新型生物技術將非可食性生物質轉變為淀粉

　　日前，弗吉尼亞理工大學的研究團隊成功把纖維素轉化為淀粉，這一過程可能從那些傳統上不被認為是糧食的植物中獲取營養物質。

　　該研究由張以恒(Y.H. Percival Zhang)領導，他是農業與生命科學學院及工程學院的生物系統工程學副教授。預計到2050年，地球人口將突破90億，而淀粉是人類食物中最重要的成分之一，提供了日常攝入熱量的20%～40%。這一技術也許可以幫助解決全球在未來面臨的食物、生物燃料及環境三重難題。該研究的成果本周已在《美國國家科學院院報》(PNAS)的預覽版上發表。

　　纖維素是植物細胞壁的重要組成物質，也是地球上最普遍的碳水化合物。這項新技術打開了一扇可以用任何植物制造食物的大門，以此減少對糧食作物的需求，進而減少種植作物所需的土地資源、肥料、殺蟲劑和大量的灌溉用水。張教授的研究團隊制備的是直鏈淀粉，這種線型淀粉在消化過程中不會被降解，是食用纖維的優質來源。已有研究證明，直鏈淀粉能降低肥胖和糖尿病的患病風險。

　　這一發現有望在許多方面得到應用，而不僅是糧食系統。

　　“除了作為食物來源，淀粉還能制造可食用且可生物降解的透明保鮮膜，用于食品包裝，”張教授表示。“它甚至可以作為高密度氫氣的存儲載體，這樣可以解決氫氣儲存和配送的問題。”

　　張教授等人使用了一種全新的加工方法，其中包括采用級聯酶將纖維素轉化成直鏈淀粉。

　　“纖維素和淀粉具有相同的化學式，”張教授說。不同的只是化學鍵。我們的想法是用酶級聯反應使纖維素的化學鍵斷裂，然后重新組合為淀粉。”

　　新方法從非食品的植物(如玉米秸稈，即玉米收獲后留下的莖、葉及外皮)中提取纖維素，將其中約30%轉換成直鏈淀粉，其余的水解成葡萄糖，生產乙醇。而且，這一過程對任何植物纖維素都奏效。

　　這種生物過程被稱為“酶法生物轉化與微生物發酵同步法”(simultaneous enzymatic biotransformation and microbial fermentation)，很容易進行工業性大規模生產。并且，該過程對環境無害，因為它不需要昂貴的設備，高溫加熱或化學試劑，不會產生任何廢物。反應中關鍵的酶會固定在磁性納米粒子上，反應結束后可以很容易地用磁場回收。

　　張教授設計了這項實驗，構想了“纖維素—淀粉轉化”的新概念。他與弗吉尼亞理工大學的訪問學者亨基?陳(Hongge Chen)是纖維素—淀粉生物轉化過程的發明者。目前，這項發明正在進行臨時ZL申請。弗吉尼亞理工大學的中國博士后游春(Chun You)同張教授一起完成了大部分的研究工作。