日前，弗吉尼亞理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)成功把纖維素轉(zhuǎn)化為淀粉，這一過程可能從那些傳統(tǒng)上不被認(rèn)為是糧食的植物中獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

    該研究由張以恒（Y.H. Percival Zhang）領(lǐng)導(dǎo)，他是農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院及工程學(xué)院的生物系統(tǒng)工程學(xué)副教授。預(yù)計(jì)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%。張教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)或?qū)椭鉀Q全球所有人口今后的溫飽問題。

    該研究的成果本周已在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院報(bào)》（PNAS）的預(yù)覽版上發(fā)表。

    纖維素是植物細(xì)胞壁的重要組成物質(zhì)，也是地球上最普遍的碳水化合物。這項(xiàng)新技術(shù)打開了一扇可以用任何植物制造食物的大門，以此減少對(duì)糧食作物的需求，進(jìn)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(tuán)隊(duì)制備的是直鏈淀粉，這種線型淀粉在消化過程中不會(huì)被降解，是食用纖維的優(yōu)質(zhì)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(fēng)險(xiǎn)。

    這一發(fā)現(xiàn)有望在許多方面得到應(yīng)用，而不僅是糧食系統(tǒng)。

    “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(chǔ)載體，這樣可以解決氫氣儲(chǔ)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(jí)聯(lián)酶將纖維素轉(zhuǎn)化成直鏈淀粉。

    “纖維素和淀粉具有相同的化學(xué)式，”張教授說。不同的只是化學(xué)鍵。我們的想法是用酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)使纖維素的化學(xué)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(zhuǎn)換成直鏈淀粉，其余的水解成葡萄糖，生產(chǎn)乙醇。而且，這一過程對(duì)任何植物纖維素都奏效。

    這種生物過程被稱為“酶法生物轉(zhuǎn)化與微生物發(fā)酵同步法”（simultaneous enzymatic biotransformation and microbial fermentation），很容易進(jìn)行工業(yè)性大規(guī)模生產(chǎn)。并且，該過程對(duì)環(huán)境無害，因?yàn)樗恍枰嘿F的設(shè)備，高溫加熱或化學(xué)試劑，不會(huì)產(chǎn)生任何廢物。反應(yīng)中關(guān)鍵的酶會(huì)固定在磁性納米粒子上，反應(yīng)結(jié)束后可以很容易地用磁場(chǎng)回收。

    張教授設(shè)計(jì)了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，構(gòu)想了“纖維素—淀粉轉(zhuǎn)化”的新概念。他與弗吉尼亞理工大學(xué)的訪問學(xué)者亨基·陳（Hongge Chen）是纖維素—淀粉生物轉(zhuǎn)化過程的發(fā)明者。目前，這項(xiàng)發(fā)明正在進(jìn)行臨時(shí)專利申請(qǐng)。弗吉尼亞理工大學(xué)的中國(guó)博士后游春（Chun You）同張教授一起完成了大部分的研究工作。

   研究由弗吉尼亞理工大學(xué)生物系統(tǒng)工程部資助。額外的研究資源由弗吉尼亞理工大學(xué)農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院的生物設(shè)計(jì)與生物過程研究中心（Biodesign and Bioprocessing Research Center）、殼牌GameChanger計(jì)劃（Shell GameChanger Program）、美國(guó)能源部生物能源科學(xué)中心（U.S. Department of Energy BioEnergy Science Center）以及能源部中化學(xué)、基因科學(xué)、生物科學(xué)分部、基礎(chǔ)能源辦公室提供。亨基·陳的部分研究資金還來自中國(guó)留學(xué)基金管理委員會(huì)的支持。