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“空气变面条”之后,中国科学家又有重磅成果:“空气变油、变葡萄糖”也实现了!

“空气变面条”之后,中国科学家又有重磅成果:“空气变油、变葡萄糖”也实现了!

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“空气变面条”之后,中国科学家又有重磅成果:“空气变油、变葡萄糖”也实现了!

每日经济新闻 2022-04-30 12:06:33

每经编辑 段炼    

据中新网,继在国际上首次实现二氧化碳到淀粉的从头合成之后,中国科学家团队再次实现二氧化碳“变废为宝”,

对此网友们纷纷惊叹:“造福人类的技术”“距离喝西北风吃饱饭的日子越来越近了”“未来可能实现吃空气了”……

将二氧化碳人工转化为高附加值化合物,“变废为宝”,是科技界持续攻关的重要领域。二氧化碳除了可以“变”淀粉,还能“变”其他东西吗?这项成果给出了肯定答案。

中国科学家独创

将二氧化碳转化为葡萄糖和油脂

据新华社,日前,我国科学家独创了一种二氧化碳转化新路径,通过电催化与生物合成相结合,成功以二氧化碳和水为原料合成了葡萄糖和脂肪酸,为人工和半人工合成“粮食”提供了新路径

通过电化学耦合生物发酵实现将二氧化碳和水转化为长链产品的示意图。

图片来源:研究团队供图(新华社)

葡萄糖和油脂是重要的粮食成分,通过催化过程将二氧化碳转化为葡萄糖或者油脂,长期以来国内外研究者众多,但成功案例非常罕见。

此项研究中,科研人员首先将二氧化碳高效还原合成高浓度乙酸,然后用酿酒酵母对乙酸进行发酵。“这个过程可以理解为,先将二氧化碳转化为酿酒酵母的‘食物’乙酸,然后酿酒酵母不断‘吃醋’来合成葡萄糖和脂肪酸。”研究完成者之一、中国科学技术大学教授曾杰说。

自然界中粮食作物生长受季节、地域、气候的影响,此项研究完全实现人工可控,突破了众多外界条件限制。“利用这种电催化与生物合成相结合的模式,‘从无到有’地在克级水平合成了葡萄糖,这显示了该策略较高的生产水平与发展潜力。” 研究完成者之一、中国科学院深圳先进技术研究院研究员于涛说。

“未来,如果要合成淀粉、制造色素、生产药物等,只需保持电催化设施不变,更换发酵使用的微生物就能实现。” 研究完成者之一、电子科技大学教授夏川表示,从科研成果的产出到规模化应用仍有较长距离,有赖于相关技术的全面提升和成本的持续降低。未来,将进一步研究电催化与生物发酵这两个平台的同配性和兼容性。

上海交通大学微生物代谢国家重点实验室主任邓子新院士评价:该研究开辟了电化学结合活细胞催化制备葡萄糖等粮食产物的新策略,为进一步发展基于电力驱动的新型农业与生物制造业提供了新范例,是二氧化碳利用的重要发展方向。

该成果28日以封面文章形式在国际学术期刊《自然·催化》发表

此前已实现

二氧化碳到淀粉从头合成

据中国科学报,2021年9月24日,《科学》刊发中国科学院天津工业生物技术研究所在淀粉人工合成方面取得的重大突破性进展。 该研究在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成

淀粉是粮食最主要的成分,也是重要的工业原料。中国科学院副院长、中国科学院院士周琪表示,当今世界正面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战,科技创新已成为重塑世界格局、创造人类美好未来的关键因素。

二氧化碳转化利用与粮食淀粉工业合成,正是应对挑战的重大科技问题之一。

论文通讯作者,天津工业生物所所长、研究员马延和介绍,天津工业生物所从头设计了11步主反应的非自然二氧化碳固定与淀粉合成新途径,在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉分子的全合成。

研究团队采用了一种类似“搭积木”的方式,联合大连化学物理研究所,利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一化合物,然后通过设计构建碳一聚合新酶,依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三化合物,最后通过生物途径优化,将碳三化合物又聚合成碳六化合物,再进一步合成直链和支链淀粉。

科研团队乔婧科研助理、蔡韬副研究员、马延和研究员、朱蕾蕾研究员、孙红兵科研助理(从左至右)在中国科学院天津工业生物技术研究所实验室合影(9月16日摄)。图片来源:新华社记者 金立旺 摄

这一人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍,向实现设计自然、超越自然的目标迈进了一大步,为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。

业内专家称,如果未来二氧化碳人工合成淀粉的系统过程成本能够降低到与农业种植相比具有经济可行性, 将会节约90%以上的耕地和淡水资源,避免农药、化肥等对环境的负面影响 ,推动形成可持续的生物基社会,提高人类粮食安全水平。同时,最新研究成果实现在无细胞系统中 用二氧化碳和电解产生的氢气合成淀粉的化学-生物法联合的人工淀粉合成途径(ASAP),为推进“碳达峰”和“碳中和”目标实现的技术路线提供一种新思路。

“如果人工合成淀粉示范可以达到理论能量转换效率的80%, 那么10度电大约可以合成1公斤淀粉 ”论文通信作者、天津工生所所长马延和表示。

按照目前的技术参数推算, 理论上1立方米大小的生物反应器年产量,相当于我国5亩土地玉米种植的淀粉年平均产量

根据农业农村部市场预警专家委员会的预测,2021-2022年度,中国玉米种植面积约6.40亿亩(中国耕地总面积18.5亿亩,小编注),较上年度增加2109万亩,增长3.4%;预计玉米总产量2.72亿吨,比上年度增长4.3%。

国内外领域专家评价认为,该成果是“典型的0到1原创性突破”,“扩展并提升人工光合作用能力前沿研究领域的重大突破,是一项具有‘顶天立地’重大意义的科研成果”;“不仅对未来的农业生产特别是粮食生产具有革命性的影响,而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义”;“将给下一代生物制造和农业生产带来变革性影响”。

编辑|段炼 杜恒峰

校对| 程鹏

每日经济新闻综合自中新网、新华社、中国科学报、公开资料等

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