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变废为宝新路径!我国科学家将二氧化碳人工合成葡萄糖和脂肪酸

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日前,我国科学家独创了一种二氧化碳转化新路径,通过电催化与生物合成相结合,成功以二氧化碳和水为原料合成了葡萄糖和脂肪酸,为人工和半人工合成“粮食”提供了新路径。

通过电化学耦合生物发酵实现将二氧化碳和水转化为长链产品的示意图。(研究团队供图)

将二氧化碳人工转化为高附加值化合物,“变废为宝”,是科技界持续攻关的重要领域。我国科学家此前在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。二氧化碳除了可以“变”淀粉,还能“变”其他东西吗?这项成果给出了肯定答案。

葡萄糖和油脂是重要的粮食成分,通过催化过程将二氧化碳转化为葡萄糖或者油脂,长期以来国内外研究者众多,但成功案例非常罕见。

此项研究中,科研人员首先将二氧化碳高效还原合成高浓度乙酸,然后用酿酒酵母对乙酸进行发酵。“这个过程可以理解为,先将二氧化碳转化为酿酒酵母的‘食物’乙酸,然后酿酒酵母不断‘吃醋’来合成葡萄糖和脂肪酸。”研究完成者之一、中国科学技术大学教授曾杰说。

自然界中粮食作物生长受季节、地域、气候的影响,此项研究完全实现人工可控,突破了众多外界条件限制。“利用这种电催化与生物合成相结合的模式,‘从无到有’地在克级水平合成了葡萄糖,这显示了该策略较高的生产水平与发展潜力。” 研究完成者之一、中国科学院深圳先进技术研究院研究员于涛说。

“未来,如果要合成淀粉、制造色素、生产药物等,只需保持电催化设施不变,更换发酵使用的微生物就能实现。” 研究完成者之一、电子科技大学教授夏川表示,从科研成果的产出到规模化应用仍有较长距离,有赖于相关技术的全面提升和成本的持续降低。未来,将进一步研究电催化与生物发酵这两个平台的同配性和兼容性。

上海交通大学微生物代谢国家重点实验室主任邓子新院士评价:该研究开辟了电化学结合活细胞催化制备葡萄糖等粮食产物的新策略,为进一步发展基于电力驱动的新型农业与生物制造业提供了新范例,是二氧化碳利用的重要发展方向。

该成果28日以封面文章形式在国际学术期刊《自然·催化》发表。

记者:张泉

编辑:李小虎
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