总有一天,夏天会再次到来,届时将是新鲜甜玉米的季节。在未来,您或许可以连玉米芯一起吃下整个玉米。
这一奇特的可能性要归功于弗吉尼亚理工大学的一些科学家,他们已经将一种主要不可消化的聚合物——纤维素——转化为有益且不可或缺的淀粉。
植物出于完全不同的目的生产纤维素和淀粉,尽管它们在化学上很相似。纤维素构成大多数植物、藻类甚至某些细菌的细胞壁,我们将其用于从服装(棉花几乎全部是纤维素)到纸张再到乙醇的各种用途。淀粉是植物的能量来源,对我们来说也是如此,以土豆、小麦和玉米等美味食物的形式存在。两者之间的区别在于形成分子的氢键的简单变化。
像牛和猪这样的动物由于消化道内的共生细菌可以消化纤维素,但人类不能。它在我们的饮食中作为膳食纤维的来源很重要,因为它可以将消化道内的废物结合在一起。弗吉尼亚理工大学生物系统工程副教授 Y.H. Percival Zhang 致力于将其转化为食物来源。
由于纤维素和直链淀粉都是葡萄糖链,所以您只需要重新排列它们的氢键。这绝非易事,尽管张和他的同事们实际上是利用了化学方法。他们使用一系列合成酶来分解植物材料中不会用于食物的氢键,例如玉米芯和叶子。这种“酶级联”使纤维素分子重新配置成直链淀粉,而直链淀粉是一种淀粉。这一过程中的一个关键成分,一个特殊的肽帽,存在于土豆中。
产生的产物并不完全是未来的面包粉,但它可以作为纤维来源,或者食品级可生物降解包装。原始材料的剩余部分用微生物处理,产生一种葡萄糖,然后可用于生产乙醇。张和他的同事们说,整个过程不需要任何不寻常的热量或化学试剂,除了酶本身,因此很容易在大规模上复制。
他们认为,纤维素是地球上最常见的碳水化合物——实际上也是最常见的有机材料——因此将其用于食品可能是养活数百万人的绝佳方式。
他们写道:“迫切需要利用丰富的可再生非食用农林业残余物和可在贫瘠土地上生长且投入要求低的专用生物能源作物。” 该论文本周发表在《美国国家科学院院刊》上。