【我国科学家实现二氧化碳合成葡萄糖和脂肪酸】中国科学报:4月28日,以封面文章形式发表于《自然—催化》的一项最新研究表明,电催化结合生物合成的方式,能将二氧化碳高效还原合成高浓度乙酸,进一步利用微生物,可以合成葡萄糖和油脂。

“该工作耦合人工电催化与生物酶催化过程,发展了一条由水和二氧化碳到含能化学小分子乙酸,后经工程改造的酵母微生物催化合成葡萄糖和游离的脂肪酸等高附加值产物的新途径,为人工和半人工合成‘粮食’提供了新的技术。”中国科学院院士、中国化学会催化专业委员会主任李灿评价道。

这一成果由电子科技大学夏川课题组、中国科学院深圳先进技术研究院于涛课题组与中国科学技术大学曾杰课题组共同完成。

温和条件下工业废气变“食醋”

那么,二氧化碳究竟是如何变成葡萄糖和油脂的呢?

“首先,我们需要把二氧化碳转化为可供微生物利用的原料,方便微生物发酵。”曾杰介绍道,清洁、高效的电催化技术可以在常温常压条件下工作,是实现这个过程的理想选择,他们就此已经发展了很多成熟的电催化剂体系。

至于要转化为哪种“原料”,研究人员将目光瞄准了乙酸。因为它不仅是食醋的主要成分,也是一种优秀的生物合成碳源,可以转化为葡萄糖等其他生物物质。

“二氧化碳直接电解可以得到乙酸,但效率不高,所以我们采取‘两步走’策略——先高效得到一氧化碳,再从一氧化碳到乙酸。”曾杰说。

即使如此,目前一氧化碳到乙酸的电合成效率(即乙酸法拉第效率)和纯度依旧不尽如人意。对此,研究人员发现,由一氧化碳催化形成乙酸盐,特异性地受催化剂表面几何形状的影响,一氧化碳通过脉冲电化学还原工艺形成的晶界铜催化合成乙酸法拉第效率可达52%。

“实际生产中,提升电流可以提升功率,但是可能降低法拉第效率。”夏川说,好比把每天的工作时间从8小时延长到12小时,虽然上班时间更久,但工作效率反而会下降。“我们把最高偏电流密度提升到321mA/cm2(毫安每平方厘米)时,乙酸法拉第效率仍保持在46%,能够较好地保持‘高电流’和‘高法拉第效率’的平衡。”

不过,常规电催化装置生产出的乙酸混合着很多电解质盐,无法直接用于生物发酵。因此,为了“喂饱”微生物,不仅要提升转化效率、保证“食物”的数量,还要得到不含电解质盐的纯乙酸,保证“食物”的质量。

“我们利用新型固态电解质反应装置,使用固态电解质代替原本的电解质盐溶液,直接得到了无需进一步分离的纯乙酸水溶液。”夏川介绍道,利用该装置,能在250mA/cm2偏电流密度内,超140小时连续制备纯度达97%的乙酸水溶液。

微生物“吃醋”产葡萄糖

得到乙酸后,研究人员尝试利用酿酒酵母这一微生物来合成葡萄糖。

“酿酒酵母主要用于发酵奶酪、馒头、酒等,同时也因其优秀的工业属性,常被用作微生物制造与细胞生物学研究的模式生物。”于涛说,利用酿酒酵母通过乙酸合成葡萄糖的过程,就像微生物在“吃醋”,酿酒酵母通过不断地“吃醋”来合成葡萄糖。“然而,在这一过程中,酿酒酵母本身也会代谢掉一部分葡萄糖,所以产量并不高。”

对此,研究团队通过敲除酿酒酵母中代谢葡萄糖的3个关键酶元件——Glk1、Hxk1和Hxk2,废除了酿酒酵母代谢葡萄糖的能力。敲除之后,实验中的工程酵母菌株在摇瓶发酵的条件下,合成的葡萄糖产量达1.7g/L。

“模式生物酿酒酵母‘从无到有’地在克级水平合成了葡萄糖,这代表了该策略较高的生产水平与发展潜力。”于涛说,为了进一步提升合成的葡萄糖产量,不仅要废除酿酒酵母内源对葡萄糖的再利用能力,还要加强它本身积累葡萄糖的能力。

于是,研究人员又敲除了两个疑似具备代谢葡萄糖能力的酶元件(YLLR446W、EMI2),同时插入来自泛菌属和大肠杆菌的葡萄糖磷酸酶元件(AGPP、YIHX)。

于涛表示,这两种酶可以“另辟蹊径”,将酵母体内其他通路中的磷酸分子转化为葡萄糖,增加了酵母菌积累葡萄糖的能力。经过改造后的工程酵母菌株的葡萄糖产量达2.2g/L,产量提高了30%。

