Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Sinh học Công nghiệp Thiên Tân (Trung Quốc) vừa công bố một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực công nghệ sinh học, khi phát triển thành công quy trình tổng hợp tinh bột trực tiếp từ carbon dioxide (CO2) mà không cần thông qua cây trồng hay quá trình quang hợp.
Tinh bột là nguyên liệu đầu vào thiết yếu của nhiều ngành công nghiệp, từ thực phẩm, dược phẩm đến sản xuất giấy, dệt may, chất kết dính, nhựa và các loại hóa chất như chất tạo ngọt hay chất làm đặc.
Hiện nay, phần lớn tinh bột công nghiệp trên thế giới được sản xuất từ ngô – loại cây trồng đòi hỏi diện tích canh tác lớn, tiêu tốn nhiều nước, phân bón và thuốc bảo vệ thực vật. Việc mở rộng sản xuất tinh bột ngô vì vậy không chỉ gây áp lực lên tài nguyên đất và nước mà còn cạnh tranh trực tiếp với sản xuất lương thực, kéo theo những hệ lụy môi trường dài hạn.
Trước những hạn chế đó, nhóm nghiên cứu tại Thiên Tân đã theo đuổi hướng tiếp cận khác: loại bỏ “khâu trung gian” là cây trồng, thay vào đó chuyển hóa trực tiếp CO2 – vốn bị coi là khí gây ô nhiễm – thành tinh bột trong phòng thí nghiệm. Thực tế, nhóm đã đặt nền móng cho công nghệ này từ năm 2021, song trong nghiên cứu mới nhất, họ đã tinh chỉnh quy trình để đạt tốc độ và hiệu suất cao hơn gần 10 lần.
Theo mô tả của các nhà khoa học, quy trình bắt đầu bằng việc chuyển hóa CO2 thành methanol với sự hỗ trợ của chất xúc tác hữu cơ. Sau đó, methanol tiếp tục được chuyển đổi thành các loại đường thông qua một chuỗi phản ứng sử dụng enzyme.
Cuối cùng, các phân tử đường này được liên kết để tạo thành tinh bột polymer. Toàn bộ quá trình gồm khoảng 11 bước, từ CO2 đến tinh bột hoàn chỉnh. Đáng chú ý, sản phẩm thu được gần như tương đồng với tinh bột ngô truyền thống về mặt cấu trúc và tính chất.
Ông Yanhe Ma, nhà vi sinh vật học tại Viện Công nghệ Sinh học Công nghiệp Thiên Tân, từng nhận định rằng nếu chi phí của quy trình này trong tương lai có thể giảm xuống mức cạnh tranh với canh tác nông nghiệp, công nghệ này có thể giúp tiết kiệm hơn 90% diện tích đất canh tác và lượng nước ngọt sử dụng cho sản xuất tinh bột.
Theo nhóm nghiên cứu, bước cải tiến mới chủ yếu đến từ việc phát triển và tối ưu hóa các loại enzyme chuyên biệt, giúp giảm đáng kể chi phí năng lượng và nâng cao hiệu suất phản ứng. Ngoài ra, việc sản xuất trong điều kiện phòng thí nghiệm cho phép kiểm soát tốt hơn các yếu tố đầu vào, qua đó giúp sản lượng ổn định và dễ dự báo hơn so với sản xuất phụ thuộc vào thời tiết và mùa vụ.
Dù vậy, các nhà khoa học nhấn mạnh rằng mức cải thiện “gấp 10 lần” không có nghĩa là quy trình này đã vượt trội so với tự nhiên trong việc tạo ra tinh bột. Con số này phản ánh sự tiến bộ so với các nghiên cứu trước đây, cho thấy công nghệ đang tiến gần hơn đến ngưỡng có thể ứng dụng rộng rãi và cạnh tranh về kinh tế. Nếu được thương mại hóa thành công, đây có thể là một hướng đi mới trong việc kết hợp công nghệ sinh học với mục tiêu giảm phát thải carbon và sử dụng hiệu quả tài nguyên toàn cầu.
Theo IE
