主题:中国科学家突破二氧化碳人工合成淀粉技术,星辰大海不是梦想! -- 木头000
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  • 家园 中国科学家突破二氧化碳人工合成淀粉技术,星辰大海不是梦想!

    淀粉,在日常生活中几乎随处可见,它既是作粮食最主要的成分,也是重要的工业原料。烹饪调味料、护肤化妆品、杂志封面纸、胶囊外壳、棉纱纺织……无一不用到淀粉。近期,中国科学院天津工业生物技术研究所(以下简称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。

    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,比自然路线反应步数更少,淀粉合成速率更快。9月24日凌晨,成果在线发表于《科学》杂志。评审专家认为“该工作是典型的0到1原创性突破”,“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”。

    一问:他们为什么要合成淀粉?

    淀粉并非稀缺资源。要想得到淀粉,最简单的方法是直接从玉米、薯类等农作物中提取。那么,科研人员为什么还要费时费力地合成淀粉呢?

    “我们是想把非常慢的、大面积种植的农业过程,变成高效的、集中化的工业过程。”论文第一作者、中科院天津工业生物所副研究员蔡韬告诉《中国科学报》,“农作物生长周期长,需要大面积种植,而且用于提高产量的各种育种技术已进入平台期,如何更高效地生产淀粉成为一个巨大的挑战。”

    二问:淀粉是怎么被合成出来的?

    “我们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/氢能作为能源,形成简单的碳氢化合物,然后再设计出从碳氢化合物到淀粉的生物合成过程。”蔡韬说。

    三问:人工合成的淀粉跟自然淀粉一样吗?

    “如果把人工合成淀粉做成面条、粉丝的话,大概会像意大利面那样非常劲道。”马延和表示,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,合成的支链淀粉还没有自然淀粉中的支链淀粉那么复杂。

    四问:有可能实现工业化生产吗?

    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。那么,未来它是否有工业化生产的可能?对此,科研人员表示,有潜力也有挑战。

    五问:接下来他们还要做什么?

    “我们做的是应用导向的基础研究,目前取得的只是阶段性进展,后面还面临着很多难题。”蔡韬表示,科研团队已经迈出了第一步,即从理解细胞的基础代谢原理到设计细胞外生物化学反应途径,接下来,他们还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。

    尽快实现从“0到1”到“1到10”突破和“10到100”的突破,最终真正解决人类发展面临的重大问题。

    通宝推:微笑问天,真理,pendagun,didae,桥上,尖石,唐家山,报以琼琚,
    主题:4663025
    • 家园 学术意义,而非实际价值

      我国基础研究获重大突破:实验室首次实现人工合成淀粉-今日头条-手机光明网

      https://m.gmw.cn/toutiao/2021-09/24/content_35186253.htm 此文更多是学术意义。其主要原因是没有涉及三磷酸腺苷合成,它在实验室或工业反应器中很难实现。我们提出的方案,不需要合成三磷酸腺苷,才具有实际意义。参见:氢能或电能驱动的人工光合作用固定CO2合成糖 - 百度文库

      https://wenku.baidu.com/view/87778d520740be1e650e9ac2.html?fr=xueshu

      补充,合成淀粉不涉及甲醇。作者的中间体之一是甲醛,本身有毒,恐怕是不能直接人去食用的,但可作饲料,现在用量很大。本人提出的路线中,可不经过甲醛,是可以食用的。

      帖:4663727 复 4663025
    • 家园 这才是影响房价的最大变量

      工业化粮食生产如果有可行性,哪怕是20,30年后才能达到经济性。但会冲击18亿亩耕地红线的重要性,然后会直接对房价产生根本性影响。

      所以,人类要想真正的生活水平进步,还是要依靠科学技术的进步啊。

      帖:4663574 复 4663025
    • 家园 投产的现实意义

      或者新闻的现实意义

      目前从美国进口玉米是个大头。不知道会不会有人在饲料这个“题材”上炒股票玩概念。

      http://www.chinagrain.cn/axfwnh/2021/09/24/1610830832.shtml

      时间上很“针锋相对”啊。这类新闻还有很多

      至少当下有了对美进口中议价的由头

      帖:4663163 复 4663025
    • 家园 科技进步有两个推论

      首先,科技进步意味着更多更深了解自然,对人类来说是有意义的。子曰:朝闻道,夕死可矣。就是这个意思。

      其次,科技进步是否能够实用,在资本主义体系中我们说达到商业化。

      就楼主说的这个技术突破而言,关键问题在这里:

      【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,然后再设计出从碳氢化合物到淀粉的生物合成过程】

      我们可以认为农业整体上是个能量转化过程,将太阳能转化为可以被人体吸收的各类营养物质,包括淀粉。任何新技术生产各类营养物质,包括淀粉的成本(淀粉是最低级的营养),如果高于农业产品,那这个新技术就不会达到商业化。

      帖:4663137 复 4663025
    • 家园 先用这养蟑螂,再由蟑螂转化出蛋白质?

