馒头为什么越嚼越甜(馒头越嚼越甜与什么有关系)

合成淀粉获得诺贝尔奖需要两个条件。这两天有一条铺天盖地的科技新闻:中科院天津工业生物技术研究所联合大连化工学院在著名期刊《科学》上发表论文,公布了一项重大科研成果,即在实验室中以二氧化碳和氢气为原料合成了淀粉,也有人通俗地把这项成果称为“空气变馒头”。(馒头其实是面粉做的,但是面粉中也含有大量的淀粉。一个比喻不必当真。)

很多人问我:这个成果值得拿诺贝尔奖吗?我今天试着回答一下。愚见仅供参考。

先说我的回答:还是不好说。

我承认,这个答案有点像50%概率的降雨,听起来很扯淡。其实不是废话。你需要听我详细解释。

从历史经验来看,获得诺贝尔化学奖的成果一般需要满足两个特征:

它是从 0 到 1 的重大科学突破;它对人类的生活产生了重大影响。即这项科研成果必须要有一定规模的应用。

基于这两个标准,我们来考察一下合成淀粉获得诺贝尔奖的可能性。

这项技术是从 0 到 1 的突破吗?

我也这么认为

虽然淀粉是生活中最常见的物质之一,是人类不可或缺的,但只有植物才能高效地将二氧化碳转化为淀粉。这是它们天生的本事,其他生物,无论是动物还是真菌,都不行。

从二氧化碳到淀粉的合成过程非常复杂。要做到这一点,植物需要经历60个代谢过程,其中涉及的生化调控极其复杂。经过光合作用、卡尔文循环、碳碳缩合、聚合等。,我估计除了光合作用,大部分人都听说过这些名词,可能是第一次听说。

一直以来,虽然无数科学家试图实现人工合成,但一直没有突破。所以从科研的角度来说,这绝对是0的突破,和第一个合成肥料,第一个合成蛋白质,第一个成功的细胞克隆差不多一个水平。

而且这个突破不仅仅是做植物长期以来做的事情,而且要做的比植物更好。

以淀粉生产效率高的玉米为例。玉米将二氧化碳转化为淀粉的能量转化效率只有2%,而这种合成淀粉技术理论上可以将效率提高到7%。也就是说,种植玉米从播种到收获大约需要2-4个月,而合成淀粉只需要1-2天。众所周知,种植玉米需要大量的土地,而且取决于天气。太冷、太热、干旱、虫害都会造成减产甚至绝收,而人工合成没有这些烦恼。我们可以在工厂里一天24小时连续生产。根据论文发表的数据,只需要一立方米的生物反应器,就可以达到五亩玉米地同样的产量。

是否有可能大规模应用?

许多媒体在报道这一消息时,普遍提到:有了这项技术,人类将不再需要耕种,而只需要建造像化肥厂一样的粮食生产厂。原料是二氧化碳和氢气,或者是水,很容易电解成氢气和氧气。这两种原料极其丰富,不仅在地球上,在火星上也是如此。只要有源源不断的能量,我们就能生产出源源不断的馒头。这个未来的场景真的很奇妙。

这种想象本身没有错,理论上也是如此,但这种未来图景是否真的能在二三十年内到来,则是另一个问题。这个问题远比很多人想象的复杂。为了说明这个问题,我们可以看看历史上两个类似的案例。

人类第一次人工合成蛋白质的壮举也是在1965年由中国科学家完成的,即人工合成牛胰岛素,这也是从0到1的重大突破。当时很多人认为,未来可以用工厂生产各种蛋白质。然而,半个多世纪过去了,现在对于那个时代来说,已经足以算是“未来”了。现在的情况是,不仅供人食用的蛋白质不是合成的,就连胰岛素也没有走上合成的道路。而是利用基因工程和微生物大量制造。换句话说,当时想象的未来图景并没有真正实现。这个例子可以视为反例。

