纖維素轉化為淀粉找到新途徑

　　木材中的主要成分纖維素是地球上含量最豐富的有機化合物之一，并且是可再生能源的一種理想來源。如今，生物工程師指出，它還能夠解決人類的溫飽問題。在一項新的研究中，研究人員找到了一種將纖維素轉化為淀粉的新途徑，后者是人類食物中最常見的碳水化合物。

　　乙醇是當今最常見的車用生物燃料。它的制取通常利用來自于農作物——例如玉米和甘蔗——中的糖分，有批評家認為這是對食物的一種浪費。至于纖維素，全球植物每年會形成多達1800億噸的此類化合物。世界各國的公司都在爭先恐后地利用那些來自無法食用的植物中的纖維素制造生物燃料——這些植物包括柳枝稷和楊樹，它們都生長在需要少量水、肥料、除草劑和殺蟲劑的貧瘠土地上。這些纖維素也可能來自農作物和木材工業的大量廢料。例如，每噸收獲的谷物通常都伴隨著2到3噸富含纖維素的廢料，并且大部分廢料最終都被浪費了。

　　如今，美國黑堡弗吉尼亞理工學院和州立大學的生物工藝工程師Y.-H. Percival Zhang表示，人們第一次找到了一種切實可行的方法，證明纖維素還可以讓人吃飽。他將這一思路歸功于自己的中國背景。Zhang說：“在中國近5000年的歷史中，糧食安全一直是第一位的問題。”“沒有足夠的糧食，危機便會發生，朝代恐將更替。”

　　Zhang及其同事將目光聚集在淀粉上，這種化合物構成了40%的人類食物。將纖維素轉化為淀粉的想法起因于這兩種化合物之間的相似性——纖維素由成千上百個葡萄糖分子構成，而淀粉化合物則是由葡萄糖以及糖按照不同的方式結合而成。

　　為了實現這種轉化，研究人員采集了一些源自細菌、土壤真菌和馬鈴薯的基因，并用其對大腸桿菌——這是一種不同的細菌，常被當做實驗室模型——進行了基因修飾，從而最終得到了需要的酶。其中的一組酶能夠將纖維素分解成更小的分子，而其他的酶則將這些成分轉化為淀粉。研究人員隨后在一個玻璃容器中將這些酶與纖維素混合在一起。

　　與將纖維素完全分解為基礎成分葡萄糖，再重新將其組裝為淀粉不同，第一組酶首先將纖維素分解為纖維二糖，這是一種由一對葡萄糖分子構成的化合物。第二組酶隨后將纖維二糖分解為一個常見的葡萄糖分子，以及一種名為G-1-P的分子，后者由一個葡萄糖分子與一個磷酸鹽分子組成。這種G-1-P起到了構建直鏈淀粉的模塊的作用。并未參與此項研究的帕薩迪納市加利福尼亞理工學院生物工程師Frances Arnold表示：“這是一個簡單而完美的想法。”

　　研究人員在4月16日的美國《國家科學院院刊》網絡版上報告說，迄今為止，這一過程能夠將1/3的纖維素轉化為淀粉。這種化合物在干燥后能夠變成白色粉末，不但能夠被添加到食物中，還可以制成透明、柔軟的可生物降解塑料以及能夠儲氫的能源設備。Zhang和同事甚至嘗了嘗最終的產物——“一開始沒味”，Zhang說，“在嚼了一會兒后，會感覺到淡淡的甜味”。

　　剩余的纖維素則被轉化為葡萄糖，后者能夠制造成為生物燃料。Zhang說：“從纖維素得到的葡萄糖并沒有被浪費。”

　　但是盡管這一過程能夠運轉，價格卻不菲。Zhang估計，考慮到他的研究團隊所使用的酶的當前價格，將200千克纖維素原料轉化為20千克淀粉——大約能夠滿足一個人80天的碳水化合物需求——大約需要100萬美元。但是Zhang認為，經過5到10年的進一步研究，一些公司估計可以做到每人每天僅僅0.5美元的成本。“我們并沒有看到將這一過程商業化存在什么大的障礙。”

　　Zhang說，樂觀地估計，全球每年大約有1000億噸纖維素是可用的，“我們將能夠得到45億噸左右的淀粉，這差不多是目前谷物年產量（23億噸）的兩倍”。這將提供之前研究得出的在2050年養活全球人口所需糧食總量的30%。

　　但并未參與該項研究的印第安納州普渡大學西拉法葉校區的能源經濟學家Wallace Tyner認為，目前仍然不確定的是這種做法在經濟上是否可行。“我不是說這不行——只是不會這么早，并且在商業化的漫長過程中會存在許多未知的不確定性。”他說，“當新的工藝被引進時，這是常有的情況。”

　　Arnold也承認，這一過程在經濟上是否可行整體上“是一個大問題，但這并不是此類概念證明型研究能夠回答的問題。我認為這篇論文證實了一個重要的轉化和總體思路——這太酷了”。