中國将再次偉大？人工合成澱粉，同時解決全球變暖與糧食危機
新華社北京9月24日報道，中科院天津工業生物技術研究所在人工合成澱粉方面取得了重要進展，提出了一種颠覆性的澱粉合成方式，不依賴光合作用，以二氧化碳、電解産生的氫氣為原料，成功生産出澱粉！相關研究成果9月24日在線發表于《科學》期刊上。
二氧化碳變成澱粉，究竟是怎麼實現的？大家都知道澱粉遇碘呈藍色，已經被廣泛用于檢測碘或澱粉的存在實驗中，在我們日常食用的主糧中，澱粉占比很高，比如小麥中含澱粉63-65%，大米中澱粉占比在60%~70%，不同品種的大米澱粉占比也不異樣。
澱粉也被稱為碳水化合物，簡單地說也是糖類，是多羟基醛或多羟基酮及其縮聚物和某些衍生物的總稱，基本上是我們日常攝入熱量的主要來源，它的結構有很多種，在自然狀态下是通過光合作用合成的。
光合作用怎麼變成澱粉？
光合作用是植物、藻類等生産者和某些細菌等利用光能把二氧化碳、水或硫化氫變成碳水化合物的過程，分為分為産氧光合作用和不産氧光合作用兩類；植物的光合作用的過程可分為光反應和碳反應兩個步驟：
12H2O +陽光→ 12H2 + 6O2 [光反應]
12H2 (來自光反應) + 6CO2 → C6H12O6 (葡萄糖) + 6H2O [碳反應]
它需要陽光水以及二氧化碳的參與，屬于太陽能利用的一種方式，盡管它的理論效率可達11%，但會因為吸收不良，光合作用的呼吸要求以及最佳太陽輻射水平等影響，整體效率很低，總光合效率在總太陽輻射的3%到6%之間。
當然這也架不住全球植物和藻類覆蓋面積太大，是全球碳水化合以及氧氣的極其重要的來源，如果沒有光合作用就沒有地球生命存在的基礎。
人工合成澱粉究竟是怎麼實現的？
從光合作用的反應式來看似乎非常簡單，但要用人工合成來代替光合作用，差不多就是代替了自然界經過億萬年演化而來的生物化學過程，其難度可想而知！
人造澱粉合成代謝途徑的設計和模塊化組裝
中國科學院天津工業生物技術研究所馬延和研究員帶領團隊，研究團隊采用了一種類似“搭積木”的方式，利用化學催化劑将高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一（C1）化合物，然後通過設計構建碳一聚合新酶，依據化學聚糖反應原理将碳一化合物聚合成碳三（C3）化合物，最後通過生物途徑優化，将碳三化合物又聚合成碳六（C6）化合物，再進一步合成直鍊和支鍊澱粉（Cn化合物）。核磁共振等檢測發現，人工合成澱粉分子與天然澱粉分子的結構組成一緻。
這個人工合成的效率可達自然界農業生産方式的8.5倍，1立方米的生物反應容器就可達5畝玉米地的生産水平，未來的農業生産将真的變成工廠，假如有一天《流浪地球》時代來臨，還真可以進入地下工業化生産糧食。
人工合成澱粉究竟有多大意義？相信很多朋友對這條新聞無感，不就實現個合成澱粉麼，有啥了不起的？但事實上這個新聞一出，比較了解科學的朋友一定發現了一個驚人的事實，合成澱粉需要用到什麼？二氧化碳！
同時解決全球變暖與糧食危機
如果産業化成功，未來大規模合成澱粉，那麼需要天文數字般的二氧化碳氣體，從哪裡獲取？它可以來自二氧化碳含量很高的工業廢氣，比如重要的工業産品石灰石的生産中就會産生大量的二氧化碳，比例大約是100噸石灰石在生産過程中分解會産生約44噸二氧化碳。
原本這些不是排入大氣層就是生産工業二氧化碳，如果在大規模應用下，甚至可以收集大氣層中的二氧化碳來制造澱粉，結果是什麼，全球變暖的最大原因的溫室氣體來源被解決，所以巴黎協定中設定的減排路線，在大規模合成澱粉的情況下，将會更容易實現。
美國糧食供應全世界的格局将被打破？
2020年5月5日，新華網報道，“美國每年向全球供應約1.5億噸的糧食出口數量。其中，大豆出口占全世界出口總額的37%，玉米占全世界出口總額的47%，小麥占全世界出口總額的22%，這是一組非常驚人的數字。”
全球各國糧食出口排名
在全球糧食出口榜單上，美國印度和東南亞國家總是前三甲，很難相信美國一個現代化科技國家還是一個農業大國。事實上美國的操作确實是最優秀的，從農業到高科技都将依賴美國的供應鍊，這一點簡直就無懈可擊。
從農業到工業化的轉變過程中，很多農田都轉為種植經濟作物，錢也許賺得比以前多，但有一天用錢買不到糧食的時候，該怎麼辦？所以我國一直在強調主糧必須自給，我們對着糧食安全有着極其清晰的認識。
未來的人工合成澱粉，也就是人類最大的熱量來源碳水化合物一旦解決，其意義重大無法用言語來表達，請試想全球有多少人處在饑餓狀态，他們對于食物的需求是解決溫飽，而一旦大量低成本的澱粉敞開供應，不知道能解決多少人的肚子問題。
2021年9月5日，聯合國糧農組織公布報告：2020年，全世界有多達8.11億人面臨饑餓，面臨饑餓的人數比2019年多出1.61億，近23.7億人無法獲得充足的食物，比2019年增加3.2億人。
要換台詞了嗎？
是不是瞬間有種技術在手，天下我有的感覺？換成美國前總統特朗普的調調，“中國将再次偉大”，其實無論有沒有合成澱粉技術，中國人已經在“再次偉大”的路上了。
延伸閱讀：人工合成澱粉，到底能不能吃？上文中的合成路線最終産物是直鍊和支鍊澱粉，大米中這兩種澱粉的比例差異就決定了米飯的口感，比如直鍊澱粉的韌性口感較低，彈性低，有點糊糊狀的感覺，而支鍊澱粉含量高，煮熟後的粘性也比較高，米飯韌性口感比較好。
而且論文中也提到了核磁共振等檢測發現，人工合成澱粉分子與天然澱粉分子結構組成是一緻的，也就是說和天然澱粉沒有區别，是可以食用的，當然各位也放心，在正式上市銷售以前，一定會經過大量的試驗，以确定其生物安全性。
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