中国科学家实现人工合成淀粉为何是意义非常重大的成果

时评/三杉 图/来自网络

中国科学家历时6年多科研攻关，首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成，这是继上世纪60年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后，中国科学家又在人工合成淀粉领域方面取得的重大颠覆性、原创性突破成果。

淀粉是粮食最主要的成分，通常由农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产。

自然界的淀粉合成与积累，涉及60余步生化反应以及复杂的生理调控。

人工合成淀粉是科技领域一个重大课题。此前，多国科学家积极探索，但一直未取得实质性重要突破。

近日，据媒体报道：以二氧化碳为原料，不依赖植物光合作用，直接人工合成淀粉——看似科幻的一幕，真实地发生在实验室里。中国科学家首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，相关成果北京时间9月24日由国际知名学术期刊《科学》在线发表。

中国科学院天津工业生物技术研究所研究员马延和带领团队，采用一种类似“搭积木”的方式，从头设计、构建了11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径，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。

实验室初步测试显示，人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍。

在充足能量供给的条件下，按照目前技术参数，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩玉米地的年产淀粉量。

据专家介绍，此次研究设计、组装出一种自然界不存在的合成代谢途径，并使其工作效率大幅高于自然生物过程，跨越了自然途径数亿年的进化。这一突破，为淀粉的车间生产打开一扇窗口，并为二氧化碳原料合成复杂分子开辟了新的技术路线。

对于此次成果，德国科学院院士曼弗雷德·雷兹、美国工程院院士延斯·尼尔森等国际知名专家均给予高度评价，认为这一重大突破将该领域研究向前推进了一大步。

据资料显示：我们熟知的淀粉用途基本是日常食用，如豌豆淀粉、玉米淀粉、大豆淀粉等等，都是我们经常食用的美味食物。

实际上，除了日常食用以外，淀粉的应用领域还包括：造纸业、纺织业、食品加工业、糖果工业、胶粘剂生产以及其它领域。

一、造纸业在造纸业中，淀粉主要四种用途：

1.打浆机上胶，在薄纸成形之前，将纤维组织凝结在一起。

2.桶上胶，浸透稀胶液，预形成薄纸。

3.轧光机上胶，上光整修。

4.表面上胶，作为一个任意选择的步骤，作高级光滑纸的上胶：在制作皱纹、波纬．纤维胶合纸板箱时淀粉和糊精同样可用来组合和糊粘纸板。

二、纺织业

在纺织工业中，淀粉主要是用于棉纱、毛织物和纺人造丝织物的上浆，经纱上浆就是将沿纺织机纵向运动的纬线浸渍在一个装有淀粉糊的热锅内，从浴锅出来，经上浆后的纬线在一个热滚筒内迸行干燥制待。

经纱上浆的作用就是将纬线表面的一些疏松的纤维紧紧地粘结，以增强和保持经纱在编织时的耐磨性，高支经纱（即含很多单支纤维纺成豹一股纱）上浆通常是较困难的，因为纤维之间的缝隙很小，浆液不易渗透，最后形成一层薄膜牢固的粘附在纱上。

因此，增强了纱的强度和耐磨性。

三、食品加工业

在食品工业中，许多淀粉都用于焙烤特殊食品所需。

例如瑞士和德国风味的面包，薄脆饼干，未发酵面包等。

它同时也可作为汤和肉汁的增稠剂，淀粉制成颗粒作为“布丁”，其效果类似于通常用木薯淀粉制作的布丁。

预制胶状的淀粉已大量用作“速煮”布丁。

四、糖果工业

作为制作造型糖果的成型剂，例如，一种密线豆形的胶质软粒，桔形糖片和液滴形软。

作为稠化剂以增加焦糖和果汁软糖的光滑性和稳定性。作为人造果子冻的增稠剂。

作为一种粉剂与粉末糖(棉白糖)混合，制作果胶糖，口香糖等。

五、胶粘剂生产

生产胶粘剂过程中，通常是将淀粉经化学和物理处理后制成变性淀粉后而改变它的黏性并增加胶黏性。

虽然用作胶粘剂的一些淀粉多是低粘度淀粉和氧化性淀粉，但都以糊精的形式使用。

糊精是将淀粉在一种酸催化剂作用下加热而制成。

除了日常用途和工业用途，人工合成淀粉技术普及成熟最大的意义是节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥对环境的负面影响，推动形成可持续的生物基社会，提高人类粮食安全水平，缓解粮食危机。

为什么会节约90%以上的耕地和淡水资源，原因是淀粉目前的获取方式主要是通过玉米等农作物通过二氧化碳固定光合作用生产，这样也就意味着会占用很多的耕地，并且使用巨量的淡水资源。

如果人工合成淀粉技术成熟，凭借二氧化碳合成的淀粉，完全可以释放出巨大的耕地资源。

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。

据有关资料显示，2020年全年我国共计进口了约1.42亿吨粮食，同比增加近28%，在全球粮食价格高涨下，粮食供应国赚的“盆满钵满”。

在大家的传统思维中，中国是不需要进口粮食的，可中国家大业大，14亿左右的人口，一天不知要消耗多少的粮食，只能进口部分粮食来解决存在的不足，中国实现人工合成淀粉后将摆脱对进口粮食的依赖。

由此可见，中国科学家实现人工合成淀粉，其意义是非常重大的。