新型催化方式助力高附加值化合物生产

高效的二氧化碳电还原制备高附加值化学品和燃料的工艺,被学界认为是实现未来“零碳排放”物质转化的重要研究方向之一。

目前对二氧化碳电还原技术的研究大多局限于一碳和二碳等小分子产物,如何高效、可持续地将二氧化碳转化为富含能量的碳基长链分子仍然是一个巨大的挑战。

“为了规避二氧化碳电还原的产物局限性,可考虑将二氧化碳电还原过程与生物过程相耦合,以电催化产物作为电子载体,供微生物后续发酵合成长碳链的化学产品,用于生产和生活。”夏川表示。

合适的电子载体对微生物发酵至关重要。由于二氧化碳电还原的气相产物均难溶于水、生物利用效率低,因此往往优先选择二氧化碳电还原的液相产物作为生物发酵的电子载体。然而,普通电化学反应器中所得的液体产物是与电解质盐混在一起的混合物,不能直接用于生物发酵。鉴于此,固态电解质反应器的开发有效解决了二氧化碳电还原液体产物分离的问题,可以连续稳定地为微生物发酵提供液态电子载体。

微生物作为活细胞工厂,其优点是产物多样性很高,能合成许多无法人工生产或人工生产效率很低的化合物,是非常丰富的“物质合成工具箱”。比如,在人们常见的白酒、馒头、抗生素等食品药品的加工中,微生物就发挥着重要作用。

曾杰表示,“通过电催化结合生物合成的新型催化方式,可以有效提高碳的附加值。接下来,我们将进一步研究电催化与生物发酵这两个平台的同配性和兼容性。” 未来要合成淀粉、制造色素、生产药物等,在保持原有电催化设施的同时,只需更换发酵使用的微生物即可。

“该工作开辟了电化学结合活细胞催化制备葡萄糖等粮食产物的新策略,为进一步发展基于电力驱动的新型农业与生物制造业提供了新范例,是二氧化碳利用方面的重要发展方向。”中国科学院院士、上海交通大学微生物代谢国家重点实验室主任邓子新评价道。

【宝藏工厂“论剑”1688:切磋疫情时期逆势增长的技艺】

订单锐减、原材料价格上涨、物流配送放缓,一道道难关摆在了源头工厂企业主的面前,是躺平任由情况恶化,还是寻求突破逆境求生……

有一群来自阿里巴巴内贸B2B平台1688上的“宝藏工厂”,却在疫情时期实现了逆势反周期增长。最近,他们的故事在1688平台的超级工厂会员企业里被频繁讨论。

30天的时间销售额突破百万元靠什么;从149名晋升到类目Top1需要多久;访客增速达30000%;一家传统食品工厂在数字化转型之后,增加出货需求可以在线直接下达,后台系统自动调整生产排班;一款爆品全程只用了7天……

4月26-28日,为期三天的1688“超级工厂大赛·第二季”全明星周总决赛上,来自全国五大区、数千名参赛工厂商家的前十强,将自己摸爬滚打总结出来的“内功心法”,通过1688商学院向数十万个工厂商家无私分享。他们加入超级工厂的时间不长,却在超工的服务体系下,有些重塑供应链,将服务做到极致,形成了新的竞争力;有些借助平台数字化能力,发现商机找到新的业务增长曲线;值得一提的是,还有的形成了持续推出新品、爆品的能力,实现了数字化转型。

“在从电商小白进阶到现在的过程中,分享是带给我最大进步的。”十强选手深圳众鑫通泰科技有限公司总经理田文希望,自己的分享能给同在逆境中的工厂商家带来启发,大家抱团取暖,共渡时艰。

最终,来自华东大区的上海新麦食品摘得冠军,浙江大区的菀煜科技、上虞佳妮家居分获亚、季军。

“超级工厂大赛·第二季”进行期间正值疫情反扑之际,秉承举办大赛初心,1688产地发展中心希望借助赛事持续为源头工厂带来更多订单,促成交易;提高源头工厂数字化渗透率,提升工厂核心竞争力;提供优质好货,形成良好的生态供应关系。以生态平台的聚力,避免数十万工厂商家成为一个个孤岛,并“将从数据中总结的问题和看到的商机分享给到工厂商家”,带领工厂商家摆脱困境,走出阴霾。


