Sau sáu năm nghiên cứu, một nhóm nghiên cứu từ Viện Công nghệ sinh học công nghiệp Thiên Tân, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đã lần đầu tiên tổng hợp nhân tạo các phân tử tinh bột trong phòng thí nghiệm. Kết quả này đã được công bố trực tuyến trên tạp chí Science của Mỹ vào sáng sớm ngày 24 tháng 9.
Việc tổng hợp tinh bột nhân tạo là một bước đột phá nguyên bản tiêu biểu từ 0 đến 1. Nếu kết quả nghiên cứu này có thể đi vào sản xuất thương mại hoàn thiện, nó sẽ có tác động mang tính cách mạng đối với lĩnh vực nông nghiệp trong tương lai, đặc biệt là sản xuất lương thực, và sẽ có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của ngành sản xuất sinh học toàn cầu. Nó cũng có thể đẩy nhanh quá trình phát triển nền văn minh của nhân loại.
(Nguồn ảnh: Visual China)
Loài người đã tiến hóa từ nền văn minh nguyên thủy đến nền văn minh nông nghiệp, văn minh công nghiệp và hiện đang phát triển tới giai đoạn cao hơn của nền văn minh công nghiệp - văn minh sinh thái. Mặc dù nền văn minh công nghiệp đã cung cấp cho nhân loại đủ thực phẩm và của cải, nhưng nó cũng đặt ra nhu cầu quá mức đối với tài nguyên của Trái Đất và môi trường sinh thái. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của nhân loại trong khi vẫn đảm bảo phát triển bền vững, cần phải có một phương tiện vượt trội hơn nền văn minh nông nghiệp và nền văn minh công nghiệp.
Tinh bột có thể được tìm thấy ở khắp mọi nơi trong cuộc sống hàng ngày. Nó không chỉ là thành phần chính của thực phẩm mà còn là nguyên liệu công nghiệp quan trọng. Gia vị nấu ăn, mỹ phẩm chăm sóc da, bìa tạp chí, vỏ nang, vải sợi cotton... tinh bột được sử dụng trong mọi thứ. Trên thế giới có khoảng 30.000 sản phẩm sử dụng tinh bột làm nguyên liệu thô. Khả năng tổng hợp tinh bột nhân tạo có nghĩa là sản xuất lương thực có thể được chuyển đổi từ nông nghiệp sang sản xuất công nghiệp. Tinh bột tổng hợp nhân tạo sử dụng carbon dioxide nồng độ cao tách ra từ các nhà máy nhiệt điện và nhà máy xi măng làm nguyên liệu thô, chuyển đổi năng lượng mặt trời mật độ thấp thành năng lượng điện/hydro mật độ cao, tạo thành hydrocarbon đơn giản, sau đó tổng hợp sinh học tinh bột từ hydrocarbon. Rõ ràng, việc sản xuất tinh bột nhân tạo là một bước tiến lớn hướng tới nền văn minh sinh thái. Nó có hiệu quả cao, ít gây ô nhiễm môi trường, tiêu thụ ít năng lượng hơn và cũng sử dụng được khí nhà kính - carbon dioxide.
Các thử nghiệm sơ bộ trong phòng thí nghiệm cho thấy hiệu quả của tinh bột tổng hợp nhân tạo cao hơn khoảng 8,5 lần so với sản xuất tinh bột theo phương pháp nông nghiệp truyền thống. Trong điều kiện cung cấp năng lượng đầy đủ và theo các thông số kỹ thuật hiện nay, về mặt lý thuyết, sản lượng tinh bột hàng năm của một lò phản ứng sinh học 1 mét khối tương đương với sản lượng tinh bột hàng năm của 5 mẫu ruộng ngô ở nước tôi.
Có thể là 50 năm sau, vào một ngày nào đó trong tháng 9 năm 2071, một người phụ nữ sống ở Bắc Kinh muốn đặt mua bột mì có hàm lượng gluten cao. Xưởng sản xuất tinh bột nhân tạo chỉ cần điều chỉnh tỷ lệ amylose cao hơn amylopectin là có thể sản xuất và cung cấp hàng hóa nhanh chóng. Đến lúc đó, mọi người có thể dần quen với việc ăn tinh bột nhân tạo, có hương vị và giá trị dinh dưỡng tương tự như bột mì và rẻ hơn. Đồng thời, các thành phố trên khắp cả nước có thể về cơ bản không còn khói bụi, và mùa hè sẽ không còn nóng nữa, vì nồng độ carbon dioxide cao thải ra từ hoạt động sản xuất công nghiệp như nhà máy nhiệt điện, nhà máy thép và nhà máy xi măng sẽ được sử dụng để sản xuất thực phẩm cho người dân. Bầu trời sẽ xanh hơn, nước sẽ xanh hơn, cuộc sống và phương thức sản xuất của con người cũng sẽ thay đổi.
