中国化工报：二氧化碳人工合成淀粉需要几步？

二氧化碳人工合成淀粉需要几步？



粮食不需要土地种植，可以在生产车间中制造出来。如今，这个看似天方夜谭的想象正在成为可能。中国科学家成功构建从二氧化碳人工合成淀粉仅需11步反应的途径！

9月23日，中科院召开新闻发布会宣布，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突破性进展，在国际上首次实现二氧化碳到淀粉的从头合成。相关成果北京时间24日由国际知名学术期刊《科学》在线发表。



目前，淀粉主要由玉米等农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产，合成与积累涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控，理论能量转化效率仅为2%左右。农作物种植通常需较长周期，并使用大量土地、淡水等资源和肥料、农药等农业生产资料。



中国科学院天津工生所研究团队，采用一种类似“搭积木”的方式，从头设计出11步主反应的非自然二氧化碳固定与人工合成淀粉新途径，在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。核磁共振等检测发现，人工合成淀粉分子与天然淀粉分子的结构组成一致。



天津工生所联合中科院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，将碳三化合物聚合成碳六化合物，再进一步合成直链和支链淀粉。

我就在想，他们敢吃吗

能食用吗？还是工业上用？

hnzzszs 发表于 2021-9-25 14:18
能食用吗？还是工业上用？

首先是在工业上用呀

威风的奥特曼。 发表于 2021-9-24 19:51
我就在想，他们敢吃吗

央视等官方新闻的报道要特别注意相关数字和关键字眼。比如在此次关于中国首次实现人工合成淀粉的过程中，有几个非常值得注意的点：

1、中国“人工合成淀粉”缩短了步骤，将60多步缩减到只需要11步——新技术，别的国家技术和我们差距很大；

2、能量利用提升3.5倍，突破光合作用对太阳能利用的局限，1立方米的生物反应器，1年的淀粉产量，相当于我国5亩玉米的平均年产量——中国的粮食生产对土地的依赖降低；

3、该技术可以和实现“双碳”目标结合在一起——可以利用二氧化碳生成淀粉，降低温室气体排放，实现中国的“碳排放”目标；

4、中国正在尝试令其实现大规模工业化生产——我们要实现这项技术的大规模使用。

hnzzszs 发表于 2021-9-25 14:18
能食用吗？还是工业上用？

普通情况下，淀粉主要由绿色植物通过光合作用固定二氧化碳进行合成。在农作物中，将二氧化碳转变为淀粉的复杂过程中，太阳能的理论利用效率不超过2%，且农作物生长周期长，需大量土地、淡水、肥料等资源。因此，新的淀粉制备方法实现了对二氧化碳的高效转化利用，无疑是多重利好。
对于这项二氧化碳人工合成淀粉技术的详细介绍及解读，在9月23日，中科院就此召开了新闻发布会。会上，中科院副院长周琪表示，当今世界面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战，二氧化碳的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。
而团队的整体设计思路是，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或氢能作为能源，形成简单的碳氢化合物，然后设计出从碳氢化合物到淀粉的生物合成过程。
这项研究成果，也获得了中外同行专家的认可和高度评价。
《科学》评审专家表示，“该项工作是一项里程碑式突破，将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响。”美国工程院院士、瑞典查尔姆斯理工大学教授延斯·尼尔森称，利用不同种类的酶组成的重组酶系统，将二氧化碳化学催化产生的甲醇成功转化为淀粉，是一个现代催化化学与合成生物学相结合的精彩案例。中国工程院院士、南京工业大学原校长欧阳平凯也认为，该研究对中国、对世界解决二氧化碳生成淀粉这个人类基本的食品和原料的问题以及“碳中和”工作，都有很重要的意义。
不过，上述展望的实现，仍要建立在一定条件的基础上。举例来说，首先该转化过程的成本需进一步降低，与农业种植相比具有经济可行性，才有可能节约耕地和淡水资源，同时避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平，促进碳中和的生物经济发展。

该探索发现距离产业化应用还有很长的路要走！
设想一下：按目前所述的需要11步反应！？淀粉收率不太可能高于20%，难分离的各种杂质含量超过80%以上，成本估计也不会低于每斤百元，这样金贵的人工合成淀粉给动物吃也很不人道。

WQH518 发表于 2021-9-26 11:22
该探索发现距离产业化应用还有很长的路要走！
设想一下：按目前所述的需要11步反应！？淀粉收率不太可能高 ...

有这个路径
肯定是需要很长的时间去具体化

威风的奥特曼。 发表于 2021-09-24 19:51
我就在想，他们敢吃吗

自古评论出英雄

hnzzszs 发表于 2021-09-25 14:18
能食用吗？还是工业上用？

大家要注意很重要的一点，这是化学法合成淀粉，原材料是二氧化碳、水、适合的催化剂和充分的能量。
我个人相信是在技术上有很大突破，是一碳化学与有机化学和酶化学结合的巨大进步，应该是有重要的理论指导意义。
另外我从合成的简化线路上看，与绿色植物的光合作用相比较，没有氧放出。

但这决不是说能够合成淀粉就相当于生产粮食，因为我们所说的粮食是一大类含有不同比例的淀粉、脂肪、蛋白质、及一些其他复杂组成的植物的种子、果实、块根或作物的营养器官，淀粉只是其中一部分碳水化合物，与解决粮食问题不是一个概念。淀粉只是为人提供能量和部分营养成分，您不能靠只吃粉条或粉皮活着，还要有脂肪和蛋白质。生产粮食还是得靠大自然，靠绿色植物，从能效上是最经济的，除非有一天技术进步到能够能合成全营养成分的食物原料。如果有一天能合成黄豆、麦粒、大米、圆白菜苹果香蕉了，那才是真正解决合成粮食的问题了。

这是合成线路的简单说明，涉及到一系列的酶。有生物化学和有机合成知识背景的朋友，可以看出这个合成的复杂性。

qugd 发表于 2021-9-27 10:08
大家要注意很重要的一点，这是化学法合成淀粉，原材料是二氧化碳、水、适合的催化剂和充分的能量。
我个人 ...

这个技术当下没有应用意义，结合科幻来看就有意义了。人类生存摄取能量的方式外在的只有供暖这一项，更主要靠消化食物维持生存。食物的循环离不开植物，植物需要消耗大量土地，不利于太空远航。
这类技术可以在不愁能量的情况下完成食物的循环，对人类未来意义很大的。《三体》里未来人类也不重地了，食物来自可控核聚变的能量来合成，离不开类似的技术

清城君 发表于 2021-9-27 17:15
这个技术当下没有应用意义，结合科幻来看就有意义了。人类生存摄取能量的方式外在的只有供暖这一项，更主 ...

你这个看的长远，一种能量技术

2、能量利用提升3.5倍，突破光合作用对太阳能利用的局限，1立方米的生物反应器，1年的淀粉产量，相当于我国5亩玉米的平均年产量——中国的粮食生产对土地的依赖降低；
——这段文字怎么看都是用太阳能实现的反应，而且比植物光合作用效率高，根本没提氢气的事。

qugd 发表于 2021-9-27 10:08
大家要注意很重要的一点，这是化学法合成淀粉，原材料是二氧化碳、水、适合的催化剂和充分的能量。
我个人 ...

这个技术对粮食安全来说也具有重要意义
无论这种淀粉能不能直接食用，至少工业应用了就不会和人们口中抢粮了。