茶产品拼配技术
印象湄江 云上传说 黔藏特产 走天下
筑梦茶乡 福地湄潭 湄江印象一生一世只为一杯好茶
湄江印象 好茶 好印象 百年品质如一
茶叶拼配是将具有不同品质特征、加工工艺的茶混合搭配，通过协调质量与体积的比例关系，使其外形、汤色、滋味进一步提升的技术。近年来，茶叶拼配已不再局限于同一茶叶品类，为丰富茶产品，满足市场的多样化需求，多茶类组合拼配和再加工茶拼配产品走入大众生活。
一、茶叶拼配基本原则
1. 采用不同来源的原料进行拼配
茶叶拼配原料有等级、季节、产区、品种等多方面的差别，丰富的原料来源更有助于提高拼配茶产品的质量与多样性。高等级原料色香嫩度极佳，但多数身骨轻。不同季节所产茶叶各具特色，春茶味醇耐冲泡，夏茶香平味带涩，秋茶香高味浓郁。不同产区的气候条件、土壤状况都有差异，会影响茶叶的内含物质，例如低纬度地区茶叶多酚类物质含量更高，高纬度地区茶叶氨基酸含量更高，相比于平地茶，高山茶的氨基酸与芳香物质更为丰富。不同茶树品种在次级代谢产物含量上差异显著，产品风味差异化得以表达。
2. 根据库存情况和市场导向制定拼配方案
茶叶拼配不能单从提高产品品质出发，近年茶园面积和茶叶产量总体呈上升趋势，茶叶库存量逐年增长且库存压力巨大，陈茶堆积的问题日渐棘手，而市场上新型茶产品出现缓慢，固有的产品形式较为单一，无法满足消费者的物质和精神文化需求。在市场调查的基础上，发掘消费者需求，精准定位提炼卖点，以消化库存和满足市场需求为抓手，给茶叶拼配提供了更多可能。
. 协调基准茶、调剂茶、拼带茶的比例
在拼配前，首先要明确目的，准确制定产品方案，了解每批茶的品质特征，依据所选定的目标样品确定基准茶、调剂茶、拼带茶。基准茶是拼配茶的主体，数量占比最大，其品质一般优于标准样，但在某些因子上存在不足；调剂茶拥有基准茶不具备的品质，它的作用在于实现高低平衡，可将基准茶高于标准样的因子调低，又可改善基准茶某些因子的不足，使成茶品质大体接近标准样；拼带茶品质相对较差，价格较低，主要用于调控成本，需根据目标样品的品质适量添加，三者比例关系的协调是拼配技术的关键。
4. 扬长避短，优势互补，效益叠加
茶叶由于生长环境、加工工艺不同会表现出不同的品质特征，每批茶叶都有各自的优势因子与劣势因子，通过拼配，使得茶样优势得以放大，劣势得以互补，使成品品质符合目标样品，并形成自身的产品特色。在当今供给端饱和、质量上乘原料丰富的情况下，可在拼配过程中添加保健、造型美学等元素，以此发挥更显著作用。例如，根据古代药食同源原理，将茶叶和药材拼配，研发出兼具两者保健功效的药茶产品，得到了市场的广泛关注；工艺花茶的诞生成功提升茶叶美学，消费者在品评的同时，可以欣赏花茶的绽放过程。
二、茶叶拼配技术应用
1. 原叶茶中同茶类拼配技术
传统意义上的拼配，大多是同一茶类不同品种或不同等级的拼配，目的在于研发出色香味形各因子表现优良的茶品，通过感官审评的方式评判拼配成功与否。在六大茶类中，除白茶和黄茶外，其余茶类都有进行单一茶类茶叶拼配的相关研究。统计近30年来发表的关于茶叶拼配工艺研究的论文数量如图1。
近30年茶叶拼配研究的论文数量
（1）绿茶
西湖龙井是中国十大名茶之一，以色绿、香郁、味甘、形美著称，因此绿茶中关于西湖龙井茶的拼配研究较多。有研究表明，西湖龙井茶经过筛分拼配后对稳定品质和提高效益有显著作用。原料嫩度高、产品品质佳、等级相对较高的龙井茶叶，其外形挺直、光削，下沉速率更快，可以通过拼配此类茶叶来加快龙井茶的下沉速度，满足顾客的观赏需求及消费体验。
（2）乌龙茶
乌龙茶注重内质，其中香气和滋味是决定品质的重要因素，其次是外形和叶底。研究表明，不同焙火程度的原料不可用于同一批次产品的拼配，否则会导致滋味和香气混杂，且叶底花杂，色泽不一。不同茶树品种的香气特征如下：水仙具有特有兰花香；肉桂香气辛锐，具有花果、桂皮般的香气；黄观音花香高且显；金牡丹则似有花果香，回味持久；丹桂有浓郁的奶油香，在拼配过程中可根据成品茶特征挑选原料。将条索粗大、香味浓的低级水仙与外形紧结、香气细锐、滋味较淡薄的武夷奇种拼配，能使二者外形调和，滋味提升且优势互补；在低端商品茶拼配中，可通过掺入少量窨花乌龙茶，以改善夏茶原料香低味粗涩的品质。
（3）红茶
基于工夫红茶风味组学研究表明，人们对滋味属性的感知不及香气敏感，因此在拼配工夫红茶时，应优先控制香气品质变化。通过相关性分析，在滋味调和中，可以通过增强甜味来平衡过强的苦、涩、酸味。在传统工艺的坦洋菜茶、福安大白茶和高香工艺的花香型品种相互拼配的方案中，以传统工艺为基底茶的方案改善了原料茶较为单一的香型且提升了香气的浓纯度，以花香型为基底茶的方案提高了茶汤滋味的醇厚度，增加了香气的层次性和丰富感。
（4）黑茶
普洱茶有生熟之分，多以饼茶、砖茶、沱茶形态加工储存。郑际雄依据拼配原料中季节、树龄、产地、海拔等不同，设计出晒青毛茶七因子拼配模型，从本味、蜜味、浓厚、饱满度、生津度、喉韵、中和味7个维度进行拼配；同时发现，使用纯料山头茶这一拼配方法所得成品滋味独特，有很强的地域特征，但存在滋味淡薄，内含物不丰富协调的问题，陈化转化过程缓慢。彭功明则强调普洱茶拼配的相融性，在云南六大茶山中，滋味浓厚、回甘生津的布朗山茶叶与滋味清甜、花香馥郁的景迈山茶叶相融性极好，可拼配出优质的成品茶。
