一提到糖，大家不自覺(jué)地產(chǎn)生愉悅的感覺(jué)?？梢哉f(shuō)糖和我們生活息息相關(guān)，日常食用的很多食物中都有糖的影子，比如：蜂蜜、玉米、可樂(lè)，等等。但你們知道嗎？糖是國(guó)家戰(zhàn)略物資，而我們國(guó)家每年糖的進(jìn)口總量達(dá)到300~500萬(wàn)噸。為了保障糖供應(yīng)，我們要試著學(xué)習(xí)新技術(shù)，采用新工藝。

為什么要人工合成糖？

我們吃的淀粉和糖，都得靠種植植物來(lái)獲取。植物通過(guò)光合作用，把二氧化碳和太陽(yáng)的能量變成淀粉和糖存起來(lái)，我們?cè)偌庸ひ幌戮湍艹粤?。但?wèn)題是，植物們進(jìn)化了這么多年，已經(jīng)習(xí)慣了自然環(huán)境，在把能量變成淀粉和糖這方面，效率不是特別高，同時(shí)它們對(duì)二氧化碳的濃度還特別挑。

你們知道嗎？用光合作用做淀粉，理論上太陽(yáng)能變成淀粉的效率是2%，但實(shí)際上呢，只有0.67%，相差很遠(yuǎn)。而且，它還不能直接用高濃度的二氧化碳，這就讓做淀粉的速度慢下來(lái)了。所以，咱們得種很多的玉米、甘蔗，才能滿足大家的需要。這就是所謂的“效率不夠，數(shù)量來(lái)湊”。

可現(xiàn)在的環(huán)境，說(shuō)變就變，干旱、暴雨、蟲(chóng)子這些不可控因素，都影響收成。而且，隨著全球人口激增以及全球氣候變暖等問(wèn)題，都要求開(kāi)發(fā)可替代種植的合成路線，在未來(lái)保障淀粉和糖供應(yīng)安全。

△ 人工合成糖樣品

人工合成糖是怎么做的？

在前期，我們集合了研究所內(nèi)外的優(yōu)勢(shì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行攻關(guān)。經(jīng)歷了上萬(wàn)次的探索，我們最終開(kāi)發(fā)出了化學(xué)催化和生物催化一體技術(shù)，能夠成功轉(zhuǎn)化二氧化碳合成淀粉！

具體怎么做呢？首先，通過(guò)電解水制備氫氣，然后讓氫氣和二氧化碳在化學(xué)催化劑的幫助下變成甲醇。接下來(lái)，甲醇通過(guò)人工搭建的生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)合成淀粉和糖。人工淀粉研究成果發(fā)表之后，我們又進(jìn)一步聚焦到糖這一類(lèi)重要食品原料上，又是兩年埋頭苦干，最終實(shí)現(xiàn)人工合成糖分子，并能夠精準(zhǔn)控制糖產(chǎn)物構(gòu)型。并且除了合成淀粉和己糖，我們還實(shí)現(xiàn)了合成特種淀粉、蔗糖等產(chǎn)物。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們這套人工合成大法，就靠這么幾樣寶貝：太陽(yáng)能或風(fēng)能、二氧化碳、水、催化劑，還有發(fā)酵罐。

人工合成糖還有哪些？

這項(xiàng)成果發(fā)表后，立馬引起了廣泛關(guān)注和積極評(píng)價(jià)。

往小了說(shuō)，跟傳統(tǒng)種植莊稼相比，人工合成糖不需要大片土地，陽(yáng)光也直接換成了電能，步驟少了，效率高了。往大了說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)能幫我們國(guó)家減輕土地負(fù)擔(dān)，讓土地更多地用來(lái)種糧食，有效地保障糧食安全；另一方面，通過(guò)二氧化碳捕集轉(zhuǎn)化，變廢為寶，我國(guó)離實(shí)現(xiàn)2030年二氧化碳排放達(dá)到峰值、2060年碳中和的目標(biāo)又近了一步；最后，未來(lái)太空探測(cè)甚至火星移民中，如何保障食物供應(yīng)？我們的技術(shù)有可能提供一種解決方案。

當(dāng)然，目前人工轉(zhuǎn)化二氧化碳合成淀粉和糖技術(shù)還不是很成熟，但是這并不妨礙我們繼續(xù)前進(jìn)，因?yàn)槲覀冎肋@件事是必須做的，也是我們這一代年輕人應(yīng)該做的。

文/楊建剛（中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所）

來(lái)源/《科學(xué)故事會(huì)》2024年12月刊

排版：沈　丹

編輯：林雪琪

審定：李紅林