使任何植物都能变成食物来源的技术 张墨迪13307130457 、技术原理 在葡萄糖聚合成的多糖中,有两个孪生兄弟一一淀粉和纤维素。两者是同分异 构体,即化学式是相同的,但是由于结构不同,导致性质和功能的截然不同。参 看下面图示: CH H OH H-to OH H上 直链淀粉 纤雏素 6CH,OH 6 CHOH 6CH2OH XOI 6CH.OH starch a-1, 4 linkage cellulose B-1, 4 linkage 如图所示,淀粉和纤维素的单体都是D-葡萄糖,但是由于其中的糖苷键不同 淀粉主链中为a-1,4糖苷键,纤维素主链中为b-1,4糖苷键,使得二者拥有完 全不同的构型,也使得动物内源酶可以水解淀粉却不能水解纤维素。 所谓使任何植物都能变成食物来源的技术,其实就是把不可被人体消化的纤维素 转化成可消化的淀粉的技术。预计到2050年,地球人口将突破90亿,而淀粉是 人类食物中最重要的成分之一,提供了日常摄入热量的20%~40%;纤维素则是 植物细胞壁的主要结构成分,是自然界中分布最广、含量最多的多糖。如果这项 技术能够成形,那将意味着人类甚至可以将棉花作为主粮,世界粮食问题将就此 得到解决,那将是比神话中的点石成金还要伟大的奇迹。 根据《环球科学》上刊登的《新型生物技术使任何植物都可以变成食物来源》 文的描述,这项技术已经在实验室中得到了实现一一弗吉尼亚理工大学的研究 团队成功把纤维素转化为淀粉
使任何植物都能变成食物来源的技术 张墨迪 13307130457 一、技术原理 在葡萄糖聚合成的多糖中，有两个孪生兄弟——淀粉和纤维素。两者是同分异 构体，即化学式是相同的，但是由于结构不同，导致性质和功能的截然不同。参 看下面图示： 如图所示，淀粉和纤维素的单体都是 D-葡萄糖，但是由于其中的糖苷键不同： 淀粉主链中为 a-1，4 糖苷键，纤维素主链中为 b-1，4 糖苷键，使得二者拥有完 全不同的构型，也使得动物内源酶可以水解淀粉却不能水解纤维素。 所谓使任何植物都能变成食物来源的技术，其实就是把不可被人体消化的纤维素 转化成可消化的淀粉的技术。预计到 2050 年，地球人口将突破 90 亿，而淀粉是 人类食物中最重要的成分之一，提供了日常摄入热量的 20%～40%；纤维素则是 植物细胞壁的主要结构成分，是自然界中分布最广、含量最多的多糖。如果这项 技术能够成形，那将意味着人类甚至可以将棉花作为主粮，世界粮食问题将就此 得到解决，那将是比神话中的点石成金还要伟大的奇迹。 根据《环球科学》上刊登的《新型生物技术使任何植物都可以变成食物来源》 一文的描述，这项技术已经在实验室中得到了实现——弗吉尼亚理工大学的研究 团队成功把纤维素转化为淀粉
该研究由农业与生命科学学院及工程学院的生物系统工程学副教授张以恒 ( YH. Percival Zhang)领导。他带领的研究团队制备的是直链淀粉,这种线型 淀粉在消化过程中不会被降解,是食用纤维的优质来源。并且已有研究证明,直 链淀粉能降低肥胖和糖尿病的患病风险 实验的主要原理是用级联酶将纤维素转化成直链淀粉。利用纤维素和淀粉同 分异构体的特性,使用酶级联反应令纤维素的化学键断裂,再重新组合成淀粉 实验从非食品的植物(如玉米秸秆)中提取纤维素,将其中约30%转换成直链 淀粉,其余的水解成葡萄糖,生产乙醇。 这种生物过程被称为“酶法生物转化与微生物发酵同步法”( simultaneous enzymatic biotransformation and microbial fermentation),很容易进行工业性大规 模生产。并且,该过程对环境无害,因为它不需要昂贵的设备,高温加热或化学 试剂,不会产生任何废物。反应中关键的酶会固定在磁性纳米粒子上,反应结束 后可以很容易地用磁场回收。 、技术的应用 这项新技术除了减少了人类对粮食作物的依赖,从更长远的角度来看,也减少 种植作物所需的土地资源、肥料、杀虫剂和大量的灌溉用水。这一技术还有望在 除粮食系统以外的许多方面得到应用。“除了作为食物来源,淀粉还能制造可食 用且可生物降解的透明保鲜膜,用于食品包装,”张教授表示。“它甚至可以作
该研究由农业与生命科学学院及工程学院的生物系统工程学副教授张以恒 （Y.H. Percival Zhang）领导。他带领的研究团队制备的是直链淀粉，这种线型 淀粉在消化过程中不会被降解，是食用纤维的优质来源。并且已有研究证明，直 链淀粉能降低肥胖和糖尿病的患病风险。 实验的主要原理是用级联酶将纤维素转化成直链淀粉。利用纤维素和淀粉同 分异构体的特性，使用酶级联反应令纤维素的化学键断裂，再重新组合成淀粉。 实验从非食品的植物（如玉米秸秆）中提取纤维素，将其中约 30％转换成直链 淀粉，其余的水解成葡萄糖，生产乙醇。 这种生物过程被称为“酶法生物转化与微生物发酵同步法”（simultaneous enzymatic biotransformation and microbial fermentation），很容易进行工业性大规 模生产。并且，该过程对环境无害，因为它不需要昂贵的设备，高温加热或化学 试剂，不会产生任何废物。反应中关键的酶会固定在磁性纳米粒子上，反应结束 后可以很容易地用磁场回收。 二、技术的应用 这项新技术除了减少了人类对粮食作物的依赖，从更长远的角度来看，也减少 种植作物所需的土地资源、肥料、杀虫剂和大量的灌溉用水。这一技术还有望在 除粮食系统以外的许多方面得到应用。“除了作为食物来源，淀粉还能制造可食 用且可生物降解的透明保鲜膜，用于食品包装，”张教授表示。“它甚至可以作
为高密度氢气的存储载体,这样可以解决氢气储存和配送的问题。” 技术的优缺点 从上述关于实验的描述我们可以看出,一旦这项技术投入生产,粮食系统将发 生巨大变革,人类的温饱问题将会得到改善。但是,这项技术真的是百利而无 害吗?将非作物植物转化成粮食的行为,无疑模糊了对环境有效用的植物与作物 的界限,不排除会有为牟取利益破坏生态的行为的出现。任何生物技术的投入生 产,都要以不违背自然伦理为前提。为此,人类需要对技术的优缺点进行全面深 入的考虑,有针对性地制定法律法规,达成物质进步和生态平衡的和谐
为高密度氢气的存储载体，这样可以解决氢气储存和配送的问题。” 三、技术的优缺点 从上述关于实验的描述我们可以看出，一旦这项技术投入生产，粮食系统将发 生巨大变革，人类的温饱问题将会得到改善。但是，这项技术真的是百利而无一 害吗？将非作物植物转化成粮食的行为，无疑模糊了对环境有效用的植物与作物 的界限，不排除会有为牟取利益破坏生态的行为的出现。任何生物技术的投入生 产，都要以不违背自然伦理为前提。为此，人类需要对技术的优缺点进行全面深 入的考虑，有针对性地制定法律法规，达成物质进步和生态平衡的和谐