研究，这也和本次报道的合成蛋白质相关，因为蛋白质是饲料中的重要成分，也是衡量饲料品质的一大因素。在该文章，很好的为我们揭秘了这次新闻报道的内容：

我们从中可以得出

1，乙醇梭菌本身是一种发酵菌体( Clostridium autoethanogenum)，ABＲINI J于1994年发现，这是当年论文里的菌株（Archives of Microbiology，影响因子2.3，中科院4区）

2，乙醇梭菌本身可以用一氧化碳（CO）作为原料来进行液态发酵。

这在1994年ABＲINI J 发现该菌株的时候就报道了其特性，题目明确写着：

an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide

一种可以从一氧化碳产生乙醇的厌氧菌。

ABＲINI J 测试了其底物（substrates），发现可以用一氧化碳，氢气，二氧化碳等。

当用一氧化碳作为底物的时候，其合成产物效率

3，这种成分的应用价值在于：获得高蛋白质生物饲料原料乙醇梭菌蛋白。

由此，我们可以得出结论：新闻的研究并不是创造了新菌株，而是改造菌株，em，这是生物工程里的基本操作。

————课题组做了什么？————

这一点，我们只能从新闻中来管窥。

1，进行了细菌改造

中国农科院饲料所与北京首朗生物技术有限公司经多年联合攻关，突破了乙醇梭菌蛋白核心关键技术，大幅度提高反应速度（22秒合成），创造了工业化条件下一步生物合成蛋白质收率最高85%的世界纪录。

从这段新闻，我们可以看到，他们应该是对这个工程菌进行改造，提高了合成效率，当然具体改造过程，肯定是专利。

2，描述了生物工程概念

该项研究以含一氧化碳、二氧化碳的工业尾气和氨水为主要原料，“无中生有”制造新型饲料蛋白资源乙醇梭菌蛋白，将无机的氮和碳转化为有机的氮和碳，实现了从0 到1的自主创新，具有完全自主知识产权。

这段话的前半部分不用看，生物工程都是这么描述的，你甚至可以来形容任何一个生物过程，比如放屁对于人来说就是“无中生有”过程，因为你吸入的是氧气，最后在人体代谢后生成了二氧化碳。

后半段可以看一下，就是有知识产权。

而作者在那篇文章中也介绍到了和新闻一样的内容：生产一万吨乙醇可以获得1500吨菌体蛋白。

—————和合成淀粉区别？—————

大家容易将这个内容和合成淀粉进行比较。

但是，个人认为，这二者还是有区别的。

合成淀粉最大的优势在于，脱离了细胞的存在，直接用有机的办法来催化，这也是有机合成近些年来的重大突破，所以相关研究发表在了《Science》上。

反过来，你要是用生物学的手段来做，就没那么吸引力了，一个举世皆知的光合作用就可以满足你的需求，单细胞生物也可以光合作用啊，根本不需要什么有机合成，给点光和水加二氧化碳就满足了。

同样，人工合成氨难度很大，需要专门的工厂设备，可是自然界利用氮气的植物都有呢，比如根瘤菌。

反正，除了个别单质（比如碳），真的很少听说某种化合物生物无法代谢的。

而这次是一种发酵技术，通过一种菌种改进，提高了其合成蛋白效率，依然属于传统生物工程的一环。

如何评判，我相信聪明的你一定看得出来。

[1]魏洪城,郁欢欢,陈晓明,晁伟,邹方起,陈沛,郑银桦,吴秀峰,梁旭方,薛敏.乙醇梭菌蛋白替代豆粕对草鱼生长性能、血浆生化指标及肝胰脏和肠道组织病理的影响[J].动物营养学报,2018,30(10):4190-4201.

[2]ABＲINI J，NAVEAU H，NYNS E J，et al，Clostridium autoethanogenum，sp． nov．，an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide［J］． Archives of Microbiology，1994，161( 4) : 345－351．

[3]Bruno-Barcena, J. M.; Chinn, M. S.; Grunden, A. M. (2013)."Genome Sequence of the Autotrophic Acetogen Clostridium autoethanogenum JA1-1 Strain DSM 10061, a Producer of Ethanol from Carbon Monoxide".Genome Announcements.1(4): e00628-13–e00628-13.

仔细看了一下是科技日报的稿子，但最后一段写得简直如同儿戏：

以工业化生产1000万吨乙醇梭菌蛋白（蛋白含量83%）计，相当于2800万吨进口大豆（蛋白含量30%）当量，“不与人争粮、不与粮争地”，开辟了一条低成本非传统动植物资源生产优质饲料蛋白质的新途径，可减排二氧化碳2.5亿吨，节省耕地10亿亩（以平均亩产大豆300斤计）。

这一句话的前半段是有个背景的，9月15日，首钢集团给自己的通稿是这样的：

据测算，中国每年至少可产生约1.2万亿立方米富含CO的工业尾气，如将20%的工业尾气采用生物发酵技术进行高效清洁利用，可年产乙醇2000万吨，乙醇梭菌蛋白200万吨^[1]。

注意，这里是200万吨，科技日报是1000万吨，直接用的100%利用率。

不用说这个玩意儿，中国但凡能水电、风电、太阳能、核电100%发电利用率，甚至连那占比70%的火电都可以直接省掉，完美实现碳中和了，哪里还需要等个几十年。

我们且认为首钢开了几千年之后的挂，能够把逃逸的任何一个CO分子都抓回来吧。

但……科技日报都从来没有想过，这个技术的转化率有多少吧。包括其它的答主也没有分析它的转化率。

不过，他的宣传稿中，却隐藏了这样的信息。

富含CO的1.2万亿立方米工业尾气，什么是富含？

电炉制磷尾气中，CO含量高达85～95%；
电石炉炉气中，含CO70～90%；
钢铁纯氧顶吹炉气中，含CO70%左右；
小合成氨铜洗再生气中，含CO75%左右^[2]；

