“凭空而生”的糖

以二氧化碳为原料，不依赖植物的光合作用，就可以直接人工合成淀粉——这看似科幻的一幕，曾经真实地发生在中国科学院天津工业生物技术研究所的实验室里。2021年，该研究所的研究员马延和带领团队，在实验室里首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。其他科学家也不甘示弱，不久前，该研究所的杨建刚副研究员和他所在的科研团队，与中国科学院大连化学物理研究所的研究团队联手，在实验室里实现了从二氧化碳到己糖的精准全合成。这是不是代表用空气也能做出糖果呢？让科学家们为你揭开谜底吧！

糖是怎么來的

糖是我们生活中不可或缺的食品原料和能量来源，你有没有想过，糖是怎么来的呢？

从古至今，制糖的过程都是十分复杂且漫长的，离不开植物的光合作用。光合作用是绿色植物利用光能将二氧化碳和水同化为有机物（主要是糖类），并释放氧气的过程。甘蔗、甜菜等植物可以依靠光合作用，将土壤中的水分和空气中的二氧化碳合成糖。然后，我们就从这些植物中提取糖，所以可以说糖是“种”出来的。

然而，这种传统的制糖过程主要依赖植物，必然会受到种种自然条件的限制，比如植物的能量转换效率、生态系统、天气条件等。

从二氧化碳到糖

既然传统的制糖过程有这么多限制，那么有没有更直接的方式，可以跳过植物这一个环节，直接从二氧化碳到糖呢？杨建刚和他所在的科研团队也想到了这一点。

然而世界上没有什么事是容易的，虽然科研团队很快就确定了从二氧化碳到糖的合成路径，但在催化剂的选择上陷入了困境。一开始，他们在自然界天然存在的生物酶中寻找催化剂“候选者”，但经过多次实验，糖分子都没有出现在试管中。

困难反而激发了研究人员的斗志。在经过一年半的时间里百余次的尝试后，科研团队终于从上千种催化剂与组合中找到了最佳催化剂“候选者”。最终，他们在反应溶液中将高浓度的二氧化碳等原料，按一定比例进行调配，在化学和酶催化剂的作用下，最终获得了葡萄糖、阿洛酮糖、塔格糖、甘露糖4种己糖。

从“年”到“小时”的跨越

直接把二氧化碳转化为糖，就可以不再依赖绿色植物的光合作用，实现高效制糖。这个过程具体高效到了什么地步？在实验室里，这一整套制糖的过程用时约17个小时，与通过种植甘蔗等农作物提取糖分的传统制糖过程相比，糖的获取时长由“年”直接缩短到了“小时”。

虽然二氧化碳制糖目前还仅限于实验室阶段，距离实现工业化生产，还有很长的一段路要走，但是相信随着科技的进步，相关的科学与工程技术问题都能够得到解决。你想不想品尝一下直接由二氧化碳合成的糖呢？

知识小链接：为什么吃糖会让人感到快乐

2023年3月，耶鲁大学医学院的研究团队在其发表于《细胞代谢》期刊上的论文中指出，摄入高糖和高脂肪含量的食物会改变大脑的奖励回路，让大脑更偏好高糖和高脂肪的食物。但过度摄入糖分会增加肥胖或龋齿等疾病的发病风险，所以即使吃糖会让我们感到快乐，我们也应控制糖的摄入量。

（注：本文根据《科技日报》《光明少年》等报纸杂志刊载的文章整编。）