↖  二氧化碳经由甲醇到合成的人工淀粉..


-loading- -loading- -loading-

2021-10-01 , 3248 , 104 , 185

[编按: 转载于 科学网|新浪网|新民周刊, 撰稿 | 菲尼克斯, 2021-09-25. 原标题:二氧化碳合成的人工淀粉,好吃吗?]


下一个新的人造食物会是什么呢?你愿意吃吗?

  淀粉可以人造了?是的!中国科学家首次实现了二氧化碳到淀粉的人工合成。并且,人工合成淀粉的成分、功能与自然淀粉完全一样,也就是可以放心吃。这项研究成果于北京时间(2021年)9月24日由国际顶级学术期刊《科学》在线发表。

  人工合成淀粉比自然淀粉的生产速度快得多,这项科研突破如果能实际应用于生产,全球的粮食危机有望得到极大缓解。

  未来,你愿意尝尝人造淀粉吗?


  从阳光到甲醇再到淀粉

  淀粉是粮食中最主要的碳水化合物成分,占全球热量摄入的80%以上,是最重要的食物原料;它同时也是重要的工业原料,比如在建筑材料里做保水剂、增稠剂和黏结剂等。

淀粉,平凡常见又不可或缺。

  自然界的淀粉由农作物通过光合作用将太阳光能、二氧化碳和水转化而成,但这是一个复杂的过程,要经历60多个步骤的生化反应及生理调控,效率较低。

  那么,听起来充满“科幻感”的不依赖植物光合作用高效合成淀粉,究竟是怎么做到的?

  从能量角度看,光合作用的本质是将太阳光能转化为淀粉中储存的化学能。人工合成淀粉也不能“无中生有”,同样还要遵循这样的转换规律。中国科学院天津工业生物技术研究所(简称“中科院天津工业生物所”)选择的是“光能-电能-化学能”的转换方式。

  该研究所副所长王钦宏介绍:“首先,光伏发电将光能转变为电能,通过光伏电水解产生氢气;

然后,通过催化剂利用氢气将二氧化碳还原生成甲醇,将电能转化为甲醇中储存的化学能。这个过程的能量转化效率超过10%,远超光合作用的能量利用效率。”

  下一步是将甲醇转化为淀粉,自然界中并不存在这样的生命过程。对人工合成而言,关键是要制造出自然界中原本不存在的酶催化剂。

  科研人员挖掘和改造了来自动物、植物、微生物等31个不同物种的62种生物酶催化剂,最终优中选优,选了10种酶逐步将甲醇转化为淀粉。这种路径不仅能合成易消化的支链淀粉,还能合成消化慢、升糖慢的直链淀粉。

找到合适的酶很关键。图源:光明日报

  中科院天津工业生物所的这条路径涉及11步核心的生化反应。实验室初步测试显示:人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍!


UfqiLong

  关系国家安全的大事

  生产效率提高了,但普通人最关心的问题可能是:这种人造淀粉能吃吗?

  能,完全能!核磁共振等检测与分析鉴定证实:中国科学家团队这次人工合成的淀粉分子与天然淀粉分子的结构组成一致,无论成分还是理化性质,都和自然生产的淀粉一模一样。也就是说,平常你摄入的那些“碳水”,换成人造的之后效果不会有变化。至于口感如何,目前还没有报道。

此次中国科研团队人工合成的淀粉样品。图源:新华社

  研究团队介绍:在充足能量供给的条件下,按照目前技术参数,理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩玉米地的年产淀粉量

  这意味着,将来淀粉的生产场所有可能从田间地头变成工业车间。专家预计,如果未来这种人工合成淀粉的成本能够降低到可与农业种植相比,将能节约90%以上的耕地和淡水资源,避免农药、化肥等对环境的负面影响,提高人类粮食安全水平,促进碳中和的生物经济发展。

  如果能实现,这将是造福数亿人的巨大贡献。要知道,联合国2020年7月发布的《世界粮食安全和营养状况》显示:全球近6.9亿人处于饥饿状态。如果趋势持续,世界饥饿人口数量到2030年将超过8.4亿,占全球总人口的9.8%。

