
總有一天,夏天會再次來臨,新鮮甜玉米也會上市。將來,你或許能把整根玉米,連芯一起吃掉了。
這種奇特的可能性要歸功於維吉尼亞理工大學的一些科學家,他們將纖維素(幾乎無法消化的聚合物)轉化為有用的、不可或缺的澱粉。
植物會產生纖維素和澱粉,它們的化學結構相似,但用途卻截然不同。纖維素構成大多數植物、藻類甚至某些細菌的細胞壁,我們用它來製造各種各樣的東西,從衣物(棉花幾乎完全由纖維素組成)到紙張再到乙醇。澱粉是植物的能量來源,也是我們人類的能量來源,存在於馬鈴薯、小麥和玉米等美味食物中。兩者的差異僅僅在於構成分子的氫鍵發生了簡單的變化。
牛和豬等動物能夠消化纖維素,這得益於它們消化道內的共生細菌,但人類卻不能。纖維素作為膳食纖維的重要來源,能夠幫助人體分解消化道內的廢物。維吉尼亞理工大學生物系統工程系副教授張永華(YH Percival Zhang)致力於將其開發成一種食物來源。
由於纖維素和直鏈澱粉都是葡萄糖鏈,所以只需重新排列它們的氫鍵即可。但這絕非易事,儘管張及其同事本質上運用了化學方法。他們利用一系列合成酶來分解一些通常不用於食用的植物材料(例如玉米芯和葉子)中的氫鍵。這種「酵素級聯反應」使纖維素分子能夠重新排列成直鏈澱粉,即澱粉的一種形式。過程中的關鍵成分——一種特殊的多肽帽——存在於馬鈴薯中。
最終產品並非麵包粉的未來之選,但或許可以用作纖維來源,或製成食品級可生物降解包裝。剩餘的原料經微生物處理後,生成一種可用於生產乙醇的葡萄糖。張及其同事表示,整個過程除了酵素本身之外,無需任何特殊的加熱或化學試劑,因此很容易大規模複製。
他們認為,纖維素是地球上最常見的碳水化合物,也是最常見的有機物,因此將其用於食品可能是養活數百萬人的絕佳方式。
他們寫道:「迫切需要利用儲量豐富且可再生的非食用農業和林業殘餘物,以及能夠在貧瘠土地上生長且投入量低的專用生物能源作物。」該論文發表於本週的《美國國家科學院院刊》 。