作者：杨建刚 中国科学院天津工业生物技术研究所副研究员

　　你的身边是不是总有几个“无糖不欢”的小伙伴？

　　我们仿佛天生对糖果没有免疫力。不管什么时候，把一颗糖果放进嘴里，那丝丝甜味通过味蕾传遍每一根神经，让我们瞬间感到心情舒畅。不只是糖果，很多水果、蔬菜中也有糖的踪影，更别提饼干、蛋糕等这些精致的甜品和各种佳肴中了。可以肯定地说，每天我们都会吃到或多或少的糖。

　　但你有没有想过，这些给人带来“甜蜜快乐”的糖是从哪儿来的？

　　从甘蔗到糖：植物提取

　　你知道吗？探险家哥伦布曾住在大西洋的岛屿马德拉岛，他当时就职于一家热那亚糖业公司。伴随着1493年开始的第二次大航海，哥伦布将甘蔗带到了更多地方。

　　是的，最初人们就是从甘蔗中获取了糖。人们在种植园种植甘蔗，收割后将其运到工厂里，碾碎，煮沸，过滤成甘蔗汁，这些蔗汁被加工成糖浆和黑砂糖，随后进一步制成消费者喜欢的各种糖品。那时，糖还只是王官贵胄才有权享用的昂贵商品。

　　时至今日，除了甘蔗，还可以从更多的植物中提取糖，比如甜菜、甜瓜、枫树、椰子等，含糖的食物也早已走进了千家万户，但糖依然主要是“种”出来的，它主要依赖于植物类生物质资源。

　　然而，这种传统的植物制糖方式（二氧化碳—生物质资源—糖）受到光合作用能量转换效率的限制，而且，由于土地退化和短缺、生态系统受到破坏、全球变暖导致的极端天气和自然灾害等，存在原料供应不足的风险。

　　人工生物制糖：精准合成

　　有没有更直接的方式，跳过“生物质资源”这一环节，直接从二氧化碳到糖呢？科学家也想到了这个问题，并付诸努力，而且已初见成效。

　　我和我所在的中国科学院天津工业生物技术研究所科研团队，与大连化学物理研究所的研究团队联合研究，构建了具有灵活性、高效性及多功能性的人工生物系统，在实验室实现了从二氧化碳到己糖的精准全合成，解决了糖分子立体结构可控的难题，为摆脱自然合成途径、利用二氧化碳创造多样的糖的世界提供了可能。2023年8月16日，这项最新研究成果发表在了著名学术期刊《科学通报》上。

　　我们是怎么让二氧化碳直接变成糖的呢？精准的说法是：基于碳素缩合、异构、脱磷等酶促反应，设计构建了一条“化学-酶耦联”的人工生物合成系统，工程化设计改造酶蛋白分子的催化特性，实现了精准控制合成不同结构与功能的己糖。

　　你是不是觉得科技名词太多不容易理解？简单来说，就是：我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。

　　同时，我们还建立了可进一步延伸糖产物种类和构型的生物系统，可实现人工创造糖分子多样性。

　　打开“绿色化学”的大门

　　这项技术的突破，相当于构建了自然界不存在的一个糖的合成路线，为从非生物质原料转化形成多样性的人工糖产物提供了一种可能性。

　　科学的脚步永不停歇！未来，我们将进一步拓展这种“化学-酶耦联”合成系统，生产自然界含量稀少甚至不存在的糖，比如寡糖、糖苷或糖醇等，作为原料应用于食品、医药等领域，还可作为工业生物制造关键原材料合成其他化学品，进一步满足人类的其他物质需求，从而为负碳物质合成提供原料供给。

　　但是不得不说，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，我们还需要解决相关的科学和工程技术问题。但这一天终会到来。

　　用二氧化碳直接合成的糖口味如何？你是否也迫不及待地想要品尝一下？

　　用二氧化碳直接制糖的强劲优势

　　优势1：效率更高

　　在实验室，这一整套制糖过程用时17小时。与从种甘蔗到收割然后制糖的传统过程相比，简直是实现了从“年”到“小时”的大步跨越。而且，合成路线变短，不仅所需的能量更少，还能降低后期的分离成本。

　　优势2：碳转化率更高

　　这种制糖法的碳转化率高于传统植物光合作用，是目前人工制糖路线中碳转化效率的最高水平。

　　优势3：人工合成效率和精准度提高

　　此次人工合成己糖方法能够精准控制合成不同结构与功能的己糖，理论上来讲，可以合成几乎任一类型的糖。

　　优势4：限制更少

　　不再受地域范围、土壤质量、天气条件、收成等各种限制。