中国首次在实验室实现人工合成淀粉
——中科院天津工业生物所重大创新成果
https://news.hangzhou.com.cn/gnxw/content/2021-09/24/content_8060488.htm
中国科学院天津工业生物技术研究所(中科院天津工业生物所)主导完成的人工合成淀粉重大科技突破进展成果论文，北京时间2021年9月24日凌晨在著名国际学术期刊《科学》上线发表，从而为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造“打开了一扇窗”。
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，向设计自然、超越自然目标的实现迈进一大步，为创建新功能的生物系统提供新的科学基础，也将为未来从二氧化碳合成淀粉开辟崭新道路，使未来淀粉的工业化生物制造成为可能。
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。
中科院天津工业生物所介绍说，淀粉是粮食最主要的成分，同时也是重要的工业原料。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，淀粉合成与积累涉及60余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。农作物的种植通常需要较长周期，需要使用大量土地、淡水等资源以及肥料、农药等农业生产资料。粮食危机、气候变化是人类面临的重大挑战，粮食淀粉可持续供给、二氧化碳转化利用是当今世界科技创新的战略方向。而不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳合成淀粉，是影响世界的重大颠覆性技术。
淀粉合成原理:
淀粉是绿色植物光合作用产生的：6CO2+6H2O=C6H12O6+6O2。
绿色植物在阳光照射下，将外界吸收来的二氧化碳和水分，在叶绿体内，利用光能制造出以碳水化合物为主的有机物，并释放出氧气。
光合作用首先产生葡萄糖，葡萄糖聚合成淀粉，淀粉被动物吃下，再次转化成能量，这是能量的转化过程。
人工合成淀粉整体设计思路，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/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。
生物合成过程大致是先做化学反应——利用高密度电/氢能将二氧化碳还原为碳一化合物。再做生物反应——将碳一化合物聚合为碳三化合物、碳六化合物（即葡萄糖） 直至长链淀粉分子。
经过实验室研究和实际应用验证，该二氧化碳合成淀粉技术在最佳条件下，淀粉合成效率可达80%。这意味着，每10吨二氧化碳可以合成8吨淀粉。此外，该技术对环境友好，有助于减少温室气体排放。
人工淀粉可以不受气候和季节的影响，进行全天候生产，可以毫不夸张地说，这一研发成果或将改变全球农业格局。一旦人工淀粉投入到实际农业生产当中，将会节约至少9成的耕地和淡水资源，不仅造福了老百姓，而且解决世界粮食供给困难问题，具有更高层面上的国际意义。
