【化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng) 技術(shù)前沿】2021年9月，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》中發(fā)表二氧化碳到淀粉的從頭合成技術(shù)成果，在當(dāng)時引起了不小的轟動，并被認(rèn)為是影響世界的重大顛覆性技術(shù)。而這一評價也并非夸大其詞。
淀粉是重要的工業(yè)原料，同時也是糧食的主要成分，對于人類的生存有非常重要的意義。而想要實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的轉(zhuǎn)化，一般只能依賴玉米等農(nóng)作物的光合作用，等糧食作物將二氧化碳轉(zhuǎn)化成淀粉后，再從中提取出淀粉。而這也就導(dǎo)致淀粉的獲取過程受到農(nóng)作物的種植周期、種植面積以及氣候變化帶來的影響，一定程度上也無法應(yīng)對糧食危機(jī)這類的特殊情況。但二氧化碳到淀粉的從頭合成技術(shù)的出現(xiàn)相當(dāng)于從源頭解決了這個問題，并且也有利于二氧化碳的收集利用，從長遠(yuǎn)來看，等于推進(jìn)了糧食資源產(chǎn)業(yè)以及環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
不過似乎合成淀粉只是個開始，就在今年的4月28日，《自然·催化》以封面文章的形式發(fā)表了一項(xiàng)新研究成果，這項(xiàng)成果同樣涉及二氧化碳的轉(zhuǎn)化，同樣是我國科研人員的成果——電子科技大學(xué)夏川課題組、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院于濤課題組與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰課題組共同實(shí)現(xiàn)二氧化碳到葡萄糖和油脂的人工合成。而就技術(shù)本身來說，它為突破人工和半人工合成“糧食”提供了新的技術(shù)方向以及技術(shù)支持，并且有利于基于電力驅(qū)動的新型農(nóng)業(yè)與生物制造業(yè)的發(fā)展。
事實(shí)上，就這項(xiàng)技術(shù)本身來說，也具備了一定的趣味性。從二氧化碳到葡萄糖和油脂的過程就像在進(jìn)行一個“成語接龍”的游戲，而這個銜接的關(guān)鍵其實(shí)在于微生物。
二氧化碳并不能一步到位變成葡萄糖和油脂，而是需要先轉(zhuǎn)化為微生物的“食物”，在經(jīng)過微生物催化，轉(zhuǎn)化為葡萄糖等其他生物物質(zhì)，最后在通過純化處理，得到可供食用的葡萄糖和油脂，而其中的關(guān)鍵就在于如何將二氧化碳清潔、高效的轉(zhuǎn)化為微生物的“食物”。
乙酸自然而然的成為了理想的選擇，一方面，乙酸本身就是優(yōu)秀的合成碳源，并且也是食醋的主要成分，另一方面，先有技術(shù)中已經(jīng)存在通過點(diǎn)解時間二氧化碳到乙酸轉(zhuǎn)化的方法。不過在實(shí)際過程中，這種方法被否定了，而是選擇了效率更高的二次轉(zhuǎn)化方法，先將二氧化碳轉(zhuǎn)化為一氧化碳，再通過晶界銅催化，將一氧化碳轉(zhuǎn)化為乙酸。而為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)還用到了固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)裝置這一較新的技術(shù)成果，來保證能夠高效地?獲得純乙酸水溶液(常規(guī)電催化裝置生產(chǎn)出的乙酸混合電解質(zhì)鹽，無法用于生物發(fā)酵)。成功合成純乙酸后，后續(xù)的培養(yǎng)過程其實(shí)就有點(diǎn)像食物的發(fā)酵過程——喂飽微生物了。
但這個過程也并沒有想象的那么簡單，為了避免釀酒酵母本身對于葡萄糖的代謝消耗，提高產(chǎn)量，相關(guān)團(tuán)隊(duì)還敲除釀酒酵母中代謝葡萄糖的三個關(guān)鍵酶元件，廢除了釀酒酵母代謝葡萄糖的能力。這也就意味著原本已經(jīng)復(fù)雜的轉(zhuǎn)化工作進(jìn)一步涉及到了更多的技術(shù)。
事實(shí)上，也正因?yàn)槿绱?，這項(xiàng)技術(shù)目前的成果還只是停留在實(shí)驗(yàn)室成果的階段，提高能量效率和產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本這些問題也切實(shí)影響著該技術(shù)后續(xù)的推進(jìn)。但是相信這些只會是時間問題。此外，值得一提的是，理論上來說，這種通過微生物發(fā)酵來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的思路具備非常廣闊的發(fā)展前景，微生物的優(yōu)點(diǎn)便是產(chǎn)物多樣性高，換言之，如果技術(shù)成熟，理論上更換發(fā)酵使用的微生物就可以在保持電催化設(shè)施不改變的情況下，合成許多無法通過人工生產(chǎn)或人工生產(chǎn)效率很低的化合物。
原標(biāo)題：科學(xué)技術(shù) 讓二氧化碳變得更“可口”
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