2. 原叶茶中多茶类组合拼配技术
与单一茶类拼配不同，多种茶类拼配目的更多在于研发新型产品，满足消费者多样化需求。谢剑威等以白茶为主要原料开展多茶类拼配试验，旨在保留白茶特征的前提下丰富白茶产品，经试验表明拼配工夫红茶能在保留白茶清甜滋味的同时，增加拼配茶的焦糖味；拼配清香型铁观音能够增加兰花香、糯米香，拼配茶的比例在15%～25%为宜。何娟将一定比例的绿茶和乌龙茶进行同批同机组合生产，开发出一种具有减肥降脂功效的新茶品。王文杰等通过分析干燥前后红绿茶拼配加工的各项理化指标，得出茶叶在干燥前进行拼配能有效改变成品茶的滋味和香气的结论，为新型拼配茶提供更多可能性。湖南农业大学刘仲华教授曾在首届“中国好茶黑白对话”产业发展高峰论坛中指出，黑茶白茶组合在一起品饮时，二者的健康属性得以很好地相融，这为将来黑茶白茶拼配产品的出现提供了理论依据，更有助于两大茶类实现创新发展。
3. 再加工茶混合拼配技术
茉莉花茶是由茶叶和茉莉花拼合窨制而成，茶香花香两者完美融合。陈力发现福建茉莉花茶拼配中多以茶毫显、香浓的闽东原料为主料，辅以滋味浓厚、香气显的闽北原料。而张强等研究发现，拼配部分云南原料可弥补福建、湖南花茶滋味不足的问题。曾文治等基于α-淀粉酶活性抑制率进行茉莉花茶拼配，结果表明，按照茉莉大白毫、茉莉毛峰与茉莉银毫质量比为2.8∶2.5∶2.2进行配比，所得茉莉花茶不仅在品饮上有一定提升，且具备降血糖功效。
除茉莉花茶之外， 有多种不同茶类与植物的根、茎、叶、花、果等器官混合加工形成的茶饮。蒋晓东等表明不经过杀青，直接进行热风干燥、粉碎、过筛后的枇杷花与大宗炒青绿茶按5∶12拼配、装袋，所得袋泡茶的主要化学成分及感官品质均更为优质。李磊磊采用茶粉拼配和原料拼配两种工艺分别探究沙棘叶与白茶、绿茶的最佳配比，为研发新型沙棘茶饮提供了参考。
三、展望
茶叶拼配技术是茶叶加工过程中尤为重要的环节，对成品茶品质起着举足轻重的作用。未来需在以下几方面着重发力，来解决目前存在的问题：一是建立健全拼配茶工艺的运用与审评准则，统一标准，为实际生产提供理论基础；二是利用互联网+大数据对工艺进行记录分类整理，确保完整的原料配比数据得以保存，加快研发茶叶智能拼配与识别系统，通过数据库资料自动进行拼配，大幅降低人工成本且保证成品茶品质稳定；三是不断深入开展试验研究，丰富拼配原料与技术并提供相应的论证数据，引导消费者认识到拼配茶的口感优势、保健功能等特征。综上所述，坚持标准化、智能化、多样化发展，茶叶拼配才能实现长足进步。
湄潭手筑黑茶 湄江印象领先
微信号：MJYX168 微信公众号：湄江印象
一辈子 一件事(做杯好茶)，一杯好茶 敬天下有缘人
我有一杯千年传承好茶与你分享，我有一杯千年传承好酒与你同饮我有黑茶“金花”提取物破壁粉及破壁粉胶囊，为你健康保驾护航
有千年传承的黑茶虫茶，与你一起煮烹
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一、茶叶拼配基本原则
1. 采用不同来源的原料进行拼配
茶叶拼配原料有等级、季节、产区、品种等多方面的差别，丰富的原料来源更有助于提高拼配茶产品的质量与多样性。高等级原料色香嫩度极佳，但多数身骨轻。不同季节所产茶叶各具特色，春茶味醇耐冲泡，夏茶香平味带涩，秋茶香高味浓郁。不同产区的气候条件、土壤状况都有差异，会影响茶叶的内含物质，例如低纬度地区茶叶多酚类物质含量更高，高纬度地区茶叶氨基酸含量更高，相比于平地茶，高山茶的氨基酸与芳香物质更为丰富。不同茶树品种在次级代谢产物含量上差异显著，产品风味差异化得以表达。
2. 根据库存情况和市场导向制定拼配方案
茶叶拼配不能单从提高产品品质出发，近年茶园面积和茶叶产量总体呈上升趋势，茶叶库存量逐年增长且库存压力巨大，陈茶堆积的问题日渐棘手，而市场上新型茶产品出现缓慢，固有的产品形式较为单一，无法满足消费者的物质和精神文化需求。在市场调查的基础上，发掘消费者需求，精准定位提炼卖点，以消化库存和满足市场需求为抓手，给茶叶拼配提供了更多可能。
. 协调基准茶、调剂茶、拼带茶的比例
在拼配前，首先要明确目的，准确制定产品方案，了解每批茶的品质特征，依据所选定的目标样品确定基准茶、调剂茶、拼带茶。基准茶是拼配茶的主体，数量占比最大，其品质一般优于标准样，但在某些因子上存在不足；调剂茶拥有基准茶不具备的品质，它的作用在于实现高低平衡，可将基准茶高于标准样的因子调低，又可改善基准茶某些因子的不足，使成茶品质大体接近标准样；拼带茶品质相对较差，价格较低，主要用于调控成本，需根据目标样品的品质适量添加，三者比例关系的协调是拼配技术的关键。
4. 扬长避短，优势互补，效益叠加
茶叶由于生长环境、加工工艺不同会表现出不同的品质特征，每批茶叶都有各自的优势因子与劣势因子，通过拼配，使得茶样优势得以放大，劣势得以互补，使成品品质符合目标样品，并形成自身的产品特色。在当今供给端饱和、质量上乘原料丰富的情况下，可在拼配过程中添加保健、造型美学等元素，以此发挥更显著作用。例如，根据古代药食同源原理，将茶叶和药材拼配，研发出兼具两者保健功效的药茶产品，得到了市场的广泛关注；工艺花茶的诞生成功提升茶叶美学，消费者在品评的同时，可以欣赏花茶的绽放过程。
