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Engineering the Dark Food Chain

机译：工程黑暗食物链

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摘要

Meeting global food needs in the face of climate change and resource limitation requires innovative approaches to food production. Here, we explore incorporation of new dark food chains into human food systems, drawing inspiration from natural ecosystems, the history of single cell protein, and opportunities for new food production through wastewater treatment, microbial protein production, and aquaculture. The envisioned dark food chains rely upon chemoautotrophy in lieu of photosynthesis, with primary production based upon assimilation of CH4 and CO2 by methane- and hydrogen-oxidizing bacteria. The stoichiometry, kinetics, and thermodynamics of these bacteria are evaluated, and opportunities for recycling of carbon, nitrogen, and water are explored. Because these processes do not require light delivery, high volumetric productivities are possible; because they are exothermic, heat is available for downstream protein processing; because the feedstock gases are cheap, existing pipeline infrastructure could facilitate low-cost energy-efficient delivery in urban environments. Potential life-cycle benefits include: a protein alternative to fishmeal; partial decoupling of animal feed from human food; climate change mitigation due to decreased land use for agriculture; efficient local cycling of carbon and nutrients that offsets the need for energy-intensive fertilizers; and production of high value products, such as the prebiotic polyhydroxybutyrate.
机译：面对气候变化和资源限制，满足全球粮食需求需要创新的粮食生产方法。在这里，我们探索将新的深色食品链纳入人类食品系统的过程，从自然生态系统，单细胞蛋白质的历史以及通过废水处理，微生物蛋白质生产和水产养殖生产新食品的机会中汲取灵感。设想的黑暗食物链依靠化学自养作用来代替光合作用，其主要生产是基于甲烷和氢氧化细菌对CH4和CO2的同化作用。对这些细菌的化学计量，动力学和热力学进行了评估，并探索了回收碳，氮和水的机会。由于这些过程不需要光传输，因此可以实现高产量。由于它们放热，因此热量可用于下游蛋白质加工；由于原料气体价格便宜，因此现有的管道基础设施可以促进城市环境中低成本的节能运输。潜在的生命周期收益包括：鱼粉的蛋白质替代品；动物饲料与人类食物的部分脱钩；由于减少农业土地使用而减轻气候变化；碳和养分的有效局部循环，抵消了对能源密集型肥料的需求；以及生产高价值产品，例如益生元聚羟基丁酸酯。

著录项

  • 来源
    《Environmental Science & Technology》 |2019年第5期|2273-2287|共15页
  • 作者

    El Abbadi Sahar H.; Criddle Craig S.;

  • 作者单位

    Stanford Univ, Dept Civil & Environm Engn, Stanford, CA 94305 USA;

    Stanford Univ, Dept Civil & Environm Engn, Stanford, CA 94305 USA|Stanford Univ, William & Cloy Codiga Resource Recovery Ctr, Stanford, CA 94305 USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
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