科学技术 让二氧化碳变得更可口
2021年9月，中国科学院天津工业生物技术研究所在国际学术期刊《科学》中发表二氧化碳到淀粉的从头合成技术成果，在当时引起了不小的轰动，并被认为是影响世界的重大颠覆性技术。而这一评价也并非夸大其词。 淀粉是重要的工业原料，同时也是粮食的主要成分，对于人类的生存有非常重要的意义。而想要实现二氧化碳到淀粉的转化，一般只能依赖玉米等农作物的光合作用，等粮食作物将二氧化碳转化成淀粉后，再从中提取出淀粉。而这也就导致淀粉的获取过程受到农作物的种植周期、种植面积以及气候变化带来的影响，一定程度上也无法应对粮食危机这类的特殊情况。但二氧化碳到淀粉的从头合成技术的出现相当于从源头解决了这个问题，并且也有利于二氧化碳的收集利用，从长远来看，等于推进了粮食资源产业以及环保产业的发展。 不过似乎合成淀粉只是个开始，就在今年的4月28日，《自然·催化》以封面文章的形式发表了一项新研究成果，这项成果同样涉及二氧化碳的转化，同样是我国科研人员的成果——电子科技大学夏川课题组、中国科学院深圳先进技术研究院于涛课题组与中国科学技术大学曾杰课题组共同实现二氧化碳到葡萄糖和油脂的人工合成。而就技术本身来说，它为突破人工和半人工合成“粮食”提供了新的技术方向以及技术支持，并且有利于基于电力驱动的新型农业与生物制造业的发展。 事实上，就这项技术本身来说，也具备了一定的趣味性。从二氧化碳到葡萄糖和油脂的过程就像在进行一个“成语接龙”的游戏，而这个衔接的关键其实在于微生物。 二氧化碳并不能一步到位变成葡萄糖和油脂，而是需要先转化为微生物的“食物”，在经过微生物催化，转化为葡萄糖等其他生物物质，最后在通过纯化处理，得到可供食用的葡萄糖和油脂，而其中的关键就在于如何将二氧化碳清洁、高效的转化为微生物的“食物”。 乙酸自然而然的成为了理想的选择，一方面，乙酸本身就是优秀的合成碳源，并且也是食醋的主要成分，另一方面，先有技术中已经存在通过点解时间二氧化碳到乙酸转化的方法。不过在实际过程中，这种方法被否定了，而是选择了效率更高的二次转化方法，先将二氧化碳转化为一氧化碳，再通过晶界铜催化，将一氧化碳转化为乙酸。而为了实现这一点，团队还用到了固态电解质反应装置这一较新的技术成果，来保证能够高效地获得纯乙酸水溶液(常规电催化装置生产出的乙酸混合电解质盐，无法用于生物发酵)。成功合成纯乙酸后，后续的培养过程其实就有点像食物的发酵过程——喂饱微生物了。 但这个过程也并没有想象的那么简单，为了避免酿酒酵母本身对于葡萄糖的代谢消耗，提高产量，相关团队还敲除酿酒酵母中代谢葡萄糖的三个关键酶元件，废除了酿酒酵母代谢葡萄糖的能力。这也就意味着原本已经复杂的转化工作进一步涉及到了更多的技术。 事实上，也正因为如此，这项技术目前的成果还只是停留在实验室成果的阶段，提高能量效率和产率、降低生产成本这些问题也切实影响着该技术后续的推进。但是相信这些只会是时间问题。此外，值得一提的是，理论上来说，这种通过微生物发酵来实现转化的思路具备非常广阔的发展前景，微生物的优点便是产物多样性高，换言之，如果技术成熟，理论上更换发酵使用的微生物就可以在保持电催化设施不改变的情况下，合成许多无法通过人工生产或人工生产效率很低的化合物。