这里的富含，不给你预估高了，至少75%要有吧？

按照75%来算，1.2万亿立方米工业尾气，含有的CO正好是9000亿立方米。

标准大气压下的质量是11.25亿吨，其中含碳量4.82亿吨。

而它产生的乙醇1亿吨（9000万吨）左右，乙醇梭菌蛋白1000万吨。

乙醇碳含量52.2%，蛋白质的碳含量一般是50%～55%。

也就是说，可利用产物里面，含碳量大约是5000万吨左右。

转换过程中，没有其它的C源，符合C守恒。

可得转化率（或利用率）为：0.5/4.82×100%=10.37%

也就是说，在乙醇梭菌蛋白生产过程中，多达90%的尾气实际都没有利用上。通稿对于这些内容没有任何的信息，恐怕对于这90%的尾气，也没有回收利用的能力。

一味的质疑而不求证是不应该的，为了探寻这10%利用率的真相，回答完问题的几小时后，我查询了相关的文献^[3]。

发现，乙醇梭菌进行最关键的乙醇发酵过程中，有个乙酸的中间合成过程，主要是以下两个反应过程：

按照1式子，碳利用率50%。

按照2式，碳利用率33.3%。

而在合成过程中，转化率也完全达不到100%，较好的时候，能差不多有50%的转化率，较差的时候只有10%~20%。

所以，首钢进行工业化利用的时候，一氧化碳尾气的最终转化有机物的利用率在10%~20%是合理的。

所以，通过通稿计算出来的10.37%的数据，是没有任何的问题的。

蛋白质是在乙醇发酵的基础上产生的，利用率主要受到CO→CH3COOH的影响。

当然，我前面「转化率」的措辞并不准确，应该是CO中C的总利用率。

这个技术哪怕发展到天花板上，一氧化碳的尾气的碳中和率也只有50%。

《科技日报》的通稿中，2.5亿吨碳的减排，则是类似于这样计算出来的：

据测算，利用钢铁工业尾气每生产1吨燃料乙醇可实现二氧化碳减排1.9吨，燃料乙醇产品应用到汽油中还可实现二氧化碳二次减排1.5吨，综合二氧化碳减排量为3.4吨/吨乙醇^[4]。

且不说，是否有重复计算的嫌疑（本质上，如果乙醇年产量不变的情况下，转化出来的乙醇是替代了原来的乙醇，并不会改变最终的乙醇排放量。除非你产生多少乙醇，就完全让中国总产量多出来多少。但你产能多了，挤占了市场，可能其它厂家没人买，产能就少了）。

其次，哪怕按照1吨乙醇减排3.4吨（蛋白质我们等效来看待），5000万吨减排的也是1.7亿吨，根本达不到2.5亿吨。但如果再加上引进2800万吨大豆×2，就接近2.5亿吨的数据了。

反正不知道数据如何来的，就不根据这个猜测继续分析了。

最关键的是，最后作者竟然扯出了节省耕地10亿亩。

中国总共才20亿亩左右的耕地，你直接节省个10亿亩？

吹牛也不是这样吹的。

这个10亩他怎么算出来的？我只能想到他可能的3种天马行空的方式：

1、2800万吨大豆÷300斤，本来结果1.87亿吨，但是他把斤弄错成公斤，理应算成了1亿左右，但数量级又搞错了，所以弄成10亿亩。

2、不是可减少2.5亿吨二氧化碳排放嘛，里面含碳0.68亿吨左右，相当于1.2亿吨的蛋白质，又相当于4亿吨的大豆。按照前文一斤大豆剩两分碳的逻辑，再减一半2亿吨。这不出，再除以大豆的亩产，这不就和10亿亩耕地相当了吗。

3、减少2.5亿吨二氧化碳排放，转算出相当于1.5亿吨作用的一氧化碳，这一氧化碳当成大豆的重量的话，差不多就是10一亩耕地。

那么，你们觉得作者是按照哪一种方式计算的呢？

或许你们能帮忙想出一个比较合理的计算方式，圆一圆最后这一句话的逻辑呢。

1000万吨仅仅只能喂鱼的单细胞蛋白质，何德何能替代中国一半的耕地？

至于重大意义，10%的转化率，靠它解决碳中和不要想了。

如果能解决单细胞蛋白的毒理作用，并降低生产成本，那的确能改变些什么。

毕竟，乙醇和蛋白质差不多一亿吨的总产能，每年能有几千亿元的产值，而中国白酒每年的销售总额也是几千亿元。

即便不能达到100%尾气利用，但哪怕利用50%，以后也是一个大市场了。

未来有望产生一两个世界五百强，并出现一个大板块，用相关的概念不断割韭菜。

第一个想飞的是谁，不用多说了。

参考

1. ^ 首钢朗泽获中国第一张饲料原料新产品证书
2. ^ 朱文章. 工业废气中一氧化碳的利用[J]. 江苏化工, 1[1]朱文章. 工业废气中一氧化碳的利用[J]. 江苏化工, 1980(02):42-49.980(02):42-49.
3. ^ 徐惠娟. 合成气发酵梭菌C.autoethanogenum的生长特性与CO发酵性能[J]. 华南理工大学学报 (自然科学版), 2014(42):136-142.
4. ^ 工业尾气制乙醇 钢铁减排有新招

看了图解以后有点标题党……核心还是生物方法的……不过意义还是很大的。我国饲用蛋白来源主要依靠进口大豆，不划算，而且受制于人。