二、茶叶拼配技术应用
1. 原叶茶中同茶类拼配技术
传统意义上的拼配，大多是同一茶类不同品种或不同等级的拼配，目的在于研发出色香味形各因子表现优良的茶品，通过感官审评的方式评判拼配成功与否。在六大茶类中，除白茶和黄茶外，其余茶类都有进行单一茶类茶叶拼配的相关研究。统计近30年来发表的关于茶叶拼配工艺研究的论文数量如图1。
近30年茶叶拼配研究的论文数量
（1）绿茶
西湖龙井是中国十大名茶之一，以色绿、香郁、味甘、形美著称，因此绿茶中关于西湖龙井茶的拼配研究较多。有研究表明，西湖龙井茶经过筛分拼配后对稳定品质和提高效益有显著作用。原料嫩度高、产品品质佳、等级相对较高的龙井茶叶，其外形挺直、光削，下沉速率更快，可以通过拼配此类茶叶来加快龙井茶的下沉速度，满足顾客的观赏需求及消费体验。
（2）乌龙茶
乌龙茶注重内质，其中香气和滋味是决定品质的重要因素，其次是外形和叶底。研究表明，不同焙火程度的原料不可用于同一批次产品的拼配，否则会导致滋味和香气混杂，且叶底花杂，色泽不一。不同茶树品种的香气特征如下：水仙具有特有兰花香；肉桂香气辛锐，具有花果、桂皮般的香气；黄观音花香高且显；金牡丹则似有花果香，回味持久；丹桂有浓郁的奶油香，在拼配过程中可根据成品茶特征挑选原料。将条索粗大、香味浓的低级水仙与外形紧结、香气细锐、滋味较淡薄的武夷奇种拼配，能使二者外形调和，滋味提升且优势互补；在低端商品茶拼配中，可通过掺入少量窨花乌龙茶，以改善夏茶原料香低味粗涩的品质。
（3）红茶
基于工夫红茶风味组学研究表明，人们对滋味属性的感知不及香气敏感，因此在拼配工夫红茶时，应优先控制香气品质变化。通过相关性分析，在滋味调和中，可以通过增强甜味来平衡过强的苦、涩、酸味。在传统工艺的坦洋菜茶、福安大白茶和高香工艺的花香型品种相互拼配的方案中，以传统工艺为基底茶的方案改善了原料茶较为单一的香型且提升了香气的浓纯度，以花香型为基底茶的方案提高了茶汤滋味的醇厚度，增加了香气的层次性和丰富感。
（4）黑茶
普洱茶有生熟之分，多以饼茶、砖茶、沱茶形态加工储存。郑际雄依据拼配原料中季节、树龄、产地、海拔等不同，设计出晒青毛茶七因子拼配模型，从本味、蜜味、浓厚、饱满度、生津度、喉韵、中和味7个维度进行拼配；同时发现，使用纯料山头茶这一拼配方法所得成品滋味独特，有很强的地域特征，但存在滋味淡薄，内含物不丰富协调的问题，陈化转化过程缓慢。彭功明则强调普洱茶拼配的相融性，在云南六大茶山中，滋味浓厚、回甘生津的布朗山茶叶与滋味清甜、花香馥郁的景迈山茶叶相融性极好，可拼配出优质的成品茶。
2. 原叶茶中多茶类组合拼配技术
与单一茶类拼配不同，多种茶类拼配目的更多在于研发新型产品，满足消费者多样化需求。谢剑威等以白茶为主要原料开展多茶类拼配试验，旨在保留白茶特征的前提下丰富白茶产品，经试验表明拼配工夫红茶能在保留白茶清甜滋味的同时，增加拼配茶的焦糖味；拼配清香型铁观音能够增加兰花香、糯米香，拼配茶的比例在15%～25%为宜。何娟将一定比例的绿茶和乌龙茶进行同批同机组合生产，开发出一种具有减肥降脂功效的新茶品。王文杰等通过分析干燥前后红绿茶拼配加工的各项理化指标，得出茶叶在干燥前进行拼配能有效改变成品茶的滋味和香气的结论，为新型拼配茶提供更多可能性。湖南农业大学刘仲华教授曾在首届“中国好茶黑白对话”产业发展高峰论坛中指出，黑茶白茶组合在一起品饮时，二者的健康属性得以很好地相融，这为将来黑茶白茶拼配产品的出现提供了理论依据，更有助于两大茶类实现创新发展。
3. 再加工茶混合拼配技术
茉莉花茶是由茶叶和茉莉花拼合窨制而成，茶香花香两者完美融合。陈力发现福建茉莉花茶拼配中多以茶毫显、香浓的闽东原料为主料，辅以滋味浓厚、香气显的闽北原料。而张强等研究发现，拼配部分云南原料可弥补福建、湖南花茶滋味不足的问题。曾文治等基于α-淀粉酶活性抑制率进行茉莉花茶拼配，结果表明，按照茉莉大白毫、茉莉毛峰与茉莉银毫质量比为2.8∶2.5∶2.2进行配比，所得茉莉花茶不仅在品饮上有一定提升，且具备降血糖功效。
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三、展望
茶叶拼配技术是茶叶加工过程中尤为重要的环节，对成品茶品质起着举足轻重的作用。未来需在以下几方面着重发力，来解决目前存在的问题：一是建立健全拼配茶工艺的运用与审评准则，统一标准，为实际生产提供理论基础；二是利用互联网+大数据对工艺进行记录分类整理，确保完整的原料配比数据得以保存，加快研发茶叶智能拼配与识别系统，通过数据库资料自动进行拼配，大幅降低人工成本且保证成品茶品质稳定；三是不断深入开展试验研究，丰富拼配原料与技术并提供相应的论证数据，引导消费者认识到拼配茶的口感优势、保健功能等特征。综上所述，坚持标准化、智能化、多样化发展，茶叶拼配才能实现长足进步。
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一辈子 一件事(做杯好茶)，一杯好茶 敬天下有缘人
