纤维素无机物催化合成淀粉转化效率提升至93.3%

科技日报天津11月23日讯 记者从中国科学院天津工业生物技术研究所了解到，该所体外合成生物学中心及低碳合成工程生物学全国重点实验室张以恒研究员团队，近日在纤维素合成淀粉方向取得了重大突破。经过对合成方案的全新设计，研究团队实现了纤维素中全部碳元素的高效转化用于淀粉合成。相关成果已发表在《科学评论》杂志。

近些年来，“纤维素部分水解—纤维二糖磷解—葡萄糖聚合淀粉”的多酶级联反应体系，使体外生物转换方式能够将纤维素部分转变为淀粉。然而受现有反应路径限制，理论上最大转化率仅为50%，并常常依赖微生物发酵等环节，实际转化效率更低，极大制约了其大规模应用。

“我们对能量利用机制进行了革新，创新性地引入葡萄糖的回收与激活策略，让理论淀粉产率由原先的50%提升到了100%，有效避免了碳元素流失的问题。”张以恒介绍说，团队还在酶体系稳定性方面做出新突破，通过从特殊生境中筛选到热稳定性更强的新型酶元件，提高了反应温度至50℃，不仅提升了酶催化效率和反应速度，同时减少了酶的用量，为工业应用提供了有力保障。除此之外，团队对于反应体系进行精细化集成和多因素协同优化，使得纤维素原料转化为淀粉的实际效率达到93.3%。

值得关注的是，该方法获得的淀粉以纯直链淀粉为主，聚合度高度可控，分子量分布极为集中，结构均一度优于天然来源的淀粉。这意味着它在食品、医药及材料等多个领域拥有更多创新用途。目前，这一成果已应用于手性分离填料的开发，使手性药物分子的高效分离成为可能，突破了相关技术难关。