Họ đã phát triển thành công một hệ thống chuyển hóa sinh học cho phép biến rượu methanol thành đường trắng (sucrose) mà không cần trồng mía hay củ cải đường - 2 loại cây nông nghiệp tiêu tốn nhiều đất và nước.Đáng chú ý hơn, nguồn methanol có thể được tạo ra từ khí CO₂ thu giữ từ công nghiệp, mở ra triển vọng sản xuất thực phẩm từ khí nhà kính trong tương lai.
Công trình nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Bulletin vào tháng 5/2025 bởi Viện Công nghệ Sinh học Công nghiệp Thiên Tân thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS). Nhóm tác giả khẳng định rằng, việc chuyển đổi nhân tạo CO₂ thành thực phẩm và hóa chất là một hướng đi đầy tiềm năng giúp giải quyết đồng thời bài toán môi trường và an ninh lương thực toàn cầu, đồng thời đóng góp vào mục tiêu trung hòa carbon.
Trong phương pháp mới, các nhà khoa học sử dụng hệ thống chuyển hóa sinh học in vitro (ivBT) để biến methanol - loại rượu công nghiệp có thể thu được từ chất thải hoặc từ quá trình hydro hóa CO₂, thành đường sucrose. Không dừng lại ở đó, hệ thống còn được mở rộng để tổng hợp các loại carbohydrate phức tạp khác như fructose, tinh bột, amylose, và cellobiose.
Theo nhóm nghiên cứu, ivBT là nền tảng sản xuất sinh học bền vững đầy triển vọng trong tương lai. Trong thí nghiệm lần này, nhóm đã thiết kế một lộ trình chuyển hóa với số bước phản ứng tối thiểu và tiêu hao năng lượng thấp, đạt hiệu suất chuyển đổi methanol thành sucrose lên tới 86%, một con số đáng kể trong lĩnh vực sinh học tổng hợp.
Không chỉ sản xuất đường ăn, hệ thống còn có thể tạo ra nhiều loại đường oligosaccharide và polysaccharide có cấu trúc đa dạng, vốn được ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm chức năng, y học và công nghiệp dược phẩm.
Hiện nay, phần lớn đường sucrose trên thế giới được chiết xuất từ mía, chủ yếu trồng ở các vùng nhiệt đới như Đông Nam Á, và từ củ cải đường - trồng tại các vùng ôn đới như châu Âu. Dù Trung Quốc có điều kiện khí hậu phù hợp để trồng cả hai loại cây này, nhưng theo số liệu từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, nước này tiêu thụ khoảng 15 triệu tấn đường mỗi năm, trong đó phải nhập khẩu tới 5 triệu tấn.
Việc canh tác quy mô lớn mía và củ cải đường không chỉ đòi hỏi diện tích đất nông nghiệp lớn mà còn tiêu tốn lượng nước khổng lồ, điều ngày càng trở nên khó khăn trong bối cảnh biến đổi khí hậu và dân số tăng nhanh gây áp lực lên tài nguyên.
Vì vậy, việc phát triển một nền tảng sản xuất đường không phụ thuộc vào cây trồng, đặc biệt là nếu sử dụng được nguồn CO₂ từ khí thải công nghiệp, được xem là bước tiến quan trọng hướng tới nền nông nghiệp bền vững và trung hòa carbon.
Ý tưởng sử dụng khí CO₂ làm nguyên liệu đầu vào cho chuỗi sản xuất hóa chất và thực phẩm đã được khơi nguồn từ năm 2021, khi Viện Vật lý Hóa học Đại Liên (CAS) công bố phương pháp hiệu quả cao và tiết kiệm năng lượng để tạo methanol từ hydro hóa CO₂.
Dựa trên nền tảng đó, nhóm nghiên cứu tại Thiên Tân đã thiết lập nhiều hệ thống ivBT khác nhau để biến các phân tử carbon thấp (như methanol, formaldehyde) thành các hợp chất carbon cao (C≥12) như sucrose, tinh bột và các loại polysaccharide. Đây là một phần trong chiến lược dài hạn nhằm xây dựng các nền tảng sản xuất sinh học "âm carbon", tức là không chỉ không phát thải mà còn tiêu thụ CO₂ trong quá trình sản xuất.
Dù kết quả hiện tại rất khả quan, song nhóm nghiên cứu thừa nhận rằng để ứng dụng công nghệ này ở quy mô công nghiệp, vẫn cần thêm nhiều nghiên cứu cải tiến như: tối ưu hóa hệ enzyme, tăng độ bền của hệ thống ivBT, và giảm chi phí sản xuất.
Vu Lam
Theo SCMP
