理化学研究所微生物生态学研究室(主任研究员堀越弘毅先生)打破了自巴斯德氏学说诞生以来在碱性条件下微生物不能生长的常识性概念,提出了迄今连想都未曾想到过的让微生物在pH10左右的条件下生长的想法。而且,还发现了很多非得在碱性条件下生长的新的微生物群,打开了迄今还不为人们所知的“碱性世界”的大门。为此功绩,今年春天荣获了大河内奖。
从堀越先生开辟的“碱性世界”里涌现出一种非常“热门”的商品。这就是被称作是“不可思议的分子囊”的一种神通广大的粉末,人们把它称作是本世纪淀粉应用上的最大发明,反响很大,以至去年在匈牙利召开了有关这一应用的国际会议。
虽也称之为囊,但并非维生素剂、感冒药之类的胶囊。其外表和面粉一模一样,呈松散的白色粉末状,是一种叫作“β - 环状糊精”的粉末浆糊,靠从碱性微生物中提取的酶使淀粉分解来制得。
—般的淀粉,葡萄糖分子都是链型连接。而这种浆糊,7个葡萄糖分子构成一个环,呈环状分布。环很小、外径为13.4/亿 公分。这环的空心部分(内径为7 ~ 8/亿 公分)也真玄,会包藏住各种化合物。这种分子囊的“包覆”作用具有惊人的效能:因强烈的刺激性臭味而吞服不下的“治癌剂”、因在阳光照射下会发生分解而不能使用的农药……等等,用上这种粉末后,都重又获得了新生。
拿药品来讲,首先它可在药品合成时起一种催化剂的作用。譬如促进血液凝固的维生素K,因其—接触空气就会坏,故难以进行制造。但若制造时掺入环状糊精,则即使接触空气,也不用担心其是否会坏,可放心地进行制造。
对药品的“包覆”也很有效。譬如前列腺素这个药,其作为一种事后处理类似坐药那样简便的避孕药而引人注目。但这种药一放进入的体内,只要2秒钟便失去效力。故就是从安全角度出发,还不能直接进行应用。可出乎意料的是用分子囊将其浑身上下一“裹”,便可在体内充分保持其效能了。这一现象引起了联合国国际保健机构(WHO)的关注,并把用环状糊精“包”住的前列腺素分给了18个国家,现正对其进行避孕试验。消息传开致使前列腺素制造公司的股票暴涨。
大蒜精也同样如此,掺入分子囊后,即被从头到脚“裹”了起来,臭味也就无影无踪了。某制药公司研制出一种从无花果提炼出来的治癌剂。但是该治癌剂具有一股强烈的刺激性臭味,病人难以下咽。据人们推测,这种药不适宜直接进行应用。可令人难以置信的是,仅掺入一点环状糊精,臭味便随之消失了。人们预感到它前程无量,K制药公司的股票从原来的200日元左右,一下子突破4000 日元。因为如像以前那样仅将其制成糖衣药片,臭味会“刺”破糖衣、病人还是抵挡不住。
在日常生活中,有时会有这样的情况:必须由肠子来吸收的药口服后,中途却全部被胃吸收掉了,并未送到肠子里。掺入分子囊后,即可受到保护,可准确无误地将药送到肠子里。在苦口的药内掺入这种分子囊后,即可感觉不出苦味。
环状糊精是一种类似浆糊一样的物质,可溶解于水。进入体内后,不一会儿便可溶化。原料为淀粉,是一种自然食品,在体内消化后,即成葡萄糖。因此这是一种完全无害的产品。可放心地使用。另外它还可用于农药。蚊香的成分一一天然合成除虫菊酯是一种理想的农药,它对危害稻子的害虫浮尘子很有效,而对热血动物则全无毒性。可是不管怎么讲,它经不起紫外线光的照射。如果撒在田里,马上会在太阳光的照射下全部分解掉,即使想用也没法用。把它同环状糊精混在一起,它就被巧妙地“包”起来了。于是可保持效力30天左右,此外还有其他—些优点,这样就又能用作农药了。等农林省一批准,首先将它用于种植菜叶。害虫一吃上沾有这种药的叶子,分子囊即在其体内溶化,于是,农药即发挥出其威力。
在食品行业,分子囊也备受欢迎。由于食品公害的影响,色素或香料之类的人造品已为人们所遗弃,不断取而代之的是天然品。可天然品时间放不长,时间一长,颜色也掉了,香气也没了。掺入分子囊后,色素或香料之类即被无色透明的膜“包”了起来,这样颜色和香气就不会失去,可保持很长的时间。人们把它添加在小甜饼干、火腿之类的材料内。现在市场上已有出售。您若买上这种一放进嘴里就会“爆”出香味的小甜饼干,那就有可能里面掺有这种分子囊。
用小麦粉做的面条、用荞麦粉做的面条,还有用小麦粉按中国制法制成的面条等等,在这些生面里,以及在火腿、香肠,鱼糕等熟食品里,为了防止腐败,都使用了过氧化氢。但是过氧化氢的使用存在着很多问题,现已被禁止使用。这对商业界来讲,确实事关重大,故引起了一阵恐慌。这时,以“救世主”面貌出现的正是这种神通广大的粉末。在酒精中掺入环状糊精,经搅拌,酒精即被“包”了起来,非常简便。将它们一起拌入上述食品中,便是一种添加防腐剂的产品了。酒精成分只要一煮,就会挥发掉。对于馄饨皮子,饺子皮子来讲,现在环状糊精已是一种不可缺少的东西了。
有一个化学公司,以一公斤200 ~ 300日元的代价买进这种环状糊精。仅掺入一点酒精后,即以一公斤600日元的售价卖出,非常得意。如此简单的制法,都获得了专利。这样一来其它公司便无法上手了。
虽和浆糊同族,但却毫无吸湿性,这正是分子囊的魅力之一,将它同桔子水,酱油,辣酱油混合,可很方便地制成粉末辣酱油,粉末桔子水等。美国为了节能,正在研究=种不用水的染色法,如果用这种方法将染料“包”起来,看来可在不脏手、不用水的条件下完成染色。
糕饼球小甜饼干之类的发泡要用蛋白,但是将其一冻结,泡就出不来了。出人意料的是,掺入1%的环状糊精后,发现冻结的蛋白也能起泡。究竟为什么会这样,现在还不明其由。总之,这是一种不可思议的物质,人们把它称作是淀粉应用上“20世纪的最大发明”、“自快速拉面问世以来的巨大成功”,云云。
环状糊精这东西本身,绝非什么新产品,人们早在19世纪末就已知道其制造方法了。由于用当时的制造法制造一公斤糊精,代价竟达10万日元之多,故即使做出来也用不起。现在堀越研究室研究出来的制造方法,制造一公斤只要花200 ~ 2000日元,于是才得以问世。外国的科学家们惊叹道:“这样便宜的价钱简直难以置信。”
堀越先生在谈到发明动机时说:“发酵工业这一行业,欧洲也许因为是以酿酒为中心发展起来的缘故吧,全使用弱酸。教科书中也写着:在碱性条件下微生物不能生长。大家都过分被这一常识捆住了手脚;可是一了解,发现在碱性条件下也能生长的微生物有的是。”
从带有“碱性”两个字的新的微生物世界,打这以后还会有什么问世呢?堀越先生着眼于造纸公司牛皮纸浆废液的研究。并成功地将乌黑的强碱性废液(pH13)变换成了微生物蛋白(SCP),其次正在努力找出构成石油的微生物,力图变纸浆废液和城市垃圾等为石油。
[《科学と实验》(日),1982年第5期]