Mặt khác, sau khi giải quyết được vấn đề lương thực cho con người, việc tổng hợp tinh bột nhân tạo trên quy mô lớn cũng sẽ thúc đẩy sự chuyển giao nền văn minh của loài người hoặc sự hội nhập của nó với các nền văn minh khác. Khi con người tiến vào không gian để khám phá nền văn minh ngoài Trái Đất và mở rộng không gian sống, tinh bột tổng hợp nhân tạo có thể đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của con người để thám hiểm không gian ở mức độ cao nhất. Trên thực tế, nó cũng cung cấp cơ sở và khả năng cho sự phát triển bên ngoài của nền văn minh nhân loại và cho sự giao tiếp và hội nhập với các nền văn minh ngoài Trái Đất.
Có lẽ vẫn còn 50 năm sau, vào một ngày nào đó trong tháng 9 năm 2071, một trạm phóng tàu con thoi ở tây bắc Trung Quốc đang bận rộn. Tàu Thần Châu 501 của Trung Quốc đang chuẩn bị phóng vào vũ trụ, sẵn sàng bay đến một hành tinh khác bên ngoài hệ mặt trời, Kepler-62e, để thám hiểm. Hành tinh này rất giống với Trái Đất. Hành tinh này gần như được bao phủ bởi đại dương, có đất và bề mặt đá, bầu trời nhiều mây và khí hậu ấm áp và ẩm ướt. Vì vậy, đây là nơi lý tưởng để con người khám phá và tiếp xúc với sự sống ngoài Trái Đất.
Có thể mất một năm rưỡi để bay tới Kepler-62e. Trong quá trình chuẩn bị trên mặt đất, năm máy tạo tinh bột nhân tạo 1 mét khối và một số máy tạo nước đã được lắp đặt trong cabin Thần Châu 501. Đảm bảo các phi hành gia và nhà nghiên cứu sẽ không thiếu thức ăn hoặc nước uống trong suốt hành trình đến Kepler-62e. Đây là kịch bản ứng dụng lý tưởng để thay đổi cuộc sống con người và thúc đẩy sự phát triển và chuyển đổi nền văn minh nhân loại sau khi tinh bột tổng hợp nhân tạo trở nên phổ biến và trở thành thực phẩm chính của con người. Có thể đạt được mục tiêu này hay không có lẽ cần phải có những nỗ lực lâu dài.
Tinh bột tổng hợp nhân tạo chỉ là một khởi đầu tốt. Tính toán từ đầu vào và đầu ra, chỉ khi hiệu suất sử dụng năng lượng điện từ cacbon đioxit để tổng hợp tinh bột tăng lên gấp nhiều lần, tốc độ chuyển hóa cacbon trong quá trình tổng hợp tinh bột tăng lên hàng chục lần thì mới có thể cạnh tranh được với canh tác nông nghiệp. Bằng cách này, có thể tiết kiệm được hơn 90% diện tích đất canh tác và nguồn nước ngọt, đồng thời tránh được tác động tiêu cực của thuốc trừ sâu, phân bón,... đến môi trường.
▲Nhà nghiên cứu cộng tác Cai Tao từ Viện Công nghệ sinh học công nghiệp Thiên Tân, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, trình bày các mẫu tinh bột tổng hợp nhân tạo trong phòng thí nghiệm (ảnh chụp ngày 16 tháng 9). Ảnh của phóng viên Tân Hoa Xã Jin Liwang
Hiện nay, quá trình tổng hợp tinh bột nhân tạo cần ít nhất 10 loại enzyme để chuyển hóa dần methanol một cacbon thành dihydroxyacetone ba cacbon, tiếp tục thành glucose phosphate sáu cacbon và cuối cùng thành tinh bột. Hơn nữa, quá trình này bao gồm 11 phản ứng sinh hóa. Do đó, nếu tinh bột nhân tạo trở thành sản phẩm thực phẩm có giá thành thấp hơn, năng suất tương đương, dinh dưỡng và hương vị tốt hơn so với các sản phẩm nông nghiệp như lúa mì, gạo, ngô... thì vẫn cần cải tiến kỹ thuật và cần đầu tư nhiều công sức hơn vào khâu chế biến sản phẩm sau khi sản xuất.
Tinh bột tổng hợp nhân tạo và những phát minh tương tự có thể đẩy nhanh sự tiến bộ của nền văn minh nhân loại, nhưng vẫn còn một chặng đường dài phía trước.
Tài liệu tham khảo
Đột phá lớn! Tinh bột tổng hợp nhân tạo xuất hiện trên tạp chí Khoa học, năm câu hỏi về thành tựu mới, China Science Daily, 24/9/2021
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/9/465769.shtm
Viết bởi Zhang Tiankan (người phụ trách chuyên mục) Biên tập bởi Ji Jingjing
Sản xuất bởi: Science Central Kitchen
Sản xuất bởi: Tin tức Khoa học và Công nghệ Bắc Kinh | Khách hàng Science Plus
Chào mừng bạn chia sẻ với vòng tròn bạn bè của bạn
Nghiêm cấm sao chép khi chưa được phép
