淀粉，既是粮食的主要成分，也是重要的工业原料，在生产生活中应用尤其广泛，烹饪调味料、胶囊外壳、棉纱纺织等等都会用到淀粉。近期，中科院天津工业生物所的科研团队经过6年探索，在实验室里首次实现了淀粉分子的人工合成。

　　在实验室里首次实现了淀粉分子的人工合成，这是国际上首次创建出电/氢能驱动二氧化碳从头合成淀粉的途径，但是淀粉并非稀缺资源，可以直接从玉米、薯类等农作物中提取。那么，科研人员为什么要费时费力合成淀粉呢？

　　中国科学院天津工业生物技术研究所副研究员 蔡韬：自然界中，我们的农作物其实一直都可以做这件事情，但它效率比较低，只能用低密度的太阳能，所以就导致农作物要种很大面积，很长时间，才能获得足够的能量和固定的二氧化碳来合成淀粉。

　　科研人员希望将工业排放的高浓度二氧化碳分离出来作为原料，将低密度太阳能转化为高密度电/氢能作为能源，形成简单的碳氢化合物，然后再合成复杂的淀粉分子。2015年，在中科院重大科技任务局支持下，该项目在中科院天津工业生物所启动。

　　中国科学院天津工业生物技术研究所副研究员 蔡韬：我们设计了一条思路，通过化学和生物耦合。因为化学可以快速把高浓度二氧化碳变成简单的一碳化合物，生物可以把简单的一碳化合物变成复杂的分子，比如说淀粉分子。我们从近7000个反应里面，设计出来一条只有9步的反应。

　　但这只是一条理论的虚拟途径，科研团队必须在现实中把这条路走通。蔡韬说，计算出来的途径中，很多酶的组合在现实中从未出现过。不同的酶“脾气秉性”不同，因此他们通过模块化的组装与适配，来找到这些问题和矛盾。

　　中国科学院天津工业生物技术研究所副研究员 蔡韬：把计算设计这条路径切成4个模块，先找模块内的问题，再找模块间的问题，通过这种方式就把我们原先计算设计的9步途径变成了11步的反应，这11步的反应在现实的试管中就可以实现了，就实现了一碳化合物到淀粉的合成。

　　团队告诉记者，虽然第一次实现了淀粉合成，但是能力很弱，需要通过蛋白质工程改造和时空分离等策略，将人工淀粉的生产强度提高130多倍，最终实现了整个淀粉人工合成的过程。

　　整整六年，科研团队进行了几百次测试，完成了33本实验记录，在无数次尝试失败之后，内心的纠结和痛苦无处不在，甚至让他们开始怀疑人生。但也正是这样的坚持，才有了后来的曙光和希望。

　　自然淀粉中是直链淀粉和支链淀粉混在一起，目前实验室里合成的主要是直链淀粉。从外观上看，人工合成淀粉跟从玉米、薯类等农作物中提纯出来的淀粉是一样的。

　　中国科学院天津工业生物技术研究所所长 马延和：从加工性能和吃起来的口感上可能会有一些区别。吃起来比较劲道，像粉条那样的感觉。从营养价值到分子结构、外观，这些都没有任何区别。

　　作为一种基础研究领域的原创性突破，人工合成淀粉仍处在实验阶段。实验室规模小，平均一小时能合成出的淀粉只有几克，但是按照目前的技术参数，在能量供给充足的条件下，1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩土地玉米种植的淀粉平均年产量，这为淀粉生产的车间制造提供了可能。

　　未来，科研人员要建立从二氧化碳到淀粉的可控网络和生态系统，并尝试在细胞内实现淀粉的人工合成，同时计划在未来5至10年内，建立工业示范，以工业尾气为原料，利用光伏等可再生电源分解水提供氢气，在化学反应器中进行二氧化碳高效还原，在生物反应装置中合成淀粉。