1立方米產量=5畝玉米產量 人工合成澱粉技術瞭解一下_風聞

來源：央視新聞客户端

2021-12-28 13:58

澱粉，既是糧食的主要成分，也是重要的工業原料，在生產生活中應用尤其廣泛，烹飪調味料、膠囊外殼、棉紗紡織等等都會用到澱粉。近期，中科院天津工業生物所的科研團隊經過6年探索，在實驗室裏首次實現了澱粉分子的人工合成。

在實驗室裏首次實現了澱粉分子的人工合成，這是國際上首次創建出電/氫能驅動二氧化碳從頭合成澱粉的途徑，但是澱粉並非稀缺資源，可以直接從玉米、薯類等農作物中提取。那麼，科研人員為什麼要費時費力合成澱粉呢？

中國科學院天津工業生物技術研究所副研究員 蔡韜：自然界中，我們的農作物其實一直都可以做這件事情，但它效率比較低，只能用低密度的太陽能，所以就導致農作物要種很大面積，很長時間，才能獲得足夠的能量和固定的二氧化碳來合成澱粉。

科研人員希望將工業排放的高濃度二氧化碳分離出來作為原料，將低密度太陽能轉化為高密度電/氫能作為能源，形成簡單的碳氫化合物，然後再合成複雜的澱粉分子。2015年，在中科院重大科技任務局支持下，該項目在中科院天津工業生物所啓動。

中國科學院天津工業生物技術研究所副研究員 蔡韜：我們設計了一條思路，通過化學和生物耦合。因為化學可以快速把高濃度二氧化碳變成簡單的一碳化合物，生物可以把簡單的一碳化合物變成複雜的分子，比如説澱粉分子。我們從近7000個反應裏面，設計出來一條只有9步的反應。

但這只是一條理論的虛擬途徑，科研團隊必須在現實中把這條路走通。蔡韜説，計算出來的途徑中，很多酶的組合在現實中從未出現過。不同的酶“脾氣秉性”不同，因此他們通過模塊化的組裝與適配，來找到這些問題和矛盾。

中國科學院天津工業生物技術研究所副研究員 蔡韜：把計算設計這條路徑切成4個模塊，先找模塊內的問題，再找模塊間的問題，通過這種方式就把我們原先計算設計的9步途徑變成了11步的反應，這11步的反應在現實的試管中就可以實現了，就實現了一碳化合物到澱粉的合成。

團隊告訴記者，雖然第一次實現了澱粉合成，但是能力很弱，需要通過蛋白質工程改造和時空分離等策略，將人工澱粉的生產強度提高130多倍，最終實現了整個澱粉人工合成的過程。

整整六年，科研團隊進行了幾百次測試，完成了33本實驗記錄，在無數次嘗試失敗之後，內心的糾結和痛苦無處不在，甚至讓他們開始懷疑人生。但也正是這樣的堅持，才有了後來的曙光和希望。

自然澱粉中是直鏈澱粉和支鏈澱粉混在一起，目前實驗室裏合成的主要是直鏈澱粉。從外觀上看，人工合成澱粉跟從玉米、薯類等農作物中提純出來的澱粉是一樣的。

中國科學院天津工業生物技術研究所所長 馬延和：從加工性能和吃起來的口感上可能會有一些區別。吃起來比較勁道，像粉條那樣的感覺。從營養價值到分子結構、外觀，這些都沒有任何區別。

作為一種基礎研究領域的原創性突破，人工合成澱粉仍處在實驗階段。實驗室規模小，平均一小時能合成出的澱粉只有幾克，但是按照目前的技術參數，在能量供給充足的條件下，1立方米大小的生物反應器年產澱粉量相當於5畝土地玉米種植的澱粉平均年產量，這為澱粉生產的車間製造提供了可能。

未來，科研人員要建立從二氧化碳到澱粉的可控網絡和生態系統，並嘗試在細胞內實現澱粉的人工合成，同時計劃在未來5至10年內，建立工業示範，以工業尾氣為原料，利用光伏等可再生電源分解水提供氫氣，在化學反應器中進行二氧化碳高效還原，在生物反應裝置中合成澱粉。