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有千年传承的黑茶虫茶，与你一起煮烹
【从0到1的突破！人工合成淀粉有何厉害之处】
设想一下，不需要种地，也不需要绿色植物，以太阳光、水和二氧化碳为原料，在工厂里就可以像植物一样源源不断生产出淀粉。是不是很神奇？而今，这看似遥不可及的一幕，在不久的将来，有望实现。
近期，中科院天津工业生物技术研究所传来喜讯：经过6年技术攻关，科研团队在淀粉人工合成方面取得重大突破性进展，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。
不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳，合成淀粉，这一被国际学术界认为将是影响世界的重大颠覆性技术，究竟有何厉害之处？其突破，又有何科学意义和现实意义？记者就此采访了论文的作者及相关专家。
突破瓶颈
中国人偏重碳水饮食，清代美食家袁枚曾在《随园食单》中这样写道，“粥饭本也，余菜末也”，足见国人对碳水的宠爱。这里所说的碳水即碳水化合物，由碳、氢、氧组成，是人类生存必不可少的元素。而淀粉就是“粥饭”中最主要的碳水化合物，它是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分，是养活全球人口最重要的食物原料，同时也是重要的工业原料。
多少年来，农作物通过光合作用，将水、二氧化碳等无机化合物合成可作为动物饲料和人类食物的糖类乃至淀粉等碳水化合物，是地球上最重要的生物化学反应过程。但这是效率最高的淀粉生产方式吗？答案是否定的。
根据论文通讯作者、天津工业生物所所长马延和提供的数据，在玉米等农作物中，将二氧化碳转变为淀粉，涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控，太阳能的利用效率不足2%。“植物经过亿万年进化，适应了自然环境，其固有属性制约了淀粉高效合成。”马延和称。
有没有一种办法能够摆脱植物来合成淀粉？自合成生物学诞生以来，人们就开始尝试人工构建非自然途径，实现二氧化碳到淀粉的转化，以突破植物媒介光合作用的瓶颈。但是，因为技术路线不清、瓶颈问题难测，这条科研之路存在很多不确定性。
马延和等人还是决定勇闯“无人区”。2015年起，天津工业生物所在中国科学院重点部署项目和天津市财政专项的支持下，立项开展二氧化碳合成淀粉的研究。
6年鏖战，研究团队终于如愿以偿。论文第一作者、天津工业生物所副研究员蔡韬兴奋地说：“我们拿合成淀粉与自然界中的淀粉比较，得到核磁结果是一模一样的，可以说，合成淀粉实际上与自然的淀粉是没有区别的。”
这意味着什么？数据显示，2019年，全世界有近7.5亿人面临重度粮食不安全，占世界总人口近十分之一。“即使是替代一部分粮食淀粉作为工业原料甚至饲料，也是对缓解农业压力的巨大贡献。”马延和表示。
技术路径
用二氧化碳人工合成淀粉，这项颠覆性技术是如何炼成的？马延和告诉记者，从能量角度看，光合作用的本质是将太阳光能转化为储藏在淀粉中的化学能。
可如何更高效地将光能转变为化学能？模拟和借鉴自然过程，构筑新的人工光合途径，科研人员想到了光能—电能—化学能的能量转变方式，首先通过光伏发电将光能转变为电能，通过光伏电水解产生氢气，然后通过催化利用氢气将二氧化碳还原生成甲醇，将电能转化为甲醇中储存的化学能，该过程的能量转化效率超过10%，远超光合作用的能量利用效率。
甲醇储存了来自太阳能的能量，但是自然界中并不存在甲醇合成淀粉的生命过程。于是，科研人员又利用合成生物学的思想，从海量的生物化学反应数据中设计出了一条仅包含10步主反应的甲醇到淀粉的人工路线ASAP。
为将设计蓝图变为现实，科研人员还挖掘与改造了来自动物、植物、微生物等31个不同物种的62个生物酶催化剂，最终优中选优，使用10个酶逐步将一碳的甲醇转化为三碳的二羟基丙酮，进一步转化为六碳的磷酸葡萄糖，最终合成了直链和支链淀粉。
“这是实现人工光合作用合成淀粉的一种过程。”马延和说，从科学突破角度看，这一人工途径的淀粉合成，向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。
从技术创新角度看，通过发展高效的人工催化剂和生物酶，研究团队从6568个生化反应中设计形成固碳与人工合成淀粉新途径。按照20%的光电转化效率计算，这条化学、生物杂合的人工合成淀粉新系统，理论能量转化效率可达7%，其淀粉合成速率比自然光合作用提高了3.5倍。
这意味着什么？蔡韬解释，按照目前技术参数推算，在能量供给充足的条件下，理论上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产量(按我国玉米淀粉平均亩产量计算)，“这一成果为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造打开了一扇窗”。
应用前景