在“超级工厂大赛”落幕之际,1688产地发展中心总经理陈盛还宣布了一项新的针对工厂商家的扶持计划——“春风铸新计划”。 “我们希望联合广大制造商共推铸新计划,一方面找到增长商机去铸建工厂生意增量,另一方面也借这个机会铸建我们团队的独特眼光、危机应对和组织能力。”陈盛解读“铸新计划”时透露,未来平台将聚焦定制和新品两个非常重要的业务增量,平台将给予从数据、产品、营销和推广几个维度的综合支持。

定制赛道助破冰

2022年,一个更为艰难的年份,更多的工厂商家直面生存或者死亡的问题。

国家统计局公布的3月份PMI指数显示,制造业总体景气水平有所回落,比上月下降0.7个百分点,也是五个月以来首次跌至收缩区间。其中,中、小企业新订单、原材料库存、供应商配送以及从业人员各项分类指数来看,均低于临界值。

北京大学国家发展研究院副院长黄增平在博鳌亚洲论坛上直言,“今年中小微企业压力很大,面临着投入品价格高,产出品价格低的双重挤压。”黄增平还提示,“中小微企业还面临较大的现金流风险”。

将这些术语翻译成工厂主们的话,即是工厂利润低、库存压力大、拓展渠道难三大困惑。

如何破局?众鑫通泰的答案是“轻定制化”——小单快定。

众鑫通泰可以“轻”到什么程度?众鑫通泰总经理田文在赛事现场邀请了一位观众做体验,并全程在大屏幕上时时反馈:这位观众发出了下一单手机支架的需求,紧接着提交信息,收集完信息后众鑫通泰开始制作打包发货,整个流程只用了9分钟。第二天,这位杭州的体验者反馈,在他上班时已经看到了定制的手机支架。


作为数码快消品生产商,众鑫通泰在新冠疫情之下,也面临着订单急速下滑的窘境。从慌乱到突破,众鑫通泰花了一年多的时间,最终找到了“轻定制”这个突破口。

尽管早在2014年,众鑫通泰就已有意识发展线上业务——在1688平台开设店铺,但本质上,众鑫通泰依旧将线上视作公司销售的一个渠道,线下和线上无论从产品设计、销售到管理体系上并没有太大的差别。

直到2020年4月,众鑫通泰在C2M渠道找突破,上线淘工厂,历经1年的探索,他们在淘工厂里打造出了10万+销量的爆品。而组成10万+销量的订单中,大多为300、1000件规模的订单,固化的思维依旧让众鑫通泰忽视了这些零散的小单,没有意识到这些小单背后的趋势,直到2021年1688平台9月8日商人节大促。当天,众鑫通泰收获了80多个B类轻定制的客户,这才真正引起了公司对于"轻定制"需求的重视。

此后,众鑫通泰经历了企业生产模式重组,不断优化链接和轻定制的速度的改变,最终形成了免费定制,28分钟出图,72小时发货的标准流程,这让他们快速笼获了一批新客户。在加入超级工厂的148天里,众鑫通泰收获了支付宝、TOPGO、奔驰等600多家新客户,这些客户为众鑫通泰带来了4800多万元的销售额。在整个数码行业线上竞争进入炽热化的阶段,众鑫通泰以快速响应消费终端需求突出重围,找到了业务增长新曲线,用148天的时间从一家不知名小店成长为垂类Top1。

数据显示,在过去的1年多时间里,1688全站流量中的20%流向了定制市场。临沂昌塑编织袋厂就是其中受益者。受疫情影响,2020年昌塑利润为0。这促使负责人朱铎求变,2021年初,他加入超级工厂,很快通过1688“找工厂”通道,接到第一笔千万数额的定制化订单,从此开启了昌塑编织袋厂的定制化之路。2021年昌塑编织袋的年产值达到1.1亿元,利润同比增长了100%。朱铎也趁胜追击,带领团队推出新品,半年时间销售达到1亿元。

踏足定制化这条赛道后,义乌金发彩印包装有限公司接到了迪斯尼等新客户的大订单。对定制客户,黄礼趁做了细分,他将服务团队一分为二:一块对接轻定制客户,即下达小快缓订单的客户;一块对接重定制客户,即订单额在1000万以上的客户。针对“轻、重”两类客户,金发彩印团队提供的是“标准化和极致化”两类服务:标准化服务对接轻定制客户——“开发有版权的、新颖包装的,然后在一两个月时间在店铺主推的产品,去对接小快缓的轻定制客户”;“以满足他们一切需求为准则的极致服务”面对重定制大客户。黄礼趁总结说,“标准化服务让我们赢得客户和利润,极致化则为我们的发展和规模提供了动力。”

