已偷偷潛入人類衣食住行的玉米,能抗住「末日植物」的重任嗎?

2020-02-04   SME科技故事


如果世界末日到來,高溫乾旱、極端氣候還有疫病等席捲全球,人類要依賴哪種作物苟到最後?


被譽為科學性最高的科幻電影《星際穿越》給出了答案——玉米


《星際穿越》漫天黃沙中長勢一片大好的玉米地


在最後關頭,人類所有的需求都濃縮成了最基礎兩個字——「活著」。而所有的資源,可能也將會向農業傾斜,因為只有種出足夠的糧食養活人類,未來才有希望。


另外,韓國電影《金氏漂流記》中,漂流到孤島上的金氏也靠著一粒玉米種出了一批救命的玉米棒子。


《金氏漂流記》中的救命玉米



從現實角度出發,世界當然不可能靠單一作物救活。但與其他作物相比,高產的玉米確實有著無可比擬的優越性。


首先,因為特殊的固碳方式,玉米比小麥、水稻等更耐高溫和乾旱。從固碳方式來看,玉米是典型的C4植物,而小麥、水稻、大豆等則屬於C3植物。


我們在生物課本就已經學到過光合作用的過程。在暗反應階段,二氧化碳會被固定成了碳三(C3)化合物,在之後的一些列生物化學反應後才產出糖類,而這也被稱為C3途徑。

C3植物的光合作用過程


但事實上,植物光合作用可不止這一途徑,玉米還有獨特的C4途徑。玉米等C4植物在暗反應中,會利用對二氧化碳具有高親和力的酶(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶,PEPC)來固定二氧化碳,得到的碳固定產物為碳四(C4)化合物。


之後,這些碳四化合物才被運送到維管束鞘細胞的葉綠體中,然後再源源不斷地合成糖類。所以說,C4植物固定二氧化碳的能力要比C3植物更強。


C4植物維管束鞘細胞內含有葉綠體,而C3植物沒有


在高溫乾旱的環境下,為了多吸收二氧化碳而不得不打開氣孔的C3植物葉更容易出現失水、乾枯死亡的情況。但C4植物,卻能在氣孔相對關閉的情況下,保持固定二氧化碳的穩定,更適合高溫、乾旱的末日世界。而這也是普通水稻、小麥不曾擁有的優勢。


這不,現階段全球的科學家仍在致力於改造現有的C3糧食作物,想讓它們擁有C4光合能力,創造出固碳能力更強的C4水稻等。



而現階段,玉米也是世界上種植量最大、產量最高的糧食品種之一。世界玉米每年總產量都超過10億噸,幾乎是我們最熟悉的作物水稻的兩倍。


但有一個奇怪的問題,那就是為什麼在日常中我們很少見到玉米?特別是城市人口,一年到頭都沒消化幾根玉米棒子,更別說把玉米當主糧了。


而這很大部分原因是玉米已經完全融入我們的生活,以至於很難被大眾察覺到它究竟在哪裡。或許被我們直接放進嘴裡的玉米粒並不多,但人類的吃穿用度早已離不開玉米了。



而玉米除了是人類的口糧以外,還是牲畜們最重要的口糧。玉米作為最主要的飼料來源之一,也被譽為「飼料之王」



在我國,飼料消費就是我國玉米消費的主力軍,約占我國玉米消費的60%。再加上我國散養戶比例較大,我國飼料玉米消費可能比統計中要更多。而以玉米為飼料,也是全球基本統一的做法。


所以說,人類日常所食用的肉類、奶製品和蛋類等,都有玉米的一份功勞。我們每吃一口肉蛋奶,都要感謝茁壯生長的玉米。



不過,談及玉米救世,我們還是沒辦法繞開赫魯雪夫。上個世紀60年代後期,赫魯雪夫就帶領蘇聯開展了一輪大面積的玉米種植運動。


儘管最後「玉米運動」最後沒能取得成功,赫魯雪夫也因此被大家嘲笑為「玉米狂魔」,帶著玉米「主動辭職」。但赫魯雪夫本人推行的玉米改革並非完全失敗,其計劃最初的設想不但不荒謬,甚至還很合理。


因為種植高產的玉米既能滿足人民的糧食需求,又可滿足牲畜的需求,可謂一舉兩得。就算沒能結出玉米棒子,其根莖葉也可以給牲畜吃,至少能給人民提供不少的肉蛋奶類。而當時,蘇聯也正面臨著長期牲畜飼料短缺的難題。


當年蘇聯「玉米喂牲畜」的宣傳海報


只是,蘇聯國土廣闊,全國氣候相差很大。即便玉米在部分地區大獲豐收,但還是沒法填完其他地區糧食減產的坑。忽視了氣候和環境這一事實,是蘇聯推廣玉米失敗的最大原因之一。再加上當時肥料沒法跟上、農民缺少種植知識和執行不力等原因,玉米更難以豐收。


