纤维素无机催化合成淀粉转化效率突破93.3%

科技日报天津11月23日电 记者23日获悉，中国科学院天津工业生物技术研究所的前沿研究再次取得突破。由张以恒研究员带领的体外合成生物学中心与低碳合成工程生物学全国重点实验室团队，在纤维素转化合成淀粉领域实现了重要创新。他们对纤维素合成淀粉的技术路线进行了系统革新，首次实现纤维素中全部碳元素的高效转化，推动了纤维素资源在淀粉生产中的全新利用。该成果近日发表于《科学评论》杂志。

过去，依赖“纤维素部分水解—纤维二糖磷解—葡萄糖聚合淀粉”多步酶级联的方法，可以实现纤维素向淀粉的部分转化。这类体外生物催化技术虽然实现了一定程度的进步，但由于技术路径上的局限，理论上碳素的转化率顶多只能达到50%，实际操作中还需微生物发酵辅助，导致产率进一步下降，远未达到规模化工业生产的标准。

张以恒表示：“本次我们通过重新设计能量循环的新机制，创新地提出了葡萄糖的回收与二次激活技术，将理论上的淀粉产率从原先的50%提升到了100%，彻底解决了碳损失难题。”与此同时，团队针对核心酶的稳定性问题进行了全面优化，通过从特殊环境筛选出更具热稳定性的酶元件，将反应温度提升至50℃。这一举措显著增强了酶的催化效率和反应速度，同时降低了酶的用量，有效提升了工艺的工业化潜力。通过进一步对系统参数的精细协同调控，团队成功将纤维素到淀粉的实际转化率提高到93.3%。

更为突出的是，该技术所制备的淀粉为高纯度直链淀粉，聚合度可精准调控，分子量分布极窄，结构一致性大大优于传统天然淀粉提取物，因此在食品、医药和新材料等领域展现出独特前景。目前，该平台已应用于高效手性分离填料的制备，实现了对沙利度胺等手性药物分子的高效分离，突破了手性分离填料的技术难关。