以後不用種糧了? 中國首次實現人工合成澱粉, 可比人造肉高階多了

2021年9月24日凌晨，發表在著名國際學術期刊《科學》上，有關中國科學家在

人工合成澱粉

方面，取得重要進展的相關研究成果，被無數人認為有著劃時代的意義。為什麼說實驗室人工合成澱粉具有劃時代的意義？

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要知道澱粉是天然高分子碳水化合物，是由葡萄糖分子聚合而成的有機物，更是提供生命能量的基石。在日常飲食中，澱粉進入口腔，並被口腔分泌唾液澱粉酶催化，發生水解反應生成麥芽糖，並透過食道來到胃部進一步消化。不過唾液中的澱粉酶有限，使得一些沒有進行水解反應的澱粉來到小腸，接著在胰臟分泌的澱粉酶的作用下繼續水解。

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最終，麥芽糖會被腸液分泌的麥芽糖酶催化，水解成人體可以吸收的葡萄糖。而葡萄糖就是澱粉經過人體消化後呈現的最終形態。其中一部分葡萄糖直接進入細胞，為人體各項組織提供能量，另一部分葡萄糖作為合成糖原的原料。糖原則主要存在於肝臟與肌肉中，是人和動物的儲能物質，會在人和動物血液中的葡萄糖低於正常含量時分解產生葡萄糖，及時補充所需。

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而在養活人類的自然界中，能為人類生產澱粉的“工廠”就是綠色植物，同時它們製造的有機物更是養活了地球上幾乎所有的生物，這是植物作為生產者獨有的能力。綠色植物們透過吸收

二氧化碳

和水，並藉助太陽的力量製造的有機物，不僅滿足了自身生長、發育、繁殖的需要，也為生物圈中的其它生物提供了基本的食物來源。對於人類而言，大米、小麥、馬鈴薯等，均是我們日常生活中富含澱粉的食物。

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現在，這個自人類出現以來，就以綠色植物為起點，一直在供養著我們的生物系統，將有可能被打破。來自中科院天津工業生物技術研究所的研究人員們，採用一種類似“搭積木”的方式，從頭設計出11步反應，在實驗室中首次實現從二氧化碳到澱粉分子的全合成。

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上圖：人造澱粉合成代謝途徑的設計和模組化組裝

合成過程中不需要依賴植物光合作用，僅以二氧化碳、電解產生的氫氣為原料，在國際上首次實現了二氧化碳到澱粉的從頭合成，使澱粉生產從傳統農業種植模式向工業車間生產模式轉變成為可能，取得原創性突破。不過面對這樣的技術，卻有人覺得與

人造肉

差不多，實在是令人汗顏！

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上圖：透過人造澱粉合成代謝途徑 （ASAP） 從二氧化碳合成澱粉

實際上，人造肉分兩種，一種是在實驗室或車間內，透過讓肌肉細胞不斷繁殖成的細胞培養肉。從始至終本質上都是細胞，沒有發生質變只不過是增殖了。另一種是仿造肉，用植物蛋白或者其他成分，仿照肉類的口感製造出來的植物肉。說白了，無非就是豆製品。而這次我國科學家實驗室人工合成澱粉，則是真正實現了從無機物到有機物的質變，是典型的0到1原創性突破。

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而且，目前市場上的澱粉主要由玉米等農作物透過自然光合作用固定二氧化碳生產，中間涉及60餘步代謝反應，能量轉化效率僅為2%左右。可想而知，僅11步反應的人工途徑，其澱粉合成速率必定要快得多，是玉米澱粉合成速率的8。5倍。據估計，1立方米的生物反應器，1年的澱粉產量，相當於我國5畝玉米的平均年產量。

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除此之外，比起工業車間生產，農作物生產還有種植週期長、土地使用量大、浪費淡水資源以及農藥汙染等缺點。而不依賴植物光合作用，車間化人工固定二氧化碳合成澱粉，勢必會為世界糧食澱粉的可持續供給、工業活動排放的二氧化碳的轉化利用，提供新的戰略方向。為解決人類糧食危機、氣候變化提供新思路。這必定會成為是影響世界的重大顛覆性技術。

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並且很有可能，一旦澱粉生產從傳統農業種植模式轉向工業車間生產模式，那麼以後的耕地上都不用種糧了。業內專家稱，如果未來二氧化碳人工合成澱粉的系統過程成本能夠降低到與農業種植相比具有經濟可行性，將會節約90%以上的耕地和淡水資源。更重要的是，有了人工合成澱粉的技術，人類就可以真正擺脫植物的束縛，踏上一個個地外行星。

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在所有的外星基地計劃中，為了解決食物問題，科學家們一直在思考怎麼在地外天體上建立溫室並種植農作物。而有了人工合成澱粉技術，我們就有了新的選擇。這意味著宇航員們，不用在外星基地種植農作物獲取食物了。並且，澱粉還可以作為培養菌體蛋白的基質，配合人造肉技術又能進一步為人類提供持續的蛋白質供應。

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當然，除了澱粉與蛋白質，人類還需要維生素以及很多植物化學物質。不過對於維生素而言，其實早在1933年，瑞士科學家維克森等人就已用葡萄糖作為原料，首次人工合成了維生素C，而葡萄糖則可以透過澱粉水解獲得。並且經過近一個世紀的研究，科學家們已經成功合成了所有維生素。2019年，僅中國維生素出口數量就高達28。72萬噸。

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因此可以大膽預見，未來的人類也許可以不再依賴自然環境的供養，完全依靠人工合成技術，為我們提供生命活動所需的所有物質。不知道那時候的人類，是否已經可以發展為星艦文明？那時候的地球，會不會是佈滿太陽能發電裝置的鋼鐵行星？又或者人類大發慈悲，留下了那些已經沒有用處的生物？