凭空制造淀粉！究竟是谁，竟然破了十几亿年光合“铁律”

综述

人类对自然界的探索似乎永无止境，而我国的科研团队居然打破了过去十几亿年来被视为光合作用“铁律”的规则。这项突破性技术不仅颠覆了传统淀粉生产的方式，更挑战了光合作用的演化规律。

淀粉的重要性

淀粉，这个看似普通的食物成分，实际上是我们身体中不可或缺的能量源。

在我们的消化系统中，淀粉被巧妙地转化为葡萄糖，而葡萄糖则成为每个细胞的主要能源，为我们的生理功能和各种活动提供必需的动力。同时，淀粉也是大脑的主要能量来源，适量的淀粉摄入有助于保持大脑的清晰和活力。

淀粉还是天然的膳食纤维，这种物质在未经加工的状态下具有独特的作用，虽然无法被人体消化，但能促进肠道健康，降低患肥胖和糖尿病等慢性病的风险。

此外，淀粉丰富的食物通常还富含其他营养素，如维生素、矿物质和蛋白质，为身体提供全面的营养。

淀粉不仅仅存在于我们的饮食中，它还是许多工业产品的重要原料。淀粉在制纸、制药、化妆品等领域发挥着关键作用。淀粉还被广泛运用于食物加工，增加食物的浓稠度和粘性，为我们的生活带来了更多的便利和愉悦。

传统获取方式

农业种植是最传统的淀粉获取方式，它利用植物的光合作用将二氧化碳和水转化为淀粉。淀粉主要分布在植物的根、茎、叶和种子等部位，不同的植物含有不同类型的淀粉。

目前，世界上主要的淀粉来源植物，也被称为传统或常规的淀粉来源植物，包括玉米、马铃薯和木薯等。

然而，这些植物作为单一作物，对许多生态系统造成了农业压力，尤其是在非本地或无法满足工业需求的地区。

当然植物收成之后也不会直接变成淀粉，还是要经过一系列的工业步骤才能得到最终产品。淀粉的工业加工包括清洗和去皮、粉碎和浸泡、分离和洗涤、浓缩和脱水、干燥和筛分等步骤。

这种方式的优势在于能够大规模生产淀粉，并能对淀粉进行改性以适应不同的工业需求。然而，工业加工也存在一些缺点，无论是成本还是质量方面都还有很多问题。

突破生物限制

那么是否存在一种新的方法，可以直接利用二氧化碳合成淀粉呢？答案是肯定的！来自我国天津的科研团队取得了一项世界领先的成就，第一次利用二氧化碳通过化工手段制造出了淀粉，而且其效率比玉米高出8.5倍。

这一创新途径是由天津工业生物技术研究所的马延和教授领导的科研团队在经过6年的探索后成功实现的。他们从零开始设计了一条人工合成途径，被称为ASAP。

这种方法就好像小孩子在拼玩具一样简单，运用不同反应间的关联性，借助高密度能量和高浓度二氧化碳，以生物技术的创新方式，成功实现了从二氧化碳到淀粉分子的全合成。这不仅是一次重大的科技突破，也为未来淀粉生产提供了崭新的方向。

这一新途径包括以下几个关键步骤：

• 二氧化碳还原为甲醇：利用化学催化剂，将二氧化碳和氢气还原为甲醇。虽然这是一种需要高温高压的反应，但可以利用可再生能源，如太阳能或风能，提供电力和氢气。
• 甲醇转化为三碳糖分子：利用工程化的酶，将甲醇转化为三碳糖分子，如甘油醛和磷酸甘油醛。这是一种需要低温低压的反应，但可以利用生物反应器提供稳定的反应条件和酶的再生。

• 三碳糖分子转化为六碳糖分子：将三碳糖分子转化为六碳糖分子，如葡萄糖和磷酸葡萄糖。这是一种需要中温中压的反应，同样可以利用生物反应器提供稳定的反应条件和酶的再生。
• 六碳糖分子聚合为淀粉分子：利用天然的酶，将六碳糖分子聚合为淀粉分子，包括直链淀粉（淀粉酶）和支链淀粉（支链淀粉酶）。这是一种需要低温低压的反应，同样可以利用生物反应器提供稳定的反应条件和酶的再生。

可以看出，从步骤上来看比传统的先种植再加工要方便许多。而且这一途径仅涉及11个核心反应，比植物的光合作用也简单得多。

同时，可以通过调节反应参数（如温度、压力、pH和浓度等）来提高反应效率和淀粉质量。其理论能量转化效率达到6.8%，比植物的光合作用高出3.4倍。

更重要的是，它可以利用工业排放的二氧化碳，实现淀粉的集中化、规模化、高效化生产。这标志着一项令人振奋的科技进步，为未来的可持续淀粉生产提供了崭新的可能性。

重要意义

这项技术的突破不仅为淀粉的高效生产提供了新的可能性，同时也为利用二氧化碳转化为有用物质带来了新的思路。

它有望解决粮食安全、能源危机和环境污染等重大问题，为生物技术的发展和创新带来了新的机遇。

首先，这项技术对解决粮食安全问题具有显著意义。淀粉作为人类的主要食物来源和工业产品原料，目前主要依赖于农业种植，但这种方式效率低、周期长、占地面积大，同时容易受到气候和病虫害等因素的影响。

通过这种新的制造方法，有望保障淀粉的稳定供应，满足不断增长的需求，并减少对土地和水资源的压力，提高农业的可持续性。

其次，这项技术有望解决能源危机问题。二氧化碳对于环境的影响已经无需多说，而对化石燃料的依赖导致这种气体的产生一直无法得到良好的控制。

将二氧化碳转化为淀粉意味着对二氧化碳的循环利用，减少温室气体排放，同时为人类提供可再生的能源，因为淀粉可用于制造生物燃料，如乙醇和甲醇。

最后，这项技术有助于解决环境污染问题。二氧化碳不仅是温室气体，还是有机碳的来源，可用于合成多种有用物质。

通过这种新技术，可以让二氧化碳转化为制药、化妆品、塑料等工业生产流程的新原料，减少对化石原料的依赖，同时降低对环境的负担。这为人类的长期发展和环保提供了新的路径。

结语

天津科研团队的这一突破，不仅是科学领域的进步，更是对传统光合作用规律的挑战，为人类探索新的、更高效的生产方式开辟了新的道路。

这一创新为未来的绿色、可持续发展指明了方向，激励着科学家们在改写生物规律、保护地球资源的道路上不断前行。

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