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記者11月21日從中國科學院天津工業生物技術研究所獲悉，該研究所體外合成生物學中心、低碳合成工程生物學全國重點實驗室張以恒研究員團隊，在纖維素制淀粉領域取得重要進展。研究團隊通過對合成技術路徑進行重構，實現了纖維素全碳素利用合成淀粉。相關研究成果近日發表在《國家科學評論》期刊上。

淀粉是人類和動物食物的核心能量來源，處于國家糧食安全國家戰略的核心位置。同時，淀粉還是食品工業、生物醫藥及生物制造的基礎性原料，實現以非糧生物質為起點高效合成淀粉，被視為具有顛覆性意義的戰略技術方向。如果有穩定、低成本的淀粉供給，工業生物技術可進一步將其高效轉化為蛋白質與氨基酸，從而降低對進口大豆蛋白的依賴，增強我國糧食系統的自主可控性。

近年來，通過“纖維素部分水解—纖維二糖磷解—葡萄糖聚合淀粉”的多酶級聯策略，體外生物轉化（ivBT）技術已能實現纖維素向淀粉的部分轉化。但受限于合成路線，理論產率只有50%，且需依賴微生物發酵輔助，實際產率更低，難以滿足工業化需求。

“我們重構了能量循環新路徑，通過創新設計葡萄糖回收與活化再利用機制，成功將理論淀粉得率從50%提升至100%，從根本上解決了碳損耗問題?！睆堃院憬榻B，同時，團隊對酶元件穩定性進行了革新，從特殊環境中系統挖掘并篩選出一系列具有優異熱穩定性的新型酶元件，將整體反應溫度提升至50℃，不僅顯著增強了酶活性與反應速率，還大幅降低了單位產出的酶用量，為工業化放大奠定了堅實基礎。團隊還優化了系統集成，通過對反應體系中各因素的協同優化，最終將纖維素到淀粉的真實轉化率提升至93.3%。

值得一提的是，此項技術產出的淀粉為純直鏈淀粉，聚合度高度可控，分子量分布（分散度）極窄，結構均一性優于天然提取的淀粉，在食品、醫藥和材料領域展現出獨特應用潛力。目前已成功應用于手性分離填料，高效分離沙利度胺等手性藥物分子，實現手性填料國產替代。

中國科學院院士鄧子新評論道：“纖維素變淀粉的全碳素合成是體外合成生物學的新突破，擺脫傳統微生物代謝束縛，成功實現了超高得率糖苷鍵重排。”華東師范大學校長、中國工程院院士錢旭紅評價該成果：“具有技術流程上的開創性，是工程科學前沿的重大進展?！蔽骱髮W講席教授、德國工程院院士曾安平評價：“這項突破性工作為利用生物質生產淀粉開辟了新路徑，在應對糧食安全和實現非糧生物制造方面具有巨大潛力?！?/p>

（中國科學院天津工業生物技術研究所供圖）