淀粉，既是粮食的主要成分，也是重要的工业原料，在生产生活中应用尤其广泛，烹饪调味料，胶囊外壳，棉纱纺织等等都会用到淀粉近期，中科院天津工业生物所的科研团队经过6年探索，在实验室里首次实现了淀粉分子的人工合成

在实验室里首次实现了淀粉分子的人工合成，这是国际上首次创建出电/氢能驱动二氧化碳从头合成淀粉的途径，但是淀粉并非稀缺资源，可以直接从玉米，薯类等农作物中提取那么，科研人员为什么要费时费力合成淀粉呢

中国科学院天津工业生物技术研究所副研究员 蔡韬:自然界中，我们的农作物其实一直都可以做这件事情，但它效率比较低，只能用低密度的太阳能，所以就导致农作物要种很大面积，很长时间，才能获得足够的能量和固定的二氧化碳来合成淀粉。

科研人员希望将工业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，然后再合成复杂的淀粉分子2015年，在中科院重大科技任务局支持下，该项目在中科院天津工业生物所启动

中国科学院天津工业生物技术研究所副研究员 蔡韬:我们设计了一条思路，通过化学和生物耦合因为化学可以快速把高浓度二氧化碳变成简单的一碳化合物，生物可以把简单的一碳化合物变成复杂的分子，比如说淀粉分子我们从近7000个反应里面，设计出来一条只有9步的反应

但这只是一条理论的虚拟途径，科研团队必须在现实中把这条路走通蔡韬说，计算出来的途径中，很多酶的组合在现实中从未出现过不同的酶脾气秉性不同，因此他们通过模块化的组装与适配，来找到这些问题和矛盾

中国科学院天津工业生物技术研究所副研究员 蔡韬:把计算设计这条路径切成4个模块，先找模块内的问题，再找模块间的问题，通过这种方式就把我们原先计算设计的9步途径变成了11步的反应，这11步的反应在现实的试管中就可以实现了，就实现了一碳化合物到淀粉的合成。在玉米等作物中，自然光合作用的淀粉合成和积累涉及60多个生化反应和复杂的生理调节，理论能量转换效率约为2%。。

团队告诉记者，虽然第一次实现了淀粉合成，但是能力很弱，需要通过蛋白质工程改造和时空分离等策略，将人工淀粉的生产强度提高130多倍，最终实现了整个淀粉人工合成的过程。中国科学院天津工业生物研究所研究团队经过多年攻关攻关，联合大连化学物理研究所，采用类似“搭积木”的方式，通过耦合化学催化和生物催化模块系统，实现了“光能-电能-化学能”的能量转化模式，仅用11步就成功构建了一条从二氧化碳到淀粉合成的人工途径。

整整六年，科研团队进行了几百次测试，完成了33本实验记录，在无数次尝试失败之后，内心的纠结和痛苦无处不在，甚至让他们开始怀疑人生但也正是这样的坚持，才有了后来的曙光和希望

自然淀粉中是直链淀粉和支链淀粉混在一起，目前实验室里合成的主要是直链淀粉从外观上看，人工合成淀粉跟从玉米，薯类等农作物中提纯出来的淀粉是一样的

中国科学院天津工业生物技术研究所所长 马延和:从加工性能和吃起来的口感上可能会有一些区别吃起来比较劲道，像粉条那样的感觉从营养价值到分子结构，外观，这些都没有任何区别

作为一种基础研究领域的原创性突破，人工合成淀粉仍处在实验阶段实验室规模小，平均一小时能合成出的淀粉只有几克，但是按照目前的技术参数，在能量供给充足的条件下，1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩土地玉米种植的淀粉平均年产量，这为淀粉生产的车间制造提供了可能

未来，科研人员要建立从二氧化碳到淀粉的可控网络和生态系统，并尝试在细胞内实现淀粉的人工合成，同时计划在未来5至10年内，建立工业示范，以工业尾气为原料，利用光伏等可再生电源分解水提供氢气，在化学反应器中进行二氧化碳高效还原，在生物反应装置中合成淀粉。

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