粮食制作的淀粉，不再从地里长出来，而是工厂利用空气合成出来。

不仅如此就连葡萄糖和油脂，也可以利用空气进行合成了。

想想都感觉匪夷所思。

这种事情，也就是科幻电影里才出现的桥段，没想到如今居然映射到了现实。

在2021年的九月二十三号的时候，中国科学院召开本年度首次新闻发布会。

在这次发布会上，就介绍到了天津工业生物研究所，开发出来的人工合成淀粉的进展。

他们用了六年的时间，成功的使用二氧化碳和氢气作为原始材料，合成生产出了淀粉。

这项成果，在第二天就被发表在了《科学》这份杂志上。

科学研究在一项发明成功之后，是不会停下脚步，而会再接再厉，于是到了2022年的四月二十八号的时候，《自然.催化》这份杂志用封面文章的形式发表了一篇论文。

内容是中国的科研人员用人工合成的方式，合成了葡萄糖和油脂。

首先要说明一点，人工合成葡萄糖和油脂，不是在合成淀粉的基础上实现的。

人工合成葡萄糖和油脂使用了二氧化碳，加微生物合成的方式，制作出来的。

这个项目用了一年半的时间实现的，研究开始的时候，人工合成淀粉的项目还处在研发的阶段。

而且两个项目的研发团队还不一样，合成葡萄糖和油脂的是三个研究单位，分别是电子科技大学的课题组、中国科学院深圳先进技术研究院课题组、以及中国科技大学课题组。

那么今天就来说说，这两项科技，如何利用空气人工合成淀粉，以及葡萄糖和油脂。

什么是粮食？

很多人首先会想到大米、白面、玉米等等，但很少会想到这些东西最主要的组成是什么？

其实所谓的粮食最为主要的组成只有三个部分，其一淀粉、其二脂肪、其三蛋白质。

这些东西被嘴巴吃下去之后，经过胃袋的研磨，大小肠的吸收之后，就变成了身体的能量，提供给大脑驱动身体使用。

而这三种东西中，含量最高的其实就是淀粉。

来看看淀粉在各种粮食中所占的比重就明白了。

比如玉米中所含的淀粉达到了73％；小麦中的淀粉有高有低，最低都有60％，高的可以达到70％；至于大米中的淀粉含量也有高有低，最低70％，最高甚至达到了80％。

而淀粉的使用范围极广。

它不仅仅可以供人食用，提供人体所需的能量，还可以提供给工厂作为工业原材料来使用。

也就是说，在粮食成分中，只要能够人工合成淀粉的话，不仅在生活中，还可以在生产中得到应用。

所以人工合成淀粉的想法就由此产生，但科学说到底是先有想法，后有研究的。

不管看起来多么荒谬的想法，只要努力研究，基本上都会成功，只是时间长短的问题。

当然想要成功，就得先来看看淀粉在自然界是如何诞生的？然后对比一下现有的技术是否可以人工模拟这种生长环境。

在自然界中植物是产生淀粉的主力军，它们通过叶子的光合作用，将阳光，二氧化碳，以及水吸收在体内，然后再通过身体里高达六十个步骤的代谢反应，以及生理调控，生产出了淀粉。