粮食安全深刻地关系到国家安全,是世界上任何一个国家都丝毫不能掉以轻心的头等大事。因此,多国科学家一直在探索人工合成淀粉,但之前未取得实质性重要突破。

中科院天津工业生物所人工合成淀粉研究团队。图源:新华社

  中科院天津工业生物所从2015年开始聚焦该领域的研究。至今获得突破后,德国科学院院士曼弗雷德·雷兹、美国工程院院士延斯·尼尔森等国际知名专家都给出了一致赞誉,认为这一重大突破将该领域研究向前推进了一大步。“不仅对未来农业生产特别是粮食生产具有革命性影响,而且对全球生物制造产业发展也有里程碑意义。”


人造食物会越来越多?

  研究突破令人激动,不过还要看到,目前这项研究还处于实验室阶段,离实际应用还有相当长的距离。中科院副院长周琪表示,在实现从“0到1”的概念突破后,后续我们还要尽快实现“1到10”和“10到100”的转换。也就是说,让人造淀粉可以和现在的自然淀粉一样摆上千家万户的餐桌。

UfqiLong

  近年来,另一种热门“人造食品”是“人造肉”。研究人造肉与研究人造淀粉的根本动机都是为了满足人类的生存与健康需求。

  人造肉通常分为两种,一种是用植物蛋白取代动物蛋白,并且在口感上也尽量靠近动物肉。这其实完全不新鲜,我们平时吃的“素鸡”“素牛肉”等豆制品其实早就开始这么做了,技术也非常成熟。只是近两年植物肉饼跑进了快餐店的汉堡包里,制造出了新的话题。

以植物为原料的“人造肉”放进了汉堡包。

  生产植物自然比生产动物的效率更高、耗能更少,而且能避免动物饲养中激素的使用、动物疫病的影响。不过,目前这种人造肉的成本还比较高,也还做不到完美地复制动物肉类的口感。


  另一种人造肉看起来更为正宗,它是用动物身上的干细胞培养而成。2013年,荷兰的马克·波斯特教授在实验室人造出了牛肉。他把从牛身上提取的干细胞浸泡在营养液中,培养出一根根“小肉条”,然后再组合成可供食用的肉饼。

  后来,又有美国的机构从鸡的羽毛中提取干细胞,然后逐步培养成可供食用的鸡肉。2017年5月,总部位于旧金山的一家肉类公司生产了第一批从实验室细胞中培育出来的家禽食品,包括经典的南方炸鸡和鸭肉。

干细胞培养出来的人造鸡肉。

  2019年2月,《麻省理工科技评论》评选的上一年度“十大突破性技术”里,人造肉上榜。


  要让干细胞在培养皿里朝着肉的方向分化繁殖,需要的条件比较苛刻,因此这种人造肉的成本非常高昂。另一方面,人们吃肉,不只是吸收热量和营养,也要享受美味。

  中国农业大学食品科学与营养工程学院的几位专家都提出:以牛肉为例,天然牛肉的肌肉细胞生长是一个系统协调工程,有神经有血液,还有肌肉运动,这些都是体外培育的细胞没有的。他们认为人造牛肉的口感肯定不如天然的好。

  但这些都是现状,谁知道科学技术的进步会在什么时候就让人造肉的这些劣势消失了呢?到时,如果不刻意标注出来,你或许无法区分嘴里咀嚼的肉到底是来自实验室还是屠宰场。

  把眼光放得更长远一点,当人类迈入需要长期在太空航行的时代,人造肉的快速生产、节省空间就成了巨大的优点。

  所以,下一个新的人造食物会是什么呢?你愿意吃吗?

+甲醇 +淀粉 +二氧化 +人工 +人造肉

本页Url

↖回首页 +当前续 +尾续 +修订 +评论✍️


👍9 仁智互见 👎0
  • 还没有评论. → +评论
  • -loading- -loading- -loading-


    🔗 连载目录

    🤖 智能推荐

    + 神僧 神僧
    AddToFav   
    新闻 经典 官宣