在江南大学原校长、中国工程院院士陈坚看来，食品生产大约占据全球40%的耕地，产生了25%的温室气体，作为最主要的粮食成分之一，淀粉的可持续供应是人类未来面临的重要挑战。这项研究成果将化学与生物的方法相结合，采用蛋白质工程和合成生物学等一系列新技术，从二氧化碳直接合成淀粉，完全颠覆了传统的淀粉生产方式。这项研究工作是典型的从“0到1”的原创性成果，不仅对未来的农业生产，特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义。
马延和表示，如果未来该系统过程成本与农业种植相比具有经济可行性，并实际应用，将有可能节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平。
不过，他同时强调，目前该成果尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离，且面临诸多挑战。
“后续，研究团队还需要尽快实现从‘0到1’的概念突破到‘1到10’和‘10到100’的转换，让这项技术最终成为解决人类发展问题的有效手段和工具。”中科院副院长周琪表示，中科院将集成相关科技力量，一如既往地支持该项研究深入推进。
“当今世界面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战，科技创新已成为重塑全球格局、创造人类美好未来的关键因素。二氧化碳的转化利用与人工合成淀粉，正是应对挑战的重大科技问题之一。”周琪说。
来源：经济日报
设想一下，不需要种地，也不需要绿色植物，以太阳光、水和二氧化碳为原料，在工厂里就可以像植物一样源源不断生产出淀粉。是不是很神奇？而今，这看似遥不可及的一幕，在不久的将来，有望实现。
近期，中科院天津工业生物技术研究所传来喜讯：经过6年技术攻关，科研团队在淀粉人工合成方面取得重大突破性进展，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。
不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳，合成淀粉，这一被国际学术界认为将是影响世界的重大颠覆性技术，究竟有何厉害之处？其突破，又有何科学意义和现实意义？记者就此采访了论文的作者及相关专家。
突破瓶颈
中国人偏重碳水饮食，清代美食家袁枚曾在《随园食单》中这样写道，“粥饭本也，余菜末也”，足见国人对碳水的宠爱。这里所说的碳水即碳水化合物，由碳、氢、氧组成，是人类生存必不可少的元素。而淀粉就是“粥饭”中最主要的碳水化合物，它是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分，是养活全球人口最重要的食物原料，同时也是重要的工业原料。
多少年来，农作物通过光合作用，将水、二氧化碳等无机化合物合成可作为动物饲料和人类食物的糖类乃至淀粉等碳水化合物，是地球上最重要的生物化学反应过程。但这是效率最高的淀粉生产方式吗？答案是否定的。
根据论文通讯作者、天津工业生物所所长马延和提供的数据，在玉米等农作物中，将二氧化碳转变为淀粉，涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控，太阳能的利用效率不足2%。“植物经过亿万年进化，适应了自然环境，其固有属性制约了淀粉高效合成。”马延和称。
有没有一种办法能够摆脱植物来合成淀粉？自合成生物学诞生以来，人们就开始尝试人工构建非自然途径，实现二氧化碳到淀粉的转化，以突破植物媒介光合作用的瓶颈。但是，因为技术路线不清、瓶颈问题难测，这条科研之路存在很多不确定性。
马延和等人还是决定勇闯“无人区”。2015年起，天津工业生物所在中国科学院重点部署项目和天津市财政专项的支持下，立项开展二氧化碳合成淀粉的研究。
6年鏖战，研究团队终于如愿以偿。论文第一作者、天津工业生物所副研究员蔡韬兴奋地说：“我们拿合成淀粉与自然界中的淀粉比较，得到核磁结果是一模一样的，可以说，合成淀粉实际上与自然的淀粉是没有区别的。”
这意味着什么？数据显示，2019年，全世界有近7.5亿人面临重度粮食不安全，占世界总人口近十分之一。“即使是替代一部分粮食淀粉作为工业原料甚至饲料，也是对缓解农业压力的巨大贡献。”马延和表示。
技术路径
用二氧化碳人工合成淀粉，这项颠覆性技术是如何炼成的？马延和告诉记者，从能量角度看，光合作用的本质是将太阳光能转化为储藏在淀粉中的化学能。
可如何更高效地将光能转变为化学能？模拟和借鉴自然过程，构筑新的人工光合途径，科研人员想到了光能—电能—化学能的能量转变方式，首先通过光伏发电将光能转变为电能，通过光伏电水解产生氢气，然后通过催化利用氢气将二氧化碳还原生成甲醇，将电能转化为甲醇中储存的化学能，该过程的能量转化效率超过10%，远超光合作用的能量利用效率。
甲醇储存了来自太阳能的能量，但是自然界中并不存在甲醇合成淀粉的生命过程。于是，科研人员又利用合成生物学的思想，从海量的生物化学反应数据中设计出了一条仅包含10步主反应的甲醇到淀粉的人工路线ASAP。
