中國研究人員開發了一種創新的方法，能將甲醇轉化為白糖，亦即蔗糖，無需使用農田或作物。這種方法未來可能有助於將捕獲的二氧化碳轉化為食物。
這項新的生物轉化系統不依賴於甘蔗或甜菜的栽培，這兩種作物均需要大量土地和水源。相反，研究人員利用酶將甲醇轉化為複雜的糖類，而甲醇可以通過工業廢料或化學處理二氧化碳來製造。
研究人員指出：「人工將二氧化碳轉化為食物和化學品，提供了一種有前景的策略，以應對環境和人口相關的挑戰，同時促進碳中和。」
該系統不僅能生產蔗糖，還可以調整以創造其他重要的碳水化合物，如果糖和澱粉。這些進展標誌著直接從化學物質中生產食物的一個重要步驟，繞過了傳統農業。
來自低碳化學品的複雜糖類
這項研究由中國科學院天津工業生物技術研究所的團隊主導。他們使用了一種稱為體外生物轉化（ivBT）的方法，這是一種利用酶在活生物體外構建有用分子的技術。
研究人員表示：「體外生物轉化（ivBT）已成為可持續生物製造的一個極具前景的平台。」
他們補充道：「在這項工作中，我們成功設計並實施了一個從低碳分子合成蔗糖的 [ivBT] 系統。」
蔗糖主要來自熱帶國家的甘蔗和寒冷氣候中的甜菜。儘管中國可以種植這兩種作物，但根據中國科學院最近在微信上的一篇帖子，中國每年仍需進口約 500 萬噸糖，以滿足 1,500 萬噸的年需求。
隨著氣候變化和人口增長對農業造成的壓力日益增加，研究人員迫切尋找更高效和可擴展的替代方案來生產食物。直接從甲醇生產糖，進而可由二氧化碳製成，便是其中一個替代方案。
將碳廢料轉化為食物
2021 年，中國科學院大連化學物理研究所的另一研究團隊創建了一種低溫方法，將二氧化碳轉化為甲醇。這為碳廢料成為製造糖類等有價值化學品的原材料打開了大門。
基於這一突破，天津的研究人員開發出一種高效的途徑，利用一系列快速、低能耗的化學反應將甲醇轉化為糖類。他們實現了高達 86% 的轉化率。
研究團隊表示：「這項研究建立了幾個 ivBT 平台，將可由二氧化碳的化學還原或工業廢料的化學/生物轉化衍生的低碳分子轉化為高碳（C≥12）糖類。」
該系統不僅首次利用甲醇合成了蔗糖，還以比以往技術更少的能量生產了澱粉。科學家表示，這種方法可以適用於各種複雜糖類，而不僅僅是用於甜味的糖。
無需植物的食品和醫藥未來
通過適應相同的 ivBT 系統，研究團隊還能生產果糖、直鏈澱粉、支鏈澱粉、纖維二糖和纖維低聚糖。這些碳水化合物不僅用於食品，還用於製藥和工業應用。
研究人員表示：「我們的系統提供了一條有前景的、無需植物的路徑，用於新合成結構多樣的低聚糖和多糖。」這些複雜糖類對於身體的能量儲存和醫療治療至關重要。
研究團隊補充道：「這項工作為未來開發靈活且碳負的生物製造平台奠定了基礎。」
然而，研究人員也承認，在這種方法能夠大規模應用之前，仍需進一步的工作。他們計劃提高酶的效率，並使系統在工業應用中更加穩定和可靠。
該研究論文於五月發佈於《科學通報》。
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