空气也能做馒头

牙牙

听说中国科学家用二氧化碳人工合成出了淀粉，这是否意味着用空气就能直接做出馒头了？真是太不可思议了！这项神奇的新技术，到底是怎么实现的？走，咱们现在就去一探究竟。

仅需11步便可得到淀粉

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中国科学院天津工业生物技术研究所马延和科研团队，在实验室里首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，相关成果已由英国知名学术期刊《科学》在线发表。

谷类食品中富含淀粉、脂肪和蛋白质，食用后可为身体提供能量。其中淀粉是谷物中最主要的成分，也是重要的工业原料。玉米中，淀粉的含量约为73%，小麦中淀粉的含量约为60%至70%，而大米中淀粉的含量高达70%至80%。

植物中的淀粉是通过叶子的光合作用合成的，原料是二氧化碳和水，涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控，而中国科学家用一种类似“搭积木”的方式，先利用无机催化剂将二氧化碳还原为甲醇，然后将甲醇转化成为三碳，接着将三碳合成六碳，最后合成淀粉。只需要11步核心生化反应，就可以完成从二氧化碳到淀粉的转化。这听起来似乎轻松，但此后的调试和优化才是真正困难的部分。因为即使是理论上可行的反应路径，在实验中也常会遇到许多不可预料的问题，例如不同的催化酶难以适配，导致实验失败等。

不断改善技术

为了解决实验中出现的问题，研究团队将整个淀粉转化的过程拆分成了四个模块，并将这些模块逐一进行优化。他们在31种生物体的62个催化酶里筛选出了10种，去参与11种最优转化反应，使得每一步都最有效、最高产。这样一来，他们就得到了人工淀粉合成路径的1.0版本。

在后续的研究中，科研人员对初始版本进行了改进，利用各种酶提升反应的转化率，得到了2.0版本的反应路径。然后，研究者在2.0版本的反应路径的前面加上了关键的步骤：让主角二氧化碳与氢气结合变成甲醇。在这一步骤中，研究者使用了氧化锌-氧化锆的无机催化剂。最后，研究者通过更换路径中的部分反应酶，得到了目前的最新版本ASAP 3.1。ASAP 3.1版本的淀粉產率比1.0版本的淀粉产率提升了将近一百倍。

美好的未来

目前，人工合成淀粉的速率是自然淀粉合成速率的8.5倍。研究者认为，根据现有的技术，理论上1立方米大小的生物反应器一年生产的淀粉量，与我国5亩玉米地一年生产的淀粉量相等。一旦该技术实现了工业化批量生产，那么人类也许有机会彻底摆脱粮食危机和耕地制约，人类社会的发展也因此进入新纪元。但现在这项技术只是在实验室实现了少量制备，要想实现工业化生产，还有很长的路要走。如技术中作为催化剂的生物酶是否可以批量生产，酶的稳定性如何，成本如何控制等问题，都是工业化生产中需要面对的难题。

当然，人类科技的进步从来不是一蹴而就的，富尔顿发明的世界第一艘轮船，一出港口就被风暴吹散架了;莱特兄弟发明的人类第一架飞机，只在空中逗留了12秒，飞了36米……但这些都是划时代的发明，最终都改变了人类的生活生产方式。中国科学家第一次实现人工合成淀粉，不仅可以回收利用二氧化碳，还能用其生产出人类赖以生存的食粮，可谓一石二鸟。将来，我们说不定能到火星之类的地方收集二氧化碳，并解决太空探索的温饱问题。