为将设计蓝图变为现实，科研人员还挖掘与改造了来自动物、植物、微生物等31个不同物种的62个生物酶催化剂，最终优中选优，使用10个酶逐步将一碳的甲醇转化为三碳的二羟基丙酮，进一步转化为六碳的磷酸葡萄糖，最终合成了直链和支链淀粉。
“这是实现人工光合作用合成淀粉的一种过程。”马延和说，从科学突破角度看，这一人工途径的淀粉合成，向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。
从技术创新角度看，通过发展高效的人工催化剂和生物酶，研究团队从6568个生化反应中设计形成固碳与人工合成淀粉新途径。按照20%的光电转化效率计算，这条化学、生物杂合的人工合成淀粉新系统，理论能量转化效率可达7%，其淀粉合成速率比自然光合作用提高了3.5倍。
这意味着什么？蔡韬解释，按照目前技术参数推算，在能量供给充足的条件下，理论上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产量(按我国玉米淀粉平均亩产量计算)，“这一成果为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造打开了一扇窗”。
应用前景
在江南大学原校长、中国工程院院士陈坚看来，食品生产大约占据全球40%的耕地，产生了25%的温室气体，作为最主要的粮食成分之一，淀粉的可持续供应是人类未来面临的重要挑战。这项研究成果将化学与生物的方法相结合，采用蛋白质工程和合成生物学等一系列新技术，从二氧化碳直接合成淀粉，完全颠覆了传统的淀粉生产方式。这项研究工作是典型的从“0到1”的原创性成果，不仅对未来的农业生产，特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义。
马延和表示，如果未来该系统过程成本与农业种植相比具有经济可行性，并实际应用，将有可能节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平。
不过，他同时强调，目前该成果尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离，且面临诸多挑战。
“后续，研究团队还需要尽快实现从‘0到1’的概念突破到‘1到10’和‘10到100’的转换，让这项技术最终成为解决人类发展问题的有效手段和工具。”中科院副院长周琪表示，中科院将集成相关科技力量，一如既往地支持该项研究深入推进。
“当今世界面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战，科技创新已成为重塑全球格局、创造人类美好未来的关键因素。二氧化碳的转化利用与人工合成淀粉，正是应对挑战的重大科技问题之一。”周琪说。
来源：经济日报
#狮戬商学院##微深读#设想一下，不需要种地，也不需要绿色植物，以太阳光、水和二氧化碳为原料，在工厂里就可以像植物一样源源不断生产出淀粉。是不是很神奇？而今，这看似遥不可及的一幕，在不久的将来，有望实现。
近期，中科院天津工业生物技术研究所传来喜讯：经过6年技术攻关，科研团队在淀粉人工合成方面取得重大突破性进展，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。
不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳，合成淀粉，这一被国际学术界认为将是影响世界的重大颠覆性技术，究竟有何厉害之处？其突破，又有何科学意义和现实意义？记者就此采访了论文的作者及相关专家。
突破瓶颈
中国人偏重碳水饮食，清代美食家袁枚曾在《随园食单》中这样写道，“粥饭本也，余菜末也”，足见国人对碳水的宠爱。这里所说的碳水即碳水化合物，由碳、氢、氧组成，是人类生存必不可少的元素。而淀粉就是“粥饭”中最主要的碳水化合物，它是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分，是养活全球人口最重要的食物原料，同时也是重要的工业原料。
多少年来，农作物通过光合作用，将水、二氧化碳等无机化合物合成可作为动物饲料和人类食物的糖类乃至淀粉等碳水化合物，是地球上最重要的生物化学反应过程。但这是效率最高的淀粉生产方式吗？答案是否定的。
根据论文通讯作者、天津工业生物所所长马延和提供的数据，在玉米等农作物中，将二氧化碳转变为淀粉，涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控，太阳能的利用效率不足2%。“植物经过亿万年进化，适应了自然环境，其固有属性制约了淀粉高效合成。”马延和称。
有没有一种办法能够摆脱植物来合成淀粉？自合成生物学诞生以来，人们就开始尝试人工构建非自然途径，实现二氧化碳到淀粉的转化，以突破植物媒介光合作用的瓶颈。但是，因为技术路线不清、瓶颈问题难测，这条科研之路存在很多不确定性。
马延和等人还是决定勇闯“无人区”。2015年起，天津工业生物所在中国科学院重点部署项目和天津市财政专项的支持下，立项开展二氧化碳合成淀粉的研究。
