空氣也能做饅頭

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聽說中國科學(xué)家用二氧化碳人工合成出了淀粉，這是否意味著用空氣就能直接做出饅頭了？真是太不可思議了！這項奇妙的新技術(shù)，畢竟是怎么實現(xiàn)的？走，咱們現(xiàn)在就去一探到底。

僅需11步便可得到淀粉

新聞鏈接：

中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所馬延和科研團(tuán)隊，在試驗室里首次實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成，相關(guān)成果已由英國知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表。

谷類食品中富含淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)，食用后可為身體提供能量。其中淀粉是谷物中最主要的成分，也是重要的工業(yè)原料。玉米中，淀粉的含量約為73%，小麥中淀粉的含量約為60%至70%，而大米中淀粉的含量高達(dá)70%至80%。

植物中的淀粉是通過葉子的光合作用合成的，原料是二氧化碳和水，涉及約60步代謝反應(yīng)以及繁雜的生理調(diào)控，而中國科學(xué)家用一種類似“搭積木〞的方式，先利用無機(jī)催化劑將二氧化碳還原為甲醇，然后將甲醇轉(zhuǎn)化成為三碳，接著將三碳合成六碳，最終合成淀粉。只需要11步核心生化反應(yīng)，就可以完成從二氧化碳到淀粉的轉(zhuǎn)化。這聽起來貌似輕松，但此后的調(diào)試和優(yōu)化才是真正困難的部分。由于即使是理論上可行的反應(yīng)路徑，在試驗中也常會遇到大量不可預(yù)料的問題，例如不同的催化酶難以適配，導(dǎo)致試驗失敗等。

不斷改善技術(shù)

為了解決試驗中出現(xiàn)的問題，研究團(tuán)隊將整個淀粉轉(zhuǎn)化的過程拆分成了四個模塊，并將這些模塊逐一進(jìn)行優(yōu)化。他們在31種生物體的62個催化酶里篩選出了10種，去參與11種最優(yōu)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，使得每一步都最有效、最高產(chǎn)。這樣一來，他們就得到了人工淀粉合成路徑的1.0版本。

在后續(xù)的研究中，科研人員對初始版本進(jìn)行了改進(jìn)，利用各種酶提升反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，得到了2.0版本的反應(yīng)路徑。然后，研究者在2.0版本的反應(yīng)路徑的前面加上了關(guān)鍵的步驟：讓主角二氧化碳與氫氣結(jié)合變成甲醇。在這一步驟中，研究者使用了氧化鋅-氧化鋯的無機(jī)催化劑。最終，研究者通過更換路徑中的部分反應(yīng)酶，得到了目前的最新版本ASAP3.1。ASAP3.1版本的淀粉產(chǎn)率比1.0版本的淀粉產(chǎn)率提升了將近一百倍。

美好的未來

目前，人工合成淀粉的速率是自然淀粉合成速率的8.5倍。研究者認(rèn)為，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)，理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器一年生產(chǎn)的淀粉量，與我國5畝玉米地一年生產(chǎn)的淀粉量相等。一旦該技術(shù)實現(xiàn)了工業(yè)化批量生產(chǎn)，那么人類可能有機(jī)遇完全擺脫糧食危機(jī)和耕地制約，人類社會的發(fā)展也因此進(jìn)入新紀(jì)元。但現(xiàn)在這項技術(shù)只是在試驗室實現(xiàn)了少量制備，要想實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，還有很長的路要走。如技術(shù)中作為催化劑的生物酶是否可以批量生產(chǎn)，酶的穩(wěn)定性如何，成本如何操縱等問題，都是工業(yè)化生產(chǎn)中需要面對的難題。

當(dāng)然，人類科技的進(jìn)步從來不是一蹴而就的，富爾頓發(fā)明的世界第一艘輪船，一出港口就被風(fēng)暴吹散架了;萊特兄弟發(fā)明的人類第一架飛機(jī)，只在空中逗留了12秒，飛了36米……但這些都是劃時代的發(fā)明，最終都改變了人類的生活生產(chǎn)方式。中國科學(xué)家第一次實現(xiàn)人工合成淀粉，不僅可以回收利用