      淀粉可以喂养低等生物,昆虫、菌类、植物,再后面就好办了

      帖:4663111 复 4663025
      • 家园 有个问题,淀粉是碳氢氧

        蛋白质要有氮元素,光喂淀粉要生产蛋白质,那氮元素从哪来?

        帖:4663442 复 4663111
    • 家园 没有什么实际意义的工作

      早上的时候有人给我发这个工作,我瞄了一下标题,当场做了一个盲猜:第一步是二氧化碳氢化反应生成甲醇,然后后续反应从甲醇出发。之后看了全文,果不其然。

      为什么说这是没有什么实际意义的工作?就是因为首先最大的瓶颈是就是二氧化碳到甲醇这一步,这个工作在这一步仍然是氢化反应,并没有什么创新;其次是从甲醇出发到生物产品这些后续步骤,用甲醇作为碳源的生物发酵比较成熟,已经商业应用,而无细胞方法和生物发酵相比,完全没有竞争优势。基于甲醇的生物发酵是可以商业盈利的,而这篇文章光里面那些纯化蛋白的价格,就远远超过产品的价值,没有任何实用价值。

      Science、Nature上的文章,大多数讲究个Fancy,翻成中文叫“花里胡哨”。这些文章很有趣,很有启发意义,但真把这些文章当成发展方向,只会被带到沟里面去。

      通宝推:empire2007,铁手,夜郎国主,审度,
      帖:4663104 复 4663025
      • 家园 二氧化碳是无机物

        甲醇是有机物,是这个意思吧,无机物到有机物的难度很大

        帖:4663540 复 4663104
      • 家园 其实感觉就像以前热炒的电解水制氢

        道理我都懂,就是成本它下不来。

        帖:4663537 复 4663104
      • 家园 补充一下

        这个工作能发Science,是因为它实现了从甲醇到淀粉的无细胞途径。这个虽然没有什么实用价值,但这个很有科学意义,是人工重构了一条天然不存在的合成途径,不仅短而且效率高。但是如果标题是“用酶把甲醇转化为淀粉”,恐怕公众就没有什么兴致了,也不会被“震惊”了。

        大家真正被震惊的,是突然间觉得二氧化碳能被捕获变成可能的粮食了。这其实牵涉到一个重要的发展方向,二氧化碳捕获成甲醇。大家可以关注一下下面两个工作:

        1. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.1701290

        2. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abi6012

        其中1就是这篇文章的基础,2算是目前最好的水平。这才是真正能改变世界的工作,不应当让它们被隐没在一场舆论的狂欢中。

        从甲醇到生物产品,最简单、成熟、低成本的方法是走毕赤酵母这条路。毕赤酵母可以以甲醇为单一碳源,而且这种甲醇培养基除了毕赤酵母基本上其他微生物都长不起来,发酵方法极其简单。毕赤酵母还是比较安全的,已经有作为饲料添加剂的报道。

        通宝推:住在乡下,非鱼,青青的蓝,铁手,fuxd2002,夜郎国主,epimetheus,
        帖:4663117 复 4663104
        • 家园 逐步降低成本,实现工业化
          帖:4663385 复 4663117
    • 家园 这里能量和原料有两个主要来源:

      一个是火电厂或水泥厂产生的二氧化碳,如此,就不必禁止燃煤电厂了。

      一个是太阳能发电再电解产生氢气,这样太阳能发电的短板就可以被克服,西北缺水地区就可以大力发展光伏发电,不需要那么多水。

      帖:4663095 复 4663025
    • 家园 那是不是也可以合成汽油或者乙醇啊?

      看报道说是从二氧化碳为原料开始合成的,既然淀粉这么复杂的结构都可以,那小分子的碳氢化合物是不是更容易啊?

      帖:4663072 复 4663025
      • 家园 早就可以合成了

        早就可以合成了,前几年美国就已经在核动力航母上上了这个项目,平时利用多余的发电功率用二氧化碳和水来合成燃料,提高舰队的自持力。

        帖:4663082 复 4663072
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