6年鏖战，研究团队终于如愿以偿。论文第一作者、天津工业生物所副研究员蔡韬兴奋地说：“我们拿合成淀粉与自然界中的淀粉比较，得到核磁结果是一模一样的，可以说，合成淀粉实际上与自然的淀粉是没有区别的。”
这意味着什么？数据显示，2019年，全世界有近7.5亿人面临重度粮食不安全，占世界总人口近十分之一。“即使是替代一部分粮食淀粉作为工业原料甚至饲料，也是对缓解农业压力的巨大贡献。”马延和表示。
技术路径
用二氧化碳人工合成淀粉，这项颠覆性技术是如何炼成的？马延和告诉记者，从能量角度看，光合作用的本质是将太阳光能转化为储藏在淀粉中的化学能。
可如何更高效地将光能转变为化学能？模拟和借鉴自然过程，构筑新的人工光合途径，科研人员想到了光能—电能—化学能的能量转变方式，首先通过光伏发电将光能转变为电能，通过光伏电水解产生氢气，然后通过催化利用氢气将二氧化碳还原生成甲醇，将电能转化为甲醇中储存的化学能，该过程的能量转化效率超过10%，远超光合作用的能量利用效率。
甲醇储存了来自太阳能的能量，但是自然界中并不存在甲醇合成淀粉的生命过程。于是，科研人员又利用合成生物学的思想，从海量的生物化学反应数据中设计出了一条仅包含10步主反应的甲醇到淀粉的人工路线ASAP。
为将设计蓝图变为现实，科研人员还挖掘与改造了来自动物、植物、微生物等31个不同物种的62个生物酶催化剂，最终优中选优，使用10个酶逐步将一碳的甲醇转化为三碳的二羟基丙酮，进一步转化为六碳的磷酸葡萄糖，最终合成了直链和支链淀粉。
“这是实现人工光合作用合成淀粉的一种过程。”马延和说，从科学突破角度看，这一人工途径的淀粉合成，向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。
从技术创新角度看，通过发展高效的人工催化剂和生物酶，研究团队从6568个生化反应中设计形成固碳与人工合成淀粉新途径。按照20%的光电转化效率计算，这条化学、生物杂合的人工合成淀粉新系统，理论能量转化效率可达7%，其淀粉合成速率比自然光合作用提高了3.5倍。
这意味着什么？蔡韬解释，按照目前技术参数推算，在能量供给充足的条件下，理论上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产量（按我国玉米淀粉平均亩产量计算），“这一成果为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造打开了一扇窗”。
应用前景
在江南大学原校长、中国工程院院士陈坚看来，食品生产大约占据全球40%的耕地，产生了25%的温室气体，作为最主要的粮食成分之一，淀粉的可持续供应是人类未来面临的重要挑战。这项研究成果将化学与生物的方法相结合，采用蛋白质工程和合成生物学等一系列新技术，从二氧化碳直接合成淀粉，完全颠覆了传统的淀粉生产方式。这项研究工作是典型的从“0到1”的原创性成果，不仅对未来的农业生产，特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义。
马延和表示，如果未来该系统过程成本与农业种植相比具有经济可行性，并实际应用，将有可能节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平。
不过，他同时强调，目前该成果尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离，且面临诸多挑战。
“后续，研究团队还需要尽快实现从‘0到1’的概念突破到‘1到10’和‘10到100’的转换，让这项技术最终成为解决人类发展问题的有效手段和工具。”中科院副院长周琪表示，中科院将集成相关科技力量，一如既往地支持该项研究深入推进。
“当今世界面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战，科技创新已成为重塑全球格局、创造人类美好未来的关键因素。二氧化碳的转化利用与人工合成淀粉，正是应对挑战的重大科技问题之一。”周琪说。
近期，中科院天津工业生物技术研究所传来喜讯：经过6年技术攻关，科研团队在淀粉人工合成方面取得重大突破性进展，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。
不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳，合成淀粉，这一被国际学术界认为将是影响世界的重大颠覆性技术，究竟有何厉害之处？其突破，又有何科学意义和现实意义？记者就此采访了论文的作者及相关专家。
突破瓶颈
中国人偏重碳水饮食，清代美食家袁枚曾在《随园食单》中这样写道，“粥饭本也，余菜末也”，足见国人对碳水的宠爱。这里所说的碳水即碳水化合物，由碳、氢、氧组成，是人类生存必不可少的元素。而淀粉就是“粥饭”中最主要的碳水化合物，它是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分，是养活全球人口最重要的食物原料，同时也是重要的工业原料。
