Το άχυρο και οι κορμοί γίνονται τρόφιμα! ... Πρωτοποριακή μέθοδος μετατρέπει την κυτταρίνη σε βρώσιμο άμηλο

Percvial Zhang

Ουάσινγκτον 

Όπως φαίνεται, στο μέλλον θα τρώμε ξύλο κυριολεκτικά. Ερευνητές στις ΗΠΑ κατάφεραν για πρώτη φορά να μετατρέψουν την κυτταρίνη -το βασικό συστατικό του ξύλου και όλων των φυτικών υπολειμμάτων- σε άφθονο βρώσιμο άμυλο.
Αφθονη άχρηστη βιομάζα
Η κυτταρίνη αντιστοιχεί σε ένα πολύ μεγάλο μέρος της βιομάζας των φυτών σε όλο τον πλανήτη. Το εντυπωσιακό μάλιστα είναι ότι η παραγωγή άχρηστης κυτταρίνης στη γεωργία είναι πολύ μεγαλύτερη από την παραγωγή αγροτικών προϊόντων. Στην περίπτωση των σιτηρών, για παράδειγμα, κάθε τόνος συγκομιδής πρέπει να διαχωριστεί από 2 με 3 τόνους αποβλήτων πλούσιων σε κυτταρίνη.
Κάθε μόριο κυτταρίνης αποτελείται από εκατοντάδες χιλιάδες μόρια γλυκόζης, η οποία φυσικά τρώγεται. Το πρόβλημα όμως είναι ότι οι δεσμοί που συνδέουν αυτά τα μόρια γλυκόζης διασπώνται εξαιρετικά δύσκολα. Μόνο λίγα είδη βακτηρίων, και κυρίως μυκήτων, μπορούν να φέρουν εις πέρας αυτό τον άθλο, γι΄αυτό και το ξύλο μπορεί να παραμένει για χρόνια θαμμένο στο έδαφος μέχρι να αποσυντεθεί πλήρως.
Τα τελευταία χρόνια βρίσκονται σε εξέλιξη πολλά ερευνητικά προγράμματα με στόχο τη μετατροπή της κυτταρίνης σε βιοκαύσιμα όπως η αιθανόλη. Φαίνεται όμως ότι, εκτός από καύσιμα, η κυτταρίνη θα μπορούσε να αποτελέσει πρώτη ύλη και για την παραγωγή αμύλου, το οποίο επίσης αποτελείται από μόρια γλυκόζης, ενωμένα όμως με διαφορετικούς δεσμούς.
Με γονίδια βακτηρίων
Ο δρ Πέρσιβαλ Ζανγκ του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Βιρτζίνια στο Μπλάκσμπεργκ χρησιμοποίησε γονίδια βακτηρίων τα οποία ήταν γνωστό ότι μεταβολίζουν την κυτταρίνη. Τα γονίδια αυτά εισήχθησαν σε βακτήρια Escherichia coli, τα οποία έτσι ανέλαβαν να παράγουν τα απαραίτητα ένζυμα σε επαρκείς ποσότητες.
Μια ομάδα ενζύμων διασπά την κυτταρίνη σε μικρότερα μόρια, ενώ μια δεύτερη ομάδα ενζύμων μετατρέπει αυτά τα μόρια σε αμυλόζη, μια μορφή αμύλου.
Η συνθετική αμυλόζη  «δεν έχει γεύση στην αρχή» αναφέρει ο δρ Ζανγκ που δοκίμασε το παρασκεύασμα. «Αν το μασήσεις για λίγο γίνεται ελαφρώς γλυκό» συνεχίζει. Πράγματι, τα μόρια αμύλου διασπώνται εύκολα από το ένζυμο αμυλάση του σάλιου και μετατρέπονται έτσι σε ελεύθερα μόρια γλυκιάς γλυκόζης.
Η νέα μέθοδος μετατρέπει σε άμυλο γύρω στο ένα τρίτο της συνολικής κυτταρίνης, ωστόσο ό,τι περισσεύει δεν είναι άχρηστο: η υπόλοιπη κυτταρίνη μετατρέπεται σε γλυκόζη, η οποία μπορεί με τη σειρά της να μετατραπεί σε βιοαιθανόλη με μεθόδους βιοτεχνολογίας.
Τόνοι τροφής για τον πλανήτη
Δεδομένου ότι το άμυλο αντιστοιχεί σήμερα έως και στο 40% της ανθρώπινης διατροφής, η νέα ενζυματική τεχνική θα μπορούσε να ταΐσει τον αυξανόμενο παγκόσμιο πληθυσμό, εκτιμούν τώρα οι ερευνητές.
Υπολογίζουν ότι, αν η διαθεσιμότητα της γλυκόζης ήταν 100 δισεκατομμύρια τόνοι το χρόνο, η μέθοδός τους θα μπορούσε να παράγει 4,5 δισεκατομμύρια τόνους αμύλου, ποσότητα δύο φορές μεγαλύτερη από την ετήσια παγκόσμια παραγωγής δημητριακών.
Ακόμα όμως κι αν αποδειχθεί στο μέλλον ότι οι άνθρωποι δεν έχουν όρεξη να καταναλώσουν αυτό το νέο συνθετικό τρόφιμο, το άμυλο από κυτταρίνη θα μπορούσε να αξιοποιηθεί στην παραγωγή βιοδιασπώμενου πλαστικού και άλλων υλικών.
Σίγουρα όμως, αυτό απέχει πολύ στο μέλλον: τα απαιτούμενα ένζυμα είναι σήμερα εξαιρετικά ακριβά, και οι ερευνητές υπολογίζουν ότι θα χρειάζονταν ένα εκατομμύριο δολάρια για να παραγάγουν 20 κιλά αμυλόζης.