经历了一年多工厂电商的探索,目前超工服务团队与源头工厂一同摸索出了一条适合工厂电商之路。1688产地发展中心负责人陈盛认为,成功的工厂电商首先是“定制和现货并重”,具备“双赛道的解决方案”。


在疫情三年中,接轨了定制赛道的源头工厂,在困局中得以突破,逆势增长。不过,在1688平台的生态体系中,定制化是工厂电商“中小学阶段”的水平,考验的是工厂商家快速响应的能力、是供应链的实力,也是源头工厂的底子。要成为成功的工厂电商,还需要具备满足消费端需求打造产品的M2C能力。

M2C能力养成

工厂围绕消费需求快速反应,这将是源头工厂日后的常态。1688产地发展中心负责人陈盛指出,随着电商发展数据常态化的必然趋势,很多有条件的工厂终究围绕终端消费者需求孵化产品,进行营销。“有能力的工厂,还可以打造自己的品牌。”

2021年底,一款丹麦风味曲奇上市,推出3天成交额超过60万元;“郁金香+玫瑰花瓣造型甜点”开业5个月,月销50万个,在日本深受欢迎。

这两款爆品均来自上海新麦食品公司。“风味曲奇是我们针对存量市场推出的产品,花系甜点则是在增量空间找到的套利空间。”总经理董凡铭在决赛演讲中向工厂商家们揭示了两款新品产生的始末——数据化分析的结果。“我们的智能系统根据供需指数、搜索指数、毛利率、投资额和季节性等指数来选取存量市场产品”,针对存量和增量市场,上海新麦有两套方法,“增量市场的爆发产品则会从国内、外社交平台上抓取”。

相比于绝大多数工厂商家,上海新麦食品数字化转型较早,目前已经实现了选品数字化、管理数字化和供应链数字化的全链路数字化转型。仅供应链数字化这一块,直接将上海新麦库存周转天数降低了30%,交货及时率提升了4%,员工平均产值增加了15%。

商家实现全链路数字化是1688平台喜闻乐见的,但现实情况不容乐观。因为 “全链路的数字化对工厂商家非常难、非常有挑战性”, 陈盛指出,眼下工厂商家最关心的还是生意。“销售上数字化的生意占比越高,对工厂后端生产数字化的需求量越大,对工厂主们的驱动力也越大”。目前阶段,只能由平台将“整个数字渠道的渗透和覆盖能力给工厂”。


在超级工厂会员体系中,向工厂主提供数据支持是一项基本服务。1688产地发展中心1000多人团队正是这样一支陪伴工厂主共同成长的队伍。团队小二会向工厂适时输出互联网数据,行业走势报告,让工厂了解哪些产品有增长趋势,这些产品应该以什么样的规格、材质、尺寸、价格以及色系呈现等等,帮助工厂根据这些画像,围绕市场的需求,重新去定义自身的业务板块和业务能力以及新品规划。

十强工厂佳妮宠物则是充分运用了平台提供的多种维度的数据。借助于此,佳妮宠物形成了一套打造爆品的方法论。他们根据数据描绘出买家画像,挖掘买家需求、做市场调研、确定价格定位;他们也会根据后台反馈的数据优化店铺展示位置和效果;还会利用数据进行数字营销,打造相关场景进行引流;更会在客户询盘时设置精准的话术进行对接,最后完成为佳妮自己的数据库,完成复购的维护。正是这套流程让爆品不断,在30天内实现百万元销售。

义乌金发彩印也开始试水新品市场,推出爆品。2021年,金发彩印加入超级工厂后发现,小二会定期提供行业数据报告,这在以前是无法得到的。这些数据拓展了黄礼趁的思路,也让他离“做一家数字化科技企业”的目标更近了一步。他开始试水新品,检验自己M2C的能力。针对即将到来的中秋节,他和团队花了20多天,推出了一款中秋礼盒。新品推出后用了15天冲到了类目第二,市场反响不错,不过黄认为仍有进步空间。在对平台提供的数据报告进行分析、复盘后,团队推出了第二款新品——圣诞苹果礼盒,这次冲到了类目第一。



“有前瞻性的商家们已经在不懈地优化工厂产品线,不断用新品去刺激市场。”陈盛在宣布“春风铸新计划”时指出,未来新品将会成为一个增量市场。平台的数据显示,如今很多买家尤其是先进性买家对新渠道和新品定制的需求非常旺盛,找工厂的买家定制在流量和询盘数量保持强劲增长,部分品类比上一季度出现了30%以上的增幅。

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