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人工合成淀粉引發(fā)生物制造業(yè)革命

工程化測(cè)試正在緊鑼密鼓展開

光明日?qǐng)?bào)天津2月5日電（記者齊芳）水+二氧化碳+電=淀粉？這個(gè)看似天方夜譚的想法，被中國科學(xué)家實(shí)現(xiàn)。2021年9月，我國首次實(shí)現(xiàn)從二氧化碳到淀粉的人工合成，令國際科學(xué)界大為驚嘆。新年伊始，記者從中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所（以下簡稱“工業(yè)生物所”）了解到，這項(xiàng)研究又邁出重要一步，在基礎(chǔ)研究繼續(xù)深入的同時(shí)，人工合成淀粉的噸級(jí)中試裝置已經(jīng)建成，工程化測(cè)試正在緊鑼密鼓展開。

淀粉不僅是糧食的主要成分，也是重要的工業(yè)原料，在造紙業(yè)、紡織業(yè)、食品加工業(yè)、膠黏劑生產(chǎn)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

在實(shí)驗(yàn)室中“制造”淀粉一直是科學(xué)家的夢(mèng)想——不依賴植物光合作用，而是人工合成淀粉，不僅極大節(jié)約土地、水等自然資源，還將推動(dòng)生物經(jīng)濟(jì)的到來，為應(yīng)對(duì)人口持續(xù)增長等問題提供解決方案。

然而，由于人類至今沒能窺破光合作用的全部奧秘，幾十年來，“制造”淀粉的努力一直難有突破。直到中國科學(xué)家獨(dú)辟蹊徑，找到一條“無中生有”的技術(shù)路線。

“完全模擬自然是不現(xiàn)實(shí)的，也不經(jīng)濟(jì)。自然光合作用只能利用低能量密度的太陽能，理論能量轉(zhuǎn)化效率只有2%。我們的研究就是想探索出一條新的技術(shù)路線。”中科院工業(yè)生物所所長馬延和研究員說。

為此，中科院工業(yè)生物所聯(lián)合大連化學(xué)物理所研究團(tuán)隊(duì)，全新設(shè)計(jì)了科研路徑。簡單地說，就是分解水產(chǎn)生的氫氣作為還原力，將二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化為甲醇分子；然后以甲醇為碳骨架和能源載體，進(jìn)一步通過酶催化的反應(yīng)，合成生物大分子葡萄糖，最后進(jìn)行聚合產(chǎn)生淀粉。

“按我國玉米淀粉平均畝產(chǎn)量計(jì)算，依目前技術(shù)參數(shù)，理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉量，相當(dāng)于5畝土地玉米種植的淀粉產(chǎn)量，而合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。”馬延和說。

這項(xiàng)成果一經(jīng)問世，就震驚了國際學(xué)術(shù)界。德國科學(xué)院院士曼弗雷德·雷茲、美國工程院院士延斯·尼爾森、中國科學(xué)院院士康樂、中國工程院院士陳堅(jiān)等專家均給出了極高評(píng)價(jià)。日本神戶大學(xué)副校長近藤昭彥說：“這項(xiàng)研究成果將對(duì)下一代生物制造和農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來變革性影響。”

“基礎(chǔ)研究的突破并不是科研終點(diǎn)，能否落地轉(zhuǎn)化至為關(guān)鍵。”馬延和說，“通過工程測(cè)試，制造過程中的能量損失要收回、能量輸入要減少，還要探索多條技術(shù)路線。我們希望建立工業(yè)化示范裝置，盡早讓實(shí)驗(yàn)室成果走進(jìn)工廠。”

《光明日?qǐng)?bào)》（ 2023年02月06日 01版）

來源：光明網(wǎng)-《光明日?qǐng)?bào)》