日前，我國科學家獨創(chuàng)了一種二氧化碳轉(zhuǎn)化新路徑，通過電催化與生物合成相結(jié)合，成功以二氧化碳和水為原料合成了葡萄糖和脂肪酸，為人工和半人工合成“糧食”提供了新路徑。
通過電化學耦合生物發(fā)酵實現(xiàn)將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為長鏈產(chǎn)品的示意圖。（研究團隊供圖）
將二氧化碳人工轉(zhuǎn)化為高附加值化合物，“變廢為寶”，是科技界持續(xù)攻關(guān)的重要領(lǐng)域。我國科學家此前在國際上首次實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成。二氧化碳除了可以“變”淀粉，還能“變”其他東西嗎？這項成果給出了肯定答案。
葡萄糖和油脂是重要的糧食成分，通過催化過程將二氧化碳轉(zhuǎn)化為葡萄糖或者油脂，長期以來國內(nèi)外研究者眾多，但成功案例非常罕見。
此項研究中，科研人員首先將二氧化碳高效還原合成高濃度乙酸，然后用釀酒酵母對乙酸進行發(fā)酵。“這個過程可以理解為，先將二氧化碳轉(zhuǎn)化為釀酒酵母的‘食物’乙酸，然后釀酒酵母不斷‘吃醋’來合成葡萄糖和脂肪酸。”研究完成者之一、中國科學技術(shù)大學教授曾杰說。
自然界中糧食作物生長受季節(jié)、地域、氣候的影響，此項研究完全實現(xiàn)人工可控，突破了眾多外界條件限制。“利用這種電催化與生物合成相結(jié)合的模式，‘從無到有’地在克級水平合成了葡萄糖，這顯示了該策略較高的生產(chǎn)水平與發(fā)展?jié)摿Α?rdquo;研究完成者之一、中國科學院深圳先進技術(shù)研究院研究員于濤說。
“未來，如果要合成淀粉、制造色素、生產(chǎn)藥物等，只需保持電催化設(shè)施不變，更換發(fā)酵使用的微生物就能實現(xiàn)。”研究完成者之一、電子科技大學教授夏川表示，從科研成果的產(chǎn)出到規(guī)?；瘧?yīng)用仍有較長距離，有賴于相關(guān)技術(shù)的全面提升和成本的持續(xù)降低。未來，將進一步研究電催化與生物發(fā)酵這兩個平臺的同配性和兼容性。
上海交通大學微生物代謝國家重點實驗室主任鄧子新院士評價：該研究開辟了電化學結(jié)合活細胞催化制備葡萄糖等糧食產(chǎn)物的新策略，為進一步發(fā)展基于電力驅(qū)動的新型農(nóng)業(yè)與生物制造業(yè)提供了新范例，是二氧化碳利用的重要發(fā)展方向。
該成果28日以封面文章形式在國際學術(shù)期刊《自然·催化》發(fā)表。
記者：張泉
(責任編輯：張云文)
