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從無到有顛覆性突破！我國(guó)科學(xué)家突破人工合成淀粉技術(shù)

2021-09-26 15:54:24 來源：化工儀器網(wǎng) 閱讀量：9005

　　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，是維持人體正常機(jī)能所必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一。我們每天吃各種主食，就是為了從大米小麥里面攝取淀粉。

　　二氧化碳是什么？空氣的組成部分之一，在自然界中含量豐富，但是隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，二氧化碳的含量已經(jīng)超出了正常范圍，成為了溫室效應(yīng)元兇之一。

　　低碳減排已經(jīng)成為全球共識(shí)，但是除了低碳減排之外，如何有效捕獲利用二氧化碳并轉(zhuǎn)化成經(jīng)濟(jì)價(jià)值推動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展，同樣是降低自然界二氧化碳含量的重要舉措之一。2021年六月我國(guó)發(fā)改委《關(guān)于請(qǐng)報(bào)送二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)項(xiàng)目有關(guān)情況的通知》以及冰島近期投放的二氧化碳捕集器Orca都是為了應(yīng)對(duì)溫室氣體排放量過多的問題。但是捕獲后的二氧化碳如何處理，對(duì)于以收益為導(dǎo)向的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)來說，并沒有很大的吸引力。

　　讓人振奮的是，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所(以下簡(jiǎn)稱中科院天津工業(yè)生物所)的科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過6年探索，在實(shí)驗(yàn)室里首次實(shí)現(xiàn)了淀粉分子的人工合成。相關(guān)成果北京時(shí)間24日由國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表。

　　不依賴植物光合作用，以二氧化碳為原料，直接人工合成淀粉，聽起來如同天方夜譚，但是它確實(shí)由我國(guó)科學(xué)家用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造的顛覆性成果。這是國(guó)際上首次創(chuàng)建出電/氫能驅(qū)動(dòng)二氧化碳從頭合成淀粉的途徑，比自然路線反應(yīng)步數(shù)更少，淀粉合成速率更快，約為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)淀粉的8.5倍。

　　與環(huán)境問題一樣，食物問題一直是全球發(fā)展的重要問題之一。無論是雜交水稻還是轉(zhuǎn)基因食物，都是科學(xué)家們?yōu)榱颂岣呒Z食產(chǎn)量，獲得更多淀粉所作出的努力。但是農(nóng)作物受到生長(zhǎng)周期和種植面積以及天氣狀況的制約，想要快速獲取更多淀粉，一直是科學(xué)界難題之一。

　　2015年，中科院天津工業(yè)生物所科研團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)了人工合成淀粉項(xiàng)目。計(jì)劃將熱電廠和水泥廠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(zhuǎn)化為高密度電/氫能作為能源，形成簡(jiǎn)單的碳?xì)浠衔?，然后再設(shè)計(jì)出從碳?xì)浠衔锏降矸鄣纳锖铣蛇^程。經(jīng)過各種優(yōu)化，科研團(tuán)隊(duì)成功將從二氧化碳到淀粉的合成途徑簡(jiǎn)化至11步，并實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)調(diào)控。人工合成淀粉在核磁共振等檢測(cè)手段下，表現(xiàn)模式和自然生產(chǎn)的淀粉別無二致。

　　據(jù)了解，人工合成淀粉項(xiàng)目成果目前尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，離實(shí)際應(yīng)用還有距離。但是按照目前的技術(shù)參數(shù)，在能量供給充足的條件下，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平均年產(chǎn)量，這為淀粉生產(chǎn)的車間制造提供了可能。

　　參考資料：中國(guó)科學(xué)報(bào)

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