中國科學家人工合成淀粉：顛覆古今，是未來文明的奠基石？

揚眉劍客 2022-01-16

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回首2021年，有個科研成果震古爍今，完全有資格獲得諾貝爾化學獎。那就是中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所的團隊，在實驗室中首次實現(xiàn)了從二氧化碳到淀粉分子的全合成，并于9月24日在著名國際學術(shù)期刊《科學》上發(fā)表了相關(guān)論文。有了這個技術(shù)，喝西北風也能管飽。

亮點一：人工合成淀粉，人類從無到有的大突破。

淀粉是高分子碳水化合物，由葡萄糖分子聚合而成。傳統(tǒng)從植物獲得淀粉，由玉米、水稻、小麥、馬鈴薯等農(nóng)作物通過光合作用產(chǎn)生。淀粉是日常食物中必不可少的一個營養(yǎng)來源，攝入的淀粉被淀粉酶完全水解，得到葡萄糖，這是生物的主要供能物質(zhì)，是人類重要的營養(yǎng)素。

這一次，我國科學家在不借助自然植物光合作用的情況下，奇跡般將這個過程人工化，完全依靠生物和化學的人工手段獲得淀粉。

淀粉

淀粉的分子式為(C6H10O5 )n，合成淀粉的元素看似簡單，只要有二氧化碳與水就足夠了，實則非常難，如整個過程需要經(jīng)過哪些化學反應，付出多少能量與代價等。

這個過程理論簡單，實操卻異常復雜。二氧化碳里面有一個碳，但淀粉里有六個碳，就要想辦法利用各種生物酶，先將一個碳變成三個，然后由三個變成六個。而這里面的過程是什么，酶的種類與份量，用什么工藝等等都需要無數(shù)次實驗摸索驗證，千錘百煉。

這是人類的大突破，植物吸收二氧化碳通過光合作用合成有機物，現(xiàn)在人類利用二氧化碳就能合成淀粉?！段饔斡洝分猩裣纱悼跉庾兂鍪澄?，我國科學家吹口氣也能變出糧食。

光合作用與人工合成淀粉原理圖一

亮點二：人工合成淀粉的效率遠超于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

相比與路徑的復雜程度，更重要的是這個路徑合成淀粉的效率到底高不高。如果效率不高，那還搞什么人工合成，繼續(xù)種玉米、小麥等就行了。而這個科研成果另個亮點之處就是效率太高了。

一般的光合作用，植物需要60多步代謝反應，才能產(chǎn)生淀粉，而能量轉(zhuǎn)化效率只有2%。工業(yè)淀粉利用無機催化劑將二氧化碳還原為甲醇，再將甲醇進行多次轉(zhuǎn)換后形成淀粉。工業(yè)淀粉的合成和生產(chǎn)僅需要11步，大幅度降低了合成的復雜性。

人工合成淀粉的合成速率是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的8.5倍。1立方米生物反應器與5畝玉米田的年產(chǎn)量相當，1畝生物反應器與3333畝玉米田的年產(chǎn)量相當。我國玉米種植面積為6.4億畝，也就是說只要有20萬畝這樣的反應器，就能夠頂上全國的玉米產(chǎn)量了。而如果多層疊放的話，十層也就十米高，所需的田地則會更少。

光合作用與人工合成淀粉原理圖二

人工合成淀粉的重要意義。

1.民以食為天，人類自古至今與饑餓做斗爭。全世界人口有78億，為了填飽肚子，人們開墾糧田，投入無數(shù)的肥料、農(nóng)藥、農(nóng)機等，培育優(yōu)質(zhì)品種，不斷提高糧食產(chǎn)糧?？杉幢闳绱耍蜻€有三分之一的人吃不飽飯。另外，淀粉也是重要的工業(yè)原料，酒精、紡織、造紙等都需要淀粉。

如果能夠?qū)崿F(xiàn)人工合成淀粉量產(chǎn)，很可能就可以解決糧食安全問題了，而且還能節(jié)省大量土地、淡水等資源，退耕還林，改善生態(tài)環(huán)境。

2.人工合成淀粉的原料是二氧化碳，其合成的效率越高，需要的二氧化碳就越多。有了這項技術(shù)，就可以將溫室氣體二氧化碳變廢為寶，有利于我們實現(xiàn)碳中和，減緩溫室效應。

3.人類的未來是星辰大海，人工合成淀粉技術(shù)無疑具有奠基性價值。這項技術(shù)可以助力星際旅行與星際移民，解決宇航員食物問題，讓宇宙飛船飛得更遠，探索更多未知宇宙。