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从无到有颠覆性突破!我国科学家突破人工合成淀粉技术

2021-09-24 16:32 点击:
  淀粉是什么?高分子碳水化合物,由葡萄糖分子聚合而成的多糖,是维持人体正常机能所必须的营养物质之一。我们每天吃各种主食,就是为了从大米小麦里面摄取淀粉。
 
  二氧化碳是什么?空气的组成部分之一,在自然界中含量丰富,但是随着工业化进程的发展,二氧化碳的含量已经超出了正常范围,成为了温室效应元凶之一。
 
  低碳减排已经成为全球共识,但是除了低碳减排之外,如何有效捕获利用二氧化碳并转化成经济价值推动市场发展,同样是降低自然界二氧化碳含量的重要举措之一。2021年六月我国发改委《关于请报送二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)项目有关情况的通知》以及冰岛近期投放的二氧化碳捕集器Orca都是为了应对温室气体排放量过多的问题。但是捕获后的二氧化碳如何处理,对于以收益为导向的市场经济来说,并没有很大的吸引力。
 
  让人振奋的是,中国科学院天津工业生物技术研究所(以下简称中科院天津工业生物所)的科研团队经过6年探索,在实验室里首次实现了淀粉分子的人工合成。相关成果北京时间24日由国际学术期刊《科学》发表。
 
  不依赖植物光合作用,以二氧化碳为原料,直接人工合成淀粉,听起来如同天方夜谭,但是它确实由我国科学家用现代科学技术创造的颠覆性成果。这是国际上首次创建出电/氢能驱动二氧化碳从头合成淀粉的途径,比自然路线反应步数更少,淀粉合成速率更快,约为传统农业生产淀粉的8.5倍。
 
  与环境问题一样,食物问题一直是全球发展的重要问题之一。无论是杂交水稻还是转基因食物,都是科学家们为了提高粮食产量,获得更多淀粉所作出的努力。但是农作物受到生长周期和种植面积以及天气状况的制约,想要快速获取更多淀粉,一直是科学界难题之一。
 
  2015年,中科院天津工业生物所科研团队启动了人工合成淀粉项目。计划将热电厂和水泥厂排放的高浓度二氧化碳分离出来作为原料,将低密度太阳能转化为高密度电/氢能作为能源,形成简单的碳氢化合物,然后再设计出从碳氢化合物到淀粉的生物合成过程。经过各种优化,科研团队成功将从二氧化碳到淀粉的合成途径简化至11步,并实现了精准调控。人工合成淀粉在核磁共振等检测手段下,表现模式和自然生产的淀粉别无二致。
 
  据了解,人工合成淀粉项目成果目前尚处于实验室阶段,离实际应用还有距离。但是按照目前的技术参数,在能量供给充足的条件下,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平均年产量,这为淀粉生产的车间制造提供了可能。
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