多少年来，农作物通过光合作用，将水、二氧化碳等无机化合物合成可作为动物饲料和人类食物的糖类乃至淀粉等碳水化合物，是地球上最重要的生物化学反应过程。但这是效率最高的淀粉生产方式吗？答案是否定的。
根据论文通讯作者、天津工业生物所所长马延和提供的数据，在玉米等农作物中，将二氧化碳转变为淀粉，涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控，太阳能的利用效率不足2%。“植物经过亿万年进化，适应了自然环境，其固有属性制约了淀粉高效合成。”马延和称。
有没有一种办法能够摆脱植物来合成淀粉？自合成生物学诞生以来，人们就开始尝试人工构建非自然途径，实现二氧化碳到淀粉的转化，以突破植物媒介光合作用的瓶颈。但是，因为技术路线不清、瓶颈问题难测，这条科研之路存在很多不确定性。
马延和等人还是决定勇闯“无人区”。2015年起，天津工业生物所在中国科学院重点部署项目和天津市财政专项的支持下，立项开展二氧化碳合成淀粉的研究。
6年鏖战，研究团队终于如愿以偿。论文第一作者、天津工业生物所副研究员蔡韬兴奋地说：“我们拿合成淀粉与自然界中的淀粉比较，得到核磁结果是一模一样的，可以说，合成淀粉实际上与自然的淀粉是没有区别的。”
这意味着什么？数据显示，2019年，全世界有近7.5亿人面临重度粮食不安全，占世界总人口近十分之一。“即使是替代一部分粮食淀粉作为工业原料甚至饲料，也是对缓解农业压力的巨大贡献。”马延和表示。
技术路径
用二氧化碳人工合成淀粉，这项颠覆性技术是如何炼成的？马延和告诉记者，从能量角度看，光合作用的本质是将太阳光能转化为储藏在淀粉中的化学能。
可如何更高效地将光能转变为化学能？模拟和借鉴自然过程，构筑新的人工光合途径，科研人员想到了光能—电能—化学能的能量转变方式，首先通过光伏发电将光能转变为电能，通过光伏电水解产生氢气，然后通过催化利用氢气将二氧化碳还原生成甲醇，将电能转化为甲醇中储存的化学能，该过程的能量转化效率超过10%，远超光合作用的能量利用效率。
甲醇储存了来自太阳能的能量，但是自然界中并不存在甲醇合成淀粉的生命过程。于是，科研人员又利用合成生物学的思想，从海量的生物化学反应数据中设计出了一条仅包含10步主反应的甲醇到淀粉的人工路线ASAP。
为将设计蓝图变为现实，科研人员还挖掘与改造了来自动物、植物、微生物等31个不同物种的62个生物酶催化剂，最终优中选优，使用10个酶逐步将一碳的甲醇转化为三碳的二羟基丙酮，进一步转化为六碳的磷酸葡萄糖，最终合成了直链和支链淀粉。
“这是实现人工光合作用合成淀粉的一种过程。”马延和说，从科学突破角度看，这一人工途径的淀粉合成，向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。
从技术创新角度看，通过发展高效的人工催化剂和生物酶，研究团队从6568个生化反应中设计形成固碳与人工合成淀粉新途径。按照20%的光电转化效率计算，这条化学、生物杂合的人工合成淀粉新系统，理论能量转化效率可达7%，其淀粉合成速率比自然光合作用提高了3.5倍。
这意味着什么？蔡韬解释，按照目前技术参数推算，在能量供给充足的条件下，理论上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产量（按我国玉米淀粉平均亩产量计算），“这一成果为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造打开了一扇窗”。
应用前景
在江南大学原校长、中国工程院院士陈坚看来，食品生产大约占据全球40%的耕地，产生了25%的温室气体，作为最主要的粮食成分之一，淀粉的可持续供应是人类未来面临的重要挑战。这项研究成果将化学与生物的方法相结合，采用蛋白质工程和合成生物学等一系列新技术，从二氧化碳直接合成淀粉，完全颠覆了传统的淀粉生产方式。这项研究工作是典型的从“0到1”的原创性成果，不仅对未来的农业生产，特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义。
马延和表示，如果未来该系统过程成本与农业种植相比具有经济可行性，并实际应用，将有可能节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平。
不过，他同时强调，目前该成果尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离，且面临诸多挑战。
“后续，研究团队还需要尽快实现从‘0到1’的概念突破到‘1到10’和‘10到100’的转换，让这项技术最终成为解决人类发展问题的有效手段和工具。”中科院副院长周琪表示，中科院将集成相关科技力量，一如既往地支持该项研究深入推进。
“当今世界面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战，科技创新已成为重塑全球格局、创造人类美好未来的关键因素。二氧化碳的转化利用与人工合成淀粉，正是应对挑战的重大科技问题之一。”周琪说。
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