纖維素全碳素合成淀粉轉化率提升至93.3％

記者23日從中國科學院天津工業生物技術研究所獲悉，該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。

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。”張以恒介紹，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。目前其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，突破了手性填料領域的技術瓶頸。