Команда создала потенциальный источник пищи из несъедобных растений
Исследователи из Виргинского политехнического института успешно преобразовали целлюлозу в крахмал. Этот процесс может открыть доступ к ранее неиспользуемому источнику питательных веществ из растений, которые традиционно не считаются пищевыми культурами.
Проектом руководил доцент кафедры биологических системотехнических наук И.Х. Персиваль Чжан. Разработка может помочь прокормить растущее население планеты, которое, по оценкам, достигнет 9 миллиардов к 2050 году. Крахмал — один из важнейших компонентов рациона человека, обеспечивающий 20–40% нашего ежедневного потребления калорий.
Исследование опубликовано в Early Edition журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.
Целлюлоза — это опорный материал клеточных стенок растений и самый распространенный углевод на Земле. Новое достижение открывает возможность создания пищи из любого растения, снижая потребность в выращивании культур на ценных землях, требующих удобрений, пестицидов и большого количества воды.
Команда Чжана получила амилозу — линейный резистентный крахмал, который не расщепляется в процессе пищеварения и служит хорошим источником пищевых волокон. Доказано, что он снижает риск ожирения и диабета.
Это открытие перспективно не только для пищевых систем.
«Помимо источника пищи, крахмал можно использовать для производства съедобных прозрачных пленок для биоразлагаемой упаковки продуктов, — сказал Чжан. — Он может даже служить носителем для хранения водорода высокой плотности, что могло бы решить проблемы, связанные с хранением и распределением водорода».
Чжан использовал новый процесс с каскадом ферментов для преобразования целлюлозы в амилозный крахмал.
«Целлюлоза и крахмал имеют одинаковую химическую формулу, — пояснил Чжан. — Разница в их химических связях. Наша идея — использовать ферментный каскад, чтобы разорвать связи в целлюлозе, позволяя перенастроить их в крахмал».
Новый подход берет целлюлозу из несъедобного растительного материала, такого как кукурузная солома, преобразует около 30% в амилозу, а остаток гидролизует до глюкозы, пригодной для производства этанола. Однако процесс работает с целлюлозой из любого растения.
Этот биопроцесс, называемый «одновременная ферментативная биотрансформация и микробная ферментация», легко масштабируется для коммерческого производства. Он экологически безопасен, так как не требует дорогостоящего оборудования, нагрева или химических реагентов и не генерирует отходов. Ключевые ферменты, иммобилизованные на магнитных наночастицах, можно легко рециркулировать с помощью магнитной силы.
Чжан спроектировал эксперименты и разработал концепцию превращения целлюлозы в крахмал. Чжан и приглашенный ученый из Виргинского политехнического института Хунгэ Чэнь являются изобретателями биотрансформации, на которую подана предварительная заявка на патент. Большую часть исследовательской работы провели постдок из Китая Чунь Ю и Чэнь.