所以原料是非常的简单，难的是如何模仿代谢反应，以及生理调控。

经过科学家们的研究，他们将这高达六十个的步骤，给缩减成了十一个步骤。

为什么简化了这么多？

其实可以理解，毕竟植物在合成淀粉的同时，还会伴随其他的生成物诞生的，步骤自然就多了。

而这个项目主要目的是合成淀粉，所以一些没必要的步骤是可以缩减的。

虽然从六十个步骤缩减到了十一个步骤，看起来研究工作会很轻松，其实真要是去开发的话，就会发现远不是这样的。

在整个实验的过程中，出现了很多的问题。

遇到问题之后，科研人员就会对实验进行不断的优化处理。

后来发展到，将十一个步骤拆分成四个模块，对实验进行模块化处理。

然后就是不断的挑选植物合成淀粉的过程中使用的催化酶，这些催化酶必须优中选优。

最终从三十一个生物体样本中，挑选出六十二个催化酶，然后一个个实验，又挑出十个催化酶来。

这个挑选过程，想象一下都知道困难重重。

毕竟合成淀粉，不是说合成出来就结束了，而是在合成的过程中，要实现高产、高效才行。

因为最终的实验成果，是要进入到工厂生产的，太低效的淀粉合成，会造成成本太高，没有利润，当然也就没有了生产价值。

有了思路就去做。

首先要完成第一个模块，植物使用了阳光、二氧化碳和水。

显然阳光是需要排除的，毕竟它仅仅起到了刺激植物的专用。

然后是二氧化碳和水，那么实验是不是使用二氧化碳和水呢？

这两者加到一起也就会生产出碳酸而已，无用。

植物使用二氧化碳和水，说的明白一点，进入到体内是被分解成了元素。

所以就得将二氧化碳和水分析一下，看看它们的元素是什么？

就是碳、氧、氢，三种元素。

也就是说，只要找寻包含这三种元素的东西就可以了。

二氧化碳显然是最合适的一种，空气里到处都是，然后就缺少氢元素，于是氢气就被加了进来。

学过化学的都知道，二氧化碳和氢气在高温高压下，就会产生出甲醇和水。

在这个步骤中，需要说明一下。

如今二氧化碳造成温室效应，科学家们对空气中的二氧化进行了研究，大多数的途径是将二氧化碳合成甲醇来研究的。

这样不仅消耗了二氧化碳，而且还可以得到能量储存物甲醇。

甲醇不仅可以燃烧获取能量，还可以做为工业品的原材料进行使用。

这样就会形成甲醇消耗，然后释放二氧化碳，接着再收集二氧化，制作甲醇的循环中，一个非常完美的闭环。

当二氧化碳的释放和消耗出现相互抵消的时候，零排放的绿色生活就出现了。

所以二氧化碳合成甲醇，这条路各国都在投入资金进行研发，一旦推广，这种模式的成本必然会降的很低。

而人工合成淀粉，第一步是非常适合时代的发展需求的。

那么在这个步骤中需要加入无机催化剂来合成甲醇。

得到甲醇之后，就来看看植物吸入二氧化碳之后，会合成什么东西了。

植物以二氧化碳为底，制作五碳化合物（也就是1，5﹣二磷酸核酮糖），然后再将这个五碳化合物进行固定，跟着制作出两个三碳化合物（也就是3碳酸甘油），接着就要合成一个六碳化合物，最后利用六碳化合物制作淀粉。

这就是植物得到淀粉的一个大体过程。

那么人工合成显然最终就是为了得到六碳化合物，理清思路之后，科学家这么做了。

将得到了甲醇制作成三碳化合物，然后利用两个三碳化合物再制作出六碳化合物，最终合成淀粉。

这就是合成淀粉的四个模块，其一得到甲醇，其二得到三碳化合物，其三得到六碳化合物，其四合成淀粉。

四个模块有了，然后就是利用各种不同类型的反应酶来进行催化，催化的要求自然是效率最高的最为合适。

一连串的试错之后，合成淀粉从最初的实验方案到最终的实验方案，淀粉的生产效率提高了一百三十六倍。

那么这个时候人工合成淀粉就要和自然生成的淀粉做比较。

经过对比，人工合成的淀粉生产速率是自然生产淀粉速率的近8.5倍。

当然数据是比较抽象的，用实物做个对比，就明白了其中的厉害之处。

以一年作为标准，一块面积五亩的土地，生产出来的淀粉量，放在人工合成淀粉技术上，只需要一个一立方米的反应器就可以了。

而且自然界中生产淀粉，还会受到季节、地域、甚至是气候的影响，工厂进行合成，完全不需要担心这些情况，无视外界的条件。

这个项目其实在国外很早就开始了，很多国家的科学家都想完成不依赖光合作用，生产碳水化合物的想法，只是让中国的科学家捷足先登了。

早在这个研究成果之前，一位叫杨培东的华人科学家，就曾经利用二氧化碳合成了多种单糖混合物。

只是这位华人科学家没有做到定向生产一种单糖。

这个研究成果放到一边，先解决一个问题。

这种人工合成的淀粉可以食用吗？

根据分析，人工合成的淀粉和自然生产的淀粉一模一样。

然后就是，这种人工合成的淀粉有没有推广价值？

目前人工合成的淀粉成本还是高于自然界生产的淀粉，所以推广起来很不容易。

其实葡萄糖和油脂同样是粮食的重要成分。

那么葡萄糖包含的元素就是碳和氧，油脂包含的元素是碳、氧和氢。

所以利用二氧化碳同样可以人工合成葡萄糖和油脂，这个想法国外早就开始了。

但国外的科研人员能做到成功的案例，是十分罕见的。

中国的科研人员将这个研究转化成了成果，也算是打破了这个领域的空白。

那么相对于淀粉的人工合成，葡萄糖和油脂又是如何制作的呢？

两个项目都不约而同的使用了二氧化碳，但葡萄糖和油脂的合成和淀粉的合成又不一样，并没有使用氢气。

过程是这样的，首先是从空气中获取高浓度的二氧化碳，然后将二氧化碳合成为高浓度的乙酸。（注：乙酸是食醋的主要成分。）

接着在乙酸中加入酿酒酵母进行发酵，最终就得到了葡萄糖和油脂。

所以整个工艺最核心的环节，就是酿酒酵母吃掉乙酸，然后合成葡萄糖和油脂的过程。

那么这两个环节中有什么特别之处呢？

首先是二氧化碳合成乙酸的过程，为了更加的高效使用二氧化碳，所以从二氧化碳变成乙酸的过程，并不是直接生成的，而是利用二氧化碳先生成一氧化碳，然后再制作乙酸。

这个过程可以将乙酸的合成率提高到52％的程度。

然后就是酿酒酵母在吃掉乙酸，合成葡萄糖的过程中，本身还会消耗掉一部分葡萄糖，这样会让生产效率变低。

所以科研人员对酿酒酵母这种微生物做了改动，去掉了消耗葡萄糖的关键酶原件，同时插入了其他的酶原件。

整个过程听起来像是在组装电脑一样，但这是微生物，所以这项工作非常的麻烦。

但最后的结果还是不错的，改造后的酿酒酵母产量提高了30％。

这些过程说起来很轻巧，其实科研人员在背后付出的努力是很大的。

毕竟国外做此类研究的科研人员更早，甚至是更多，只不过最终的成果，被中国科研人员抢先一步拿走。

你不发展，其他国家的科研人员也会发展。

人工合成粮食，是一种必然会诞生的产物。

其实科技走到现在，很多东西都是可以通过人工合成的方式来得到了。

也不知道，未来的人类科技会走到什么样的地步，人类的社会又会变的怎样的科幻。