玉米主要結構是麩皮、胚乳、胚芽和根冠四部分,胚乳富含澱粉,胚芽富含油脂



雖然說,吃永遠是人類最基本的需求。但是,如果一種糧食作物能有各種用途,那將會是一個最大的加分項。而玉米,就是糧食界最當之無愧的跨界之王。


作為一種糧食,它最稀鬆平常的吃法便是是清蒸、爆炒、燒烤,或是當做零食。而其中被當做零食的大多是膨化玉米。當玉米水分閃蒸、顆粒破裂,再加以調味變形,便是可口的玉米脆片或是爆米花。


傳統的爆米花機


玉米中最主要的成分便是澱粉,平均含量為75%左右。因此,玉米最重要的工業用途便是開發玉米澱粉。據統計,全世界80%以上的澱粉是玉米澱粉。


而玉米澱粉生產的最大優勢是副產品多,此點遠遠優於薯類和穀類澱粉。它能製作出上千種食品添加劑,運用到食品的各個角落去。



例如,飲料中的懸浮劑、預糊化後可用於制方便麵、發酵成玉米醋、培養酵母等。


而其中55%的玉米澱粉,還會被用於製作澱粉糖,主要的澱粉糖產品有葡萄糖、麥芽糖和果葡糖漿等。


木糖醇結晶,可通過澱粉加工而來


另外,玉米澱粉用於提高啤酒的風味穩定性也極為合適。釀酒一般用大麥芽、啤酒花、酵母和水釀製,有時為了降低成本也會加入未發芽的大麥、大米和玉米等代替麥芽。


但用玉米替代這些釀製啤酒的輔料,不僅各項指標達標,味道、口感都會更好。丹麥產世界名牌「嘉士伯」啤酒就是用玉米糝生產的。


「嘉士伯」啤酒


而玉米深加工成澱粉時,還會產生多餘的胚芽油。這種食用油的含油量極高,是大豆油含量的2倍。


因其營養價值高,而且易被人體吸收,其消化率高達97%以上,也被稱為「益壽油」。


玉米油


玉米還能緩和現存的環境污染問題。玉米深加工過程中還會產生5%的富含蛋白質的廢料——玉米黃粉。


玉米黃粉中有著30%的玉米醇溶蛋白,它的胺基酸組成獨特,富含疏水胺基酸,使其容易成膜。


玉米醇溶蛋白的螢光顯微鏡圖像(左)和SEM圖像(右)


因此玉米醇溶蛋白被視作新型食品包裝的優質材料,有著可食、方便、抗菌、環保的特點。


此外,玉米醇溶蛋白製作的口香糖不僅好吃,也不會再有20%的膠質無法降解。


玉米醇溶蛋白還可以用作食品保鮮,無論肉品、水果或乾果,只要在表面塗抹成膜,便能延長保鮮期。但受限於耗損率、價格問題,目前還無法大量投入應用中。


而在我國,燃料乙醇的生產就主要以玉米為原料。但這也存在著一個有趣的話題——「養人還是喂車」。畢竟一公頃玉米可以養活5個窮人,製成燃料卻只夠一輛車使用。


不過,用玉米秸稈制燃料倒是一個不錯的方向,例如沼氣池。除此以外,玉米秸稈也是很好的造紙材料,有望緩解我國造紙資源嚴峻的形勢。



而玉米中的玉米纖維則是在紡織材料上的優選,用玉米纖維製作的服裝等都可以通過掩埋降解。


它的拉伸程度、彎曲強度、彈性等壁紙一般的紡織材料都毫不遜色。而且因為同樣富有疏水性能,它更適宜製作針織內衣。



玉米同樣滲透進了醫學領域。一種從葡萄糖中得到的聚乳酸纖維也是極好的纖維,可以是運用在醫用縫合上。


再如用玉米做成藥劑的緩釋劑,也能有效保護藥效,是片狀藥物最常用的添加劑。另外各類抗菌素,如青黴素、紅黴素、氯黴素和金黴素的生產背後皆有玉米的功勞。



生活的每一個方面玉米都能插上一手,玉米的利用早已經滲透進生活的每一部分。


也許未來有一天人類真的會被玉米包圍。早上我拉開玉米做的窗簾,陽光會撒在書桌上用玉米製成的紙張上。我們穿著一件用玉米纖維做的衣服,吃下一片添加了玉米澱粉的藥片,配一口玉米釀的飲料,撕開玉米做的塑料袋,吞下那塊玉米發酵的麵包,喂寵物豬吃一把玉米做的飼料,然後開著燒玉米乙醇的車上班。



從此,這世上再也沒有一根玉米不能解決的事情。如果有,那就兩根。


《星際穿越》科學考:玉米為何能成為「末日作物」? 果殼網

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