让我们看另一个正面的例子。它是合成肥料,更准确地说是合成氨气体。我们都知道种植植物的时候浇粪水会让植物长得更旺盛。我记得当我还是个3岁的孩子时,我就已经知道粪便是肥料。粪便植物生长旺盛的关键原因是其中含有的氨气,其实是氮和氢的化合物。

照片:弗里茨·哈伯

1903年,德国化学家弗里茨·哈伯首次合成了氨气。然而,哈伯方法的合成效率极低。普遍认为没有实际生产价值,连哈伯本人都不看好。但是从0到1的突破之后,没想到技术发展极快。仅仅过了10年,世界上第一个氨厂投产,每天能产3 ~ 5吨氨,相当于多少吨粪便我不管。后面的故事就不用说了。一般认为,地球人口爆炸式增长一半是化肥造成的,另一半是抗生素。哈伯还获得了1918年的诺贝尔化学奖。

大规模应用的阻碍在哪?

问题来了:合成淀粉会更像合成蛋白质还是合成肥料?

这个问题我只负责给你提供一些关键信息,结论你要自己判断。

成本是判断一项技术最终能否量产的最关键因素之一。

这种人工合成淀粉的关键路径是:首先由二氧化碳和氢气合成甲醛,然后甲醛与10种催化酶进行11次复杂的催化反应,最后合成淀粉。

植物淀粉的生产基本只需要二氧化碳和水,这种人工合成需要氢气。氢气在自然界中基本不存在,所以获取氢气需要额外的成本,但这个成本并不太高。但是那三种酶的成本都不低。

我简单解释一下酶是什么:酶也是蛋白质的一种,是生物能量中包含的生物催化剂。比如我们的唾液中含有大量的酶,可以促进食物在我们口中的化学反应,这就是为什么你嚼的馒头越甜。在唾液中的酶的作用下,淀粉转化为糖。

这一次,10种不同的酶被用来合成淀粉。根据我的资料,这些酶最早是从各种生物中提取出来的,然后经过人工改造。整个技术的亮点或难点在于这10种酶的提取和修饰。这一过程极其复杂且成本高昂。现在的实验室技术肯定不适合大规模生产。比起种玉米,成本肯定高得吓人。

从视频中可以看到,实验者展示的合成淀粉只有屈指可数的几种,根本不够做一根粉条。研究人员通过核磁共振成像判断其分子结构与真正的淀粉完全相同。但记者问他们有没有试过做个“馒头”吃。研究人员表示不情愿。可见合成这种淀粉的价格和成本肯定是相当高的。

但是任何技术从实验室到工厂都有一个过程,可能发展很快,也可能一直找不到降低成本的方法,或者其他替代技术,比如转基因技术发展很快,实现了用微生物更方便高效的生产淀粉。现在我得到的信息不足以让我做出判断。

这是星际殖民需要的核心技术吗?

可能有人会想:就算你在地球上种不出玉米,如果你把这个技术卖给马斯克,他肯定要,因为你在火星上种不出玉米。

没错。合成淀粉确实对Tai 空和星际殖民的探索有重要意义。它让我们找到了不必在飞船上储存大量食物的理论可能性。但是别忘了,无论是航天空还是火星殖民,他们面临的技术问题不仅仅是吃饭的问题,还有无数的技术问题需要解决,这是一个无比复杂的系统工程。应用合成淀粉探索这一领域取决于我们人类在未来几十年内能否使用这一技术。换句话说,为了使淀粉生产机器有用,你必须生产出足够好的宇宙飞船。就像你是个好厨师,但要有用,你得先有个厨房。

结尾

以上是我对合成淀粉的粗浅想法。希望你能分清哪些说法是事实,哪些说法是观点,哪些是愿望,哪些是现实。

对于任何一条科技新闻来说,从各方面搜集信息总是无伤大雅的。希望这篇文章能帮助你更全面的了解这项技术。留言区见。

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