二氧化碳合成蛋白质？“喝西北风”管饱

图虫创意

“喝西北风”这个俗语相信大家都不陌生。它一般指人穷得没东西吃。不过未来，这句俗语的意思可能得改改了，因为“喝西北风”真的能管饱。

我们在上生物课时学过，植物能通过光合作用把空气中的二氧化碳和水变成淀粉。那么，二氧化碳也能合成蛋白质吗？那时候老师可没说二氧化碳也能合成蛋白质。蛋白质，大家都知道，那是生命的重要基础，它具有复杂的结构和功能。把二氧化碳变成蛋白质，靠谱吗？

有报道称，芬兰一家工厂已经开始用二氧化碳生产蛋白质，并且年产量达到了160吨之多。160吨是什么概念？这就相当于2285万枚鸡蛋（一枚鸡蛋中蛋白质含量约为7克），或者5333吨牛奶（蛋白质含量约为3%）。如果按照每人每天需要80克蛋白质计算，这产量足够5500人吃上一年。

听着很新鲜，喝西北风就能管饱。我国也在进行相关研究。2021年9月中科院天津工业生物技术研究所首次实现了二氧化碳到淀粉的人工合成，同年中国农业科学院饲料研究所也宣布用含有一氧化碳、二氧化碳的工业尾气和氨水为主要原料,制造出新型饲料蛋白资源乙醇梭菌蛋白。

说这么热闹，这二氧化碳究竟是怎么合成的蛋白质呢？

蛋白质结构虽然复杂，但是主要是由碳、氢、氧、氮，以及少量硫、磷等元素组成。其中量最大的就当属碳和氧两种元素，而二氧化碳恰好就是由这两种元素组成。通过电解水获取一定的氢和氧，基本原料就差不多了。

然后，把这些原料统统加入到发酵罐里，配上特定的发酵细菌，比如固氮氢细菌、乙醇梭菌等，剩下的就交给时间了，整个过程有点类似于啤酒发酵。

不过通过这种方法获得是一种包含蛋白质的混合物，其中蛋白质大概能占到60%-80%。将这种混合物反复分离纯化，就能获得蛋白质干粉了。

你可能会问：这种方法的优势在哪？获得的蛋白质和我们平常吃的蛋白质是一样的东西吗？

先说优势。第一个优点是生产效率高。

和传统通过种植、饲养获得蛋白质的方式相比，二氧化碳合成蛋白质的生产效率能提高300-2000倍。这主要是因为微生物的生长繁殖速率快，能极大缩短生产周期。

第二个优点是转化效率高。

此前，中国农业科学院饲料所，突破了乙醇梭菌蛋白制备核心关键技术，实现了一碳气体一步生物合成蛋白质收率最高85%的重大成果。比植物光合作用的转化效率高了近10倍。也就是说，消耗两吨二氧化碳，大概能生产将近一吨的蛋白质。

第三个优点是环保。

目前，我们获取蛋白质主要通过种植和饲养。这两种方式都需要消耗大量的土地、化石燃料、肥料、农药和水。传统蛋白质的生产过程不仅会释放大量二氧化碳，加剧温室效应，还会造成环境污染。

而通过二氧化碳合成蛋白质不仅可以消耗二氧化碳，而且对能量需求更少。整个过程算下来，理论上，碳排放不足传统方式的百分之一。

当然，还有个优点咱必须也得提一下，那就是它的原料来源更加广泛。

除了空气中的二氧化碳外，秸秆、蔗渣、甜菜渣等农业废物，以及工业废物、工农业废水、以及原油、柴油、产生的废气统统都可以用来当做发酵原料。刚刚提到的农科院团队就利用工业尾气，实现了年产5000吨蛋白质用于饲料。

目前，仅有少数国家批准了可以将“空气蛋白”用于生产食物，比如新加坡已经将其做成了冰淇淋。

单纯从营养学角度来看，“空气蛋白”和我们现在吃的食物中的蛋白质差别并不大。但是，口感上有一定的差异。不过在未来，咱们还可以通过改变发酵细菌的种属和基因来调整蛋白质中氨基酸的构成，满足不同人群的需求。

目前，二氧化碳合成蛋白质技术还需要进一步完善，离真正大规模应用还有很长的路要走。不过，这种技术不再受土地、环境、降雨和温度的限制，只要有能源，在任何地方都可以制造蛋白质。

二氧化碳合成蛋白质技术可以作为传统产业的有效补充，缓解粮食危机。还能丰富食物种类，生产出人造肉、人造牛奶、植物基食品等新兴食物。除此之外，“二氧化碳蛋白质”还能应用于医药工业、畜牧业以及航天等领域。尤其是航天。这种技术能为人类的太空计划提供食物基础。试想一下，在火星的大气层中最不缺的就是二氧化碳，比例高达95%，再加上充足的太阳能，就可以为火星移民提供必需的蛋白质。此外，有了这项技术，未来在您遨游太空，欣赏宇宙浩瀚美景时，还能随时享用飞船上生产的“新鲜”汉堡、麻婆豆腐，那将是多么美妙的生活。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：张宇 营养学博士

审核：宋弋 中国农业大学食品科学与营养工程学院 副教授

审核：梁前进 北京师范大学生命科学学院 教授

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司