人工合成淀粉引发生物制造业革命

 

 

【这些年，我们创造的奇迹④】

本报天津2月5日电（记者齐芳）水+二氧化碳+电=淀粉？这个看似天方夜谭的想法，被中国科学家实现。2021年9月，我国首次实现从二氧化碳到淀粉的人工合成，令国际科学界大为惊叹。新年伊始，记者从中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称“工业生物所”）了解到，这项研究又迈出重要一步，在基础研究继续深入的同时，人工合成淀粉的吨级中试装置已经建成，工程化测试正在紧锣密鼓展开。

 

淀粉不仅是粮食的主要成分，也是重要的工业原料，在造纸业、纺织业、食品加工业、胶黏剂生产等领域有广泛应用。

 

在实验室中“制造”淀粉一直是科学家的梦想——不依赖植物光合作用，而是人工合成淀粉，不仅极大节约土地、水等自然资源，还将推动生物经济的到来，为应对人口持续增长等问题提供解决方案。

 

然而，由于人类至今没能窥破光合作用的全部奥秘，几十年来，“制造”淀粉的努力一直难有突破。直到中国科学家独辟蹊径，找到一条“无中生有”的技术路线。

 

“完全模拟自然是不现实的，也不经济。自然光合作用只能利用低能量密度的太阳能，理论能量转化效率只有2%。我们的研究就是想探索出一条新的技术路线。”中科院工业生物所所长马延和研究员说。

 

为此，中科院工业生物所联合大连化学物理所研究团队，全新设计了科研路径。简单地说，就是分解水产生的氢气作为还原力，将二氧化碳加氢转化为甲醇分子；然后以甲醇为碳骨架和能源载体，进一步通过酶催化的反应，合成生物大分子葡萄糖，最后进行聚合产生淀粉。

 

“按我国玉米淀粉平均亩产量计算，依目前技术参数，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量，相当于5亩土地玉米种植的淀粉产量，而合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。”马延和说。

 

这项成果一经问世，就震惊了国际学术界。德国科学院院士曼弗雷德·雷兹、美国工程院院士延斯·尼尔森、中国科学院院士康乐、中国工程院院士陈坚等专家均给出了极高评价。日本神户大学副校长近藤昭彦说：“这项研究成果将对下一代生物制造和农业发展带来变革性影响。”

 

“基础研究的突破并不是科研终点，能否落地转化至为关键。”马延和说，“通过工程测试，制造过程中的能量损失要收回、能量输入要减少，还要探索多条技术路线。我们希望建立工业化示范装置，尽早让实验室成果走进工厂。”

 

来源：光明日报今日头条号