“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，曾經真實地發生在中國科學院天津工業生物技術研究所的實驗室里。2021年，該研究所的研究員馬延和帶領團隊，在實驗室里首次實現了二氧化碳到淀粉的從頭合成。其他科學家也不甘示弱，不久前，該研究所的楊建剛副研究員和他所在的科研團隊，與中國科學院大連化學物理研究所的研究團隊聯手，在實驗室里實現了從二氧化碳到己糖的精準全合成。這是不是代表用空氣也能做出糖果呢？讓科學家們為你揭開謎底吧！

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，比如植物的能量轉換效率、生態系統、天氣條件等。

從二氧化碳到糖

既然傳統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節，直接從二氧化碳到糖呢？楊建剛和他所在的科研團隊也想到了這一點。

然而世界上沒有什么事是容易的，雖然科研團隊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”，但經過多次實驗，糖分子都沒有出現在試管中。

困難反而激發了研究人員的斗志。在經過一年半的時間里百余次的嘗試后，科研團隊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，他們在反應溶液中將高濃度的二氧化碳等原料，按一定比例進行調配，在化學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”的跨越

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

雖然二氧化碳制糖目前還僅限于實驗室階段，距離實現工業化生產，還有很長的一段路要走，但是相信隨著科技的進步，相關的科學與工程技術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，耶魯大學醫學院的研究團隊在其發表于《細胞代謝》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病風險，所以即使吃糖會讓我們感到快樂，我們也應控制糖的攝入量。

（注：本文根據《科技日報》《光明少年》等報紙雜志刊載的文章整編。）