在人類面臨氣候變化和糧食安全雙重挑戰(zhàn)的背景下，中國科學(xué)家再次以突破性創(chuàng)新震撼世界。2025年7月，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所與大連化學(xué)物理研究所聯(lián)合宣布，成功實(shí)現(xiàn)二氧化碳從頭轉(zhuǎn)化合成蔗糖的全鏈條技術(shù)突破。這項(xiàng)被譽(yù)為"從空氣到甜蜜"的革命性成果，標(biāo)志著我國在合成生物學(xué)領(lǐng)域已從"跟跑者"躍升為"領(lǐng)跑者"。

該研究構(gòu)建了"二氧化碳-甲醇-單糖-雙糖"的完整轉(zhuǎn)化路徑。大連化物所李燦院士團(tuán)隊(duì)開發(fā)的二氧化碳電催化還原技術(shù)，可在常溫常壓下將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇，轉(zhuǎn)化效率達(dá)到國際領(lǐng)先的92%。天津工業(yè)生物所則通過模塊化酶設(shè)計(jì)，將自然界中分散于不同生物體的11種酶進(jìn)行定向改造，構(gòu)建出"甲醇→3-磷酸甘油醛→葡萄糖-6-磷酸→蔗糖"的高效轉(zhuǎn)化途徑。特別值得關(guān)注的是，團(tuán)隊(duì)開發(fā)的限域酶固定化技術(shù)使酶穩(wěn)定性提升20倍，單批次催化效率較天然酶提高47%。

與2021年震驚世界的二氧化碳合成淀粉技術(shù)相比，此次突破的蔗糖合成具有更顯著的應(yīng)用價值。蔗糖作為雙糖分子，其合成需要精確控制葡萄糖和果糖的α-1,2-糖苷鍵連接，這種立體專一性合成的實(shí)現(xiàn)，意味著我國已掌握復(fù)雜碳水化合物精準(zhǔn)合成的核心技術(shù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，目前實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的糖合成效率達(dá)到17%，是自然光合作用的8.5倍，每立方米反應(yīng)器日產(chǎn)糖量相當(dāng)于1畝甘蔗田的產(chǎn)量。

從技術(shù)成熟度來看，該工藝已具備中試條件。二氧化碳制甲醇環(huán)節(jié)借鑒了我國成熟的煤制甲醇工藝，大連化物所開發(fā)的新型ZnO-ZrO2催化劑使反應(yīng)溫度從傳統(tǒng)工藝的300℃降至180℃，能耗降低40%。而生物轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)采用連續(xù)流反應(yīng)器設(shè)計(jì)，通過微流控技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)效率提升，使得1噸甲醇可轉(zhuǎn)化產(chǎn)出0.63噸蔗糖。

成本分析顯示，當(dāng)前合成蔗糖的生產(chǎn)成本約為傳統(tǒng)制糖的2.3倍，但具有顯著下降空間。隨著酶制劑的規(guī)?；a(chǎn)（預(yù)計(jì)2030年酶成本可降低80%）和反應(yīng)器效率提升，專家預(yù)測5年內(nèi)可實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)制糖成本持平。更重要的是，該工藝完全不占用耕地，每生產(chǎn)1萬噸蔗糖可減排二氧化碳3.2萬噸，在水資源消耗方面僅為甘蔗種植的1/50。

在糧食安全維度，該技術(shù)為應(yīng)對全球人口增長提供了新思路。聯(lián)合國糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)顯示，全球蔗糖需求每年增長3%，而適宜甘蔗種植的土地正以每年1.2%的速度減少。合成生物學(xué)路徑可在城市工廠實(shí)現(xiàn)"垂直產(chǎn)糖"，理論上一個10萬噸級合成糖工廠的產(chǎn)能相當(dāng)于30萬畝甘蔗田。

在健康產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，該技術(shù)衍生出精準(zhǔn)營養(yǎng)制造的新可能。研究團(tuán)隊(duì)已成功通過調(diào)控合成路徑，生產(chǎn)出低升糖指數(shù)的阿洛酮糖，以及具有免疫調(diào)節(jié)功能的香菇多糖。這種"分子設(shè)計(jì)-定向合成"模式，將推動功能糖產(chǎn)業(yè)從提取時代進(jìn)入定制時代。

環(huán)境效益方面，該技術(shù)開創(chuàng)了碳利用的新范式。與碳捕集封存（CCS）技術(shù)相比，碳轉(zhuǎn)化利用（CCU）創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)價值。測算表明，若全球10%的蔗糖需求通過該技術(shù)滿足，每年可減少3.6億噸二氧化碳排放，相當(dāng)于新增1.2億畝森林的固碳能力。

盡管前景廣闊，技術(shù)推廣仍面臨標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的挑戰(zhàn)。目前中國食品藥品檢定研究院已啟動合成糖的安全性評估，預(yù)計(jì)2026年可完成新食品原料申報(bào)。歐盟食品安全局（EFSA）也將其列入新型食品評估清單，凸顯國際社會對此項(xiàng)創(chuàng)新的高度關(guān)注。

產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建需要跨學(xué)科協(xié)作。清華大學(xué)化學(xué)工程系聯(lián)合中糧集團(tuán)正在開發(fā)"光-電-生物"耦合的集成系統(tǒng)，通過光伏發(fā)電驅(qū)動二氧化碳轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)全過程零碳排放。這種"人工光合作用"系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率已達(dá)12%，接近自然光合作用的6倍。

站在人類文明發(fā)展的視角，這項(xiàng)突破不僅是一項(xiàng)技術(shù)成果，更是對可持續(xù)發(fā)展命題的中國解答。當(dāng)?shù)溈茖W(xué)家仍在實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化微藻固碳技術(shù)時，中國團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為實(shí)實(shí)在在的生活必需品。正如諾貝爾化學(xué)獎得主弗朗西斯·阿諾德所言："中國科學(xué)家正在重新定義合成生物學(xué)的邊界，他們讓分子制造像編程一樣精確可控。"

這項(xiàng)創(chuàng)新生動詮釋了"綠水青山就是金山銀山"的發(fā)展理念。從二氧化碳到淀粉再到蔗糖的系列突破，中國科研團(tuán)隊(duì)用十年時間構(gòu)建起碳基分子精準(zhǔn)制造的"元素周期表"。隨著技術(shù)迭代和成本下降，未來人們餐桌上的白糖可能都帶著"負(fù)碳"標(biāo)簽，這或許是人類工業(yè)文明與自然和諧共生的最佳注腳。