.tovima.gr

16/4/13

--

-

Research team creates potential food source from non-food plants

BLACKSBURG, Va., April 16, 2013 

– A team of Virginia Tech researchers has succeeded in transforming cellulose into starch, a process that has the potential to provide a previously untapped nutrient source from plants not traditionally thought of as food crops.
Y.H. Percival Zhang, an associate professor of biological systems engineering in the College of Agriculture and Life Sciences and the College of Engineering, led a team of researchers in the project that could help feed a global population expected to swell to 9 billion by 2050. Starch is one of the most important components of the human diet and provides 20 to 40 percent of our daily caloric intake.
The research was published this week in the Early Edition of the Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.
Cellulose is the supporting material in plant cell walls and is the most common carbohydrate on earth. This new development opens the door to the potential that food could be created from any plant, reducing the need for crops to be grown on valuable land that requires fertilizers, pesticides, and large amounts of water. The type of starch that Zhang’s team produced is amylose, a linear resistant starch that is not broken down in the digestion process and acts as a good source of dietary fiber. It has been proven to decrease the risk of obesity and diabetes.
This discovery holds promise on many fronts beyond food systems.
“Besides serving as a food source, the starch can be used in the manufacture of edible, clear films for biodegradable food packaging,” Zhang said.  “It can even serve as a high-density hydrogen storage carrier that could solve problems related to hydrogen storage and distribution.”
Zhang used a novel process involving cascading enzymes to transform cellulose into amylose starch.
“Cellulose and starch have the same chemical formula,” Zhang said. “The difference is in their chemical linkages. Our idea is to use an enzyme cascade to break up the bonds in cellulose, enabling their reconfiguration as starch.”
The new approach takes cellulose from non-food plant material, such as corn stover, converts about 30 percent to amylose, and hydrolyzes the remainder to glucose suitable for ethanol production. Corn stover consists of the stem, leaves, and husk of the corn plant remaining after ears of corn are harvested. However, the process works with cellulose from any plant.
This bioprocess called “simultaneous enzymatic biotransformation and microbial fermentation” is easy to scale up for commercial production. It is environmentally friendly because it does not require expensive equipment, heat, or chemical reagents, and does not generate any waste. The key enzymes immobilized on the magnetic nanoparticles can easily be recycled using a magnetic force.
Zhang designed the experiments and conceived the cellulose-to-starch concept. Zhang and Virginia Tech visiting scholar Hongge Chen are the inventors of the cellulose-to-starch biotransformation, which is covered under a provisional patent application. Chun You, a postdoctoral researcher from China at Virginia Tech, and Chen conducted most of the research work.
Support for the current research comes from the Department of Biological Systems Engineering at Virginia Tech. Additional resources were contributed by the Virginia Tech College of Agriculture and Life Sciences’ Biodesign and Bioprocessing Research Center, the Shell GameChanger Program, and the U.S. Department of Energy BioEnergy Science Center, along with the Division of Chemical Sciences, Geosciences and Biosciences, Office of Basic Energy Sciences of the Department of Energy. Chen was partially supported by the China Scholarship Council.

Nationally ranked among the top research institutions of its kind, Virginia Tech’s College of Agriculture and Life Sciences focuses on the science and business of living systems through learning, discovery, and engagement. The college’s comprehensive curriculum gives more than 3,100 students in a dozen academic departments a balanced education that ranges from food and fiber production to economics to human health. Students learn from the world’s leading agricultural scientists, who bring the latest science and technology into the classroom.
.vtnews.vt.edu
16/4/13
--
-
ΣΧΕΤΙΚΑ:

• Νέα τεχνική επιτρέπει την παραγωγή υδρογόνου από οποιοδήποτε φυτό .... Βήμα προς την οικονομία του υδρογόνου....

• Biofuel breakthrough: Quick cook method turns algae into oil

• Microalgae Produce More Oil Faster for Energy, Food or Products