“憑空而生”的糖

以二氧化碳為原料，不依賴植物的光合作用，就可以直接人工合成淀粉——這看似科幻的一幕，曾經(jīng)真實(shí)地發(fā)生在中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所的實(shí)驗(yàn)室里。2021年，該研究所的研究員馬延和帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，在實(shí)驗(yàn)室里首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成。其他科學(xué)家也不甘示弱，不久前，該研究所的楊建剛副研究員和他所在的科研團(tuán)隊(duì)，與中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)手，在實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)了從二氧化碳到己糖的精準(zhǔn)全合成。這是不是代表用空氣也能做出糖果呢？讓科學(xué)家們?yōu)槟憬议_謎底吧！

糖是怎么來的

糖是我們生活中不可或缺的食品原料和能量來源，你有沒有想過，糖是怎么來的呢？

從古至今，制糖的過程都是十分復(fù)雜且漫長的，離不開植物的光合作用。光合作用是綠色植物利用光能將二氧化碳和水同化為有機(jī)物（主要是糖類），并釋放氧氣的過程。甘蔗、甜菜等植物可以依靠光合作用，將土壤中的水分和空氣中的二氧化碳合成糖。然后，我們就從這些植物中提取糖，所以可以說糖是“種”出來的。

然而，這種傳統(tǒng)的制糖過程主要依賴植物，必然會受到種種自然條件的限制，比如植物的能量轉(zhuǎn)換效率、生態(tài)系統(tǒng)、天氣條件等。

從二氧化碳到糖

既然傳統(tǒng)的制糖過程有這么多限制，那么有沒有更直接的方式，可以跳過植物這一個環(huán)節(jié)，直接從二氧化碳到糖呢？楊建剛和他所在的科研團(tuán)隊(duì)也想到了這一點(diǎn)。

然而世界上沒有什么事是容易的，雖然科研團(tuán)隊(duì)很快就確定了從二氧化碳到糖的合成路徑，但在催化劑的選擇上陷入了困境。一開始，他們在自然界天然存在的生物酶中尋找催化劑“候選者”，但經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，糖分子都沒有出現(xiàn)在試管中。

困難反而激發(fā)了研究人員的斗志。在經(jīng)過一年半的時(shí)間里百余次的嘗試后，科研團(tuán)隊(duì)終于從上千種催化劑與組合中找到了最佳催化劑“候選者”。最終，他們在反應(yīng)溶液中將高濃度的二氧化碳等原料，按一定比例進(jìn)行調(diào)配，在化學(xué)和酶催化劑的作用下，最終獲得了葡萄糖、阿洛酮糖、塔格糖、甘露糖4種己糖。

從“年”到“小時(shí)”的跨越

直接把二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖，就可以不再依賴綠色植物的光合作用，實(shí)現(xiàn)高效制糖。這個過程具體高效到了什么地步？在實(shí)驗(yàn)室里，這一整套制糖的過程用時(shí)約17個小時(shí)，與通過種植甘蔗等農(nóng)作物提取糖分的傳統(tǒng)制糖過程相比，糖的獲取時(shí)長由“年”直接縮短到了“小時(shí)”。

雖然二氧化碳制糖目前還僅限于實(shí)驗(yàn)室階段，距離實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，還有很長的一段路要走，但是相信隨著科技的進(jìn)步，相關(guān)的科學(xué)與工程技術(shù)問題都能夠得到解決。你想不想品嘗一下直接由二氧化碳合成的糖呢？

知識小鏈接：為什么吃糖會讓人感到快樂

2023年3月，耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在其發(fā)表于《細(xì)胞代謝》期刊上的論文中指出，攝入高糖和高脂肪含量的食物會改變大腦的獎勵回路，讓大腦更偏好高糖和高脂肪的食物。但過度攝入糖分會增加肥胖或齲齒等疾病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，所以即使吃糖會讓我們感到快樂，我們也應(yīng)控制糖的攝入量。

（注：本文根據(jù)《科技日報(bào)》《光明少年》等報(bào)紙雜志刊載的文章整編。）