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中科院新技术,二氧化碳变淀粉,有什么意义?

学过生物的人都知道,淀粉(C6H10O5)n是非常重要的营养物质。淀粉属于糖类物质,而糖类、脂类、蛋白质、维生素、无机盐和水是六大营养物质,它们是生命活动的物质基础。淀粉是一种多糖,被酶分解之后,就会转化为葡萄糖,从而被人体吸收,经过新陈代谢过程,转化为构成维持生命活动的能量。

这里必须要说明一下,我们日常生活中所说的糖,不管是白砂糖、单晶冰糖,还是多晶冰糖,本质上都是蔗糖。而在化学领域,糖的概念比这个更加广泛,指碳水化合物,由碳、氢、氧三种元素构成,它们的化学式大多是(CH2O)n。

糖是人体最主要的能量来源,占人体总能量来源的40%~50%。而人类获取糖的主要途径就是淀粉。不管是面,还是米,主要成分都是淀粉。这些淀粉又是怎么形成的呢?是绿色植物通过光合作用形成的。光合作用,就是利用太阳能将二氧化碳和水合成淀粉和纤维素这类多糖。

其中,淀粉比纤维素更容易消化。而植物种子中的淀粉含量最高,所以人类主要以农作物的种子为食,从中获取淀粉。这些农作物的种子就是粮食。世界上最主要的农作物就是小麦、玉米、水稻、红薯等,它们的种子都富含丰富的淀粉,淀粉含量大多在60%~70%左右。

关于人工合成,并不是新概念,我们现在生活中方方面面都要用到人工合成材料。在生命科学领域,科学家在实验室中人工合成蛋白质、氨基酸,也已经成为常规操作。至于人工合成淀粉,科学家们很早就开始进行研究了。这方面最难的不是如何合成,而是如何提高合成效率。

据悉,中科院天津工业生物技术研究所的科研人员已经在人工合成淀粉的研究方面取得重要进展,首次在实验室中实现了从二氧化碳到淀粉分子的全合成流程,合成效率可达自然界农业生产方式的8.5倍。

8.5倍,这是什么概念呢?以玉米为例,在产量比较高的情况下,现在一亩地的玉米平均产量可达1000公斤以上。如果人工合成淀粉,理论上,占地仅几立方米的生物反应容器一年合成的淀粉可达5亩玉米地的年产量。

此项成就由马延和研究员带领的团队取得,该团队采用了一种类似“搭积木”的方式,利用化学催化剂将二氧化碳和氢一步一步地生成简单的碳氢化合物,最终合成淀粉分子。

为什么说这是一项非常重要的突破,其重要性或许远超杂交水稻?

袁隆平等农业工作者对杂交水稻的研究,提高了水稻的产量,直接或间接地使很多人不用挨饿。不过,种水稻,是利用光合作用生产淀粉,农田占用空间比较大,且效率较低。如果面临人多地少的矛盾,就很难解决粮食危机。

人造淀粉应该说是来自另一个维度的技术碾压,只要能源充足,利用这项技术就可以在空间占用非常少的情况下生产大量的淀粉。因为不需要光合作用,即使没有太阳也可以生产淀粉。说出来很多人可能不信,当今世界上还有很多人连温饱问题都没解决,人造淀粉或许能够改变这一现状,使很多人不在饿肚皮。

国外就有科学团队计划将二氧化碳转变为固态有机物存储在地下,想要缓解全球变暖。有了这项高效的淀粉合成技术后,可直接将二氧化碳转变成淀粉。二氧化碳是非常重要的温室气体,这样操作,既能缓解全球变暖,又能生产粮食,可谓一箭双雕。

科学技术进步带来的社会变革,往往非常巨大。你知道吗?美国只有近300万农民,却是全球最大的粮食出口国,就是因为该国的农业生产技术非常先进,早已经实现了农业现代化。而我国的粮食虽能够满足自己知足,但也就是只够自己吃饱,想要吃得更好,还需要进口国外的粮食。如果利用人工合成淀粉来替代一部分粮食生产,我国或许也能成为粮食出口大国。

不过,这一技术还处于实验室阶段,短期内并不可能大规模应用,而且能源问题也还没有解决。如果人类能够掌握可控核聚变技术,没有能源方面的后顾之忧,利用这一技术,粮食问题也就不攻自破了。

有人或许想问,人造肉和人造淀粉,哪个更胜一筹呢?人造淀粉远比人造肉的发明更加重要。前者如果获得普及的话,既能够解决粮食危机,还能够降低大气中的二氧化碳含量,应对全球变暖;后者主要是通过技术将植物蛋白分子结构重构成肉类的纤维状结构,再加上一些改进,使其口感、质地、风味等接近真肉,是想替代动物肉,其意义远没有前者大。

至于人工合成的淀粉和天然淀粉有啥区别?这么说吧,人工合成的淀粉的纯度几乎达到100%,不含有其它杂质。总之,类似于人造钻石和天然钻石,物质的分子结构完全一致,只是来源不一样。人造淀粉当然也是可以食用的,至于好不好吃,不知道,口感等方面应该和天然淀粉存在差异。就算不好吃,也可以做成饲料,饲养禽畜动物。

总之,在人工合成淀粉技术方面取得重大突破,是一件非常值得国人骄傲的事,中国人或许能够再一次改变世界,同时解决全球变暖和粮食危机。