ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Stvaranje potencijalnog izvora hrane iz neprehrambenih biljaka

Ugljikohidrati predstavljaju jednu od važnih skupina organskih spojeva koji se mogu naći u prirodi. Nalaze se u svim dijelovima stanice kao strukturni i kao funkcionalni sastojci. Masu suhe tvari biljaka čini 50-80% polimerni ugljikovodik celuloza sa srodnim strukturnim materijalom. Ugljikohidrati čine dio strukture nukleinskih kiselina DNK i RNK, a oni su također šećeri koji predstavljaju skladište energije dobivene od Sunca procesom fotosinteze.

Škrob je poliglukozid visoke molekulske mase u biljkama koje skladište ugljikohidrate pretvarajući ih u škrob. Nastaje polimerizacijom α-glukoze vezane glikozidnom vezom. Prisutan je u dva oblika molekula: amiloza (25%)  i amilopektin (75%). Amiloza je  nerazgranjeni oblik molekule škroba, netopljiva u vodi, a sastoji se od α-1.4-povezanih ostataka glukoze. Amilopektin je razgranati oblik molekule, topljiv u vodi,  koji ima jednu α-1.6-vezu na svakih 30-ak α-1.4-veza.

Celuloza je glavni sastojak stijenki biljnih stanica. Drvo sadrži 40-50%, a pamuk i laneno vlakno preko 90% celuloze. Potpunom hidrolizom celuloze nastaje D-glukoza. Strukturu celuloze čini niz glukoznih jedinica međusobno povezanih 1.4- glikozidnom vezom. Celuloza se razlikuje od amiloze po tome što ima β-glikozidnu konfiguraciju.

Čovjek nema enzime za hidrolizu celuloze i ne može iskoristiti njen sastojak, glukozu. Međutim, tim Virginia Tech istraživača uspio je u pretvorbi celuloze u škrob, procesu koji ima potencijal osigurati prethodno neiskoristiv izvor nutrijenata iz biljaka koje se tradicionalno ne smatraju usjevima hrane. 

Y.H. Percival Zhang, izvanredni profesor biološkog inženjerstva na College of Agriculture and Life Sciences i College of Engineering, predvodio je tim istraživača na projektu koji bi mogao pomoći nahraniti rastuće svjetsko stanovništvo koje se procjenjuje na 9 bilijuna do 2050. godine. Škrob je jedan od najvažnijih sastavnica ljudske prehrane i čini 20-40% našeg dnevnog unosa kalorija.

Istraživanje je objavljeno ovaj tjedan u ranom izdanju Proceedings of the National Academy of Sciences iz Sjedinjenih Američkih Država.

Celuloza je glavni sastojak staničnih stijenki biljaka i najrasprostranjeniji ugljikohidrat na Zemlji. Ovo novo otkriće otvara vrata mogućnosti da se hrana može stvoriti iz bilo koje biljke, smanjujući potrebu da se usjevi moraju uzgajati na plodnom tlu koje zahtijeva gnojiva, pesticide i velike količine vode. Vrsta škroba koji je Zhangov tim proizveo je amiloza, linearni otporni škrob koji se ne razgrađuje u procesu probave te je stoga dobar izvor prehrambenih vlakana. Dokazano je da smanjuje rizik od pretilosti i dijabetesa.

 „Osim toga što služi kao izvor hrane, škrob se može koristiti u proizvodnji jestivih, čistih  folija za biorazgradivo pakiranje hrane“, rekao je Zhang. „Može čak poslužiti za „gusto“ skladištenje vodika, što bi moglo riješiti probleme povezane sa skladištenjem i distribucijom vodika.“

Zhang koristi novi proces koji uključuje enzimske kaskade za transformiranje celuloze u škrob amilozu.

„Celuloza i škrob imaju istu kemijsku formulu“, rekao je Zhang. „Razlika je u kemijskim vezama. Naša ideja je da upotrijebimo enzimsku kaskadu za slamanje veza u celulozi, omogućujući njihov ponovni razmještaj u škrob.“

Novi pristup uzima celulozu iz neprehrambenog biljnog materijala, poput stabljike i lista kukuruza, pretvarajući oko 30% u amilozu i hidrolizirajući ostatak u glukozu pogodnu za proizvodnju etanola. Nakon što se klipovi kukuruza uberu, preostanu stabljika, listovi i perušine. Međutim, proces funkcionira s celulozom bilo koje biljke.

Ovaj bioproces nazvan „simultana enzimatska biotransformacija i mikrobna fermentacija“ lako je povećati za komercijalnu proizvodnju. Ekološki je prihvatljiv jer ne zahtijeva skupu opremu, toplinu ili kemijske reagense i nema nikakvog otpada. Ključni enzimi imobilizirani na magnetskim nanočesticama lako se mogu reciklirati pomoću magnetske sile.

Zhang je dizajnirao pokuse i osmislio koncept pretvorbe celuloze u škrob. Zhang i Virginia Tech stipendist Hongge Chen izumitelji su biotransformacije celuloze u škrob koja se nalazi pod privremenom prijavom patenata. Chun You, istraživač s China at Virginia Tech i Hongge Chen obavili su većinu istraživačkog rada.

Izvor: Virginia Tech

Podijeli.