預(yù)計(jì)到2050年全球人口將膨脹到90億，農(nóng)業(yè)生命科學(xué)與工程學(xué)院生物系統(tǒng)工程學(xué)副教授Y.H. Percival Zhang帶領(lǐng)的科研人員所研究的項(xiàng)目，就是為了應(yīng)對這個(gè)不斷增長的人口需求。淀粉是人類膳食中最重要的組成，提供的能量占我們?nèi)粘？防飻z入量的20%-40%。

本周美國科學(xué)院發(fā)行的《明日新聞》發(fā)布了這項(xiàng)研究。

纖維素是植物細(xì)胞壁的支撐材料，也是地球上最常見的碳水化合物。這項(xiàng)新研究開啟了一扇大門，即任何植物都可能用來生產(chǎn)食物，降低了作物在有價(jià)值土地上生長的需求，即減少了所需的化肥、農(nóng)藥和大量的水。Zhang的團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)的淀粉是直鏈淀粉，這種線性抗性淀粉在消化過程中不易被分解，是一種良好的膳食纖維來源。它已被證實(shí)能降低患肥胖癥和糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)。

這一發(fā)現(xiàn)有望在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用不僅僅是食品系統(tǒng)。

Zhang表示：“除了作為一種食物來源，這類淀粉還可用來生產(chǎn)可食用薄膜，用于生物可降解食品包裝。它甚至能作為高密度氫儲存載體，解決與氫儲存及分布有關(guān)的問題。”

Zhang利用一種新方法將纖維素轉(zhuǎn)化為直鏈淀粉，這個(gè)方法涉及到串聯(lián)酶。

Zhang說：“纖維素和淀粉具有相同的化學(xué)式，不同的是化學(xué)鍵。我們用一種酶串連反應(yīng)分解纖維素的鍵，使它們重新組合為淀粉。”

新方法能從非食品植物材料中提取纖維素，如玉米秸稈，能將30%的纖維素轉(zhuǎn)化成直鏈淀粉，并將殘留物水解為葡萄糖，用于乙醇生產(chǎn)。玉米秸稈由莖、葉和殼組成，這種殼是玉米穗收割后的殘留物。

這種生物過程稱為“同步酶生物轉(zhuǎn)化和微生物發(fā)酵”，能輕易擴(kuò)大到商業(yè)生產(chǎn)中。由于不需要昂貴的設(shè)備、高溫或化學(xué)試劑，也不產(chǎn)生任何浪費(fèi)，所以它是環(huán)境友好型。關(guān)鍵酶被穩(wěn)定在磁納米顆粒上，很容易被磁力回收。

Zhang設(shè)計(jì)了該實(shí)驗(yàn)，并構(gòu)思了纖維素轉(zhuǎn)化成淀粉的概念。他和弗吉尼亞理工大學(xué)訪問學(xué)者Hongge Chen是纖維素變?yōu)?/span>淀粉生物轉(zhuǎn)化的發(fā)明者，這涉及到一個(gè)臨時(shí)專利申請。Chun You是弗吉尼亞理工大學(xué)的中國博士后，和Chen一起擔(dān)當(dāng)了大部分的研究工作。

該項(xiàng)目主要由弗吉尼亞理工大學(xué)生物系統(tǒng)工程學(xué)院提供資金支持。額外的資源由弗吉尼亞理工大學(xué)農(nóng)業(yè)及生命科學(xué)學(xué)院的生物設(shè)計(jì)及生物工藝研究中心、Shell GameChanger項(xiàng)目、美國生物能源科學(xué)中心、化學(xué)科學(xué)部、地球科學(xué)及生物科學(xué)部、能源部的基礎(chǔ)能源辦公室提供。中國獎(jiǎng)學(xué)金委員會給予Chen部分資助。