在人类历史的大部分时间里，糖都是奢侈品。它来自甘蔗、甜菜等自然作物，依赖阳光、土地和漫长的生长周期。

而在中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称“天津工生所”）糖生物合成与绿色制造攻关团队的努力下，糖正在以一种近乎“魔法”的方式诞生：用二氧化碳当原料，靠酶催化，就能实现二氧化碳到糖的精准全合成，让糖的获取时长从“年”缩短到“小时”。近日，该团队被共青团中央、全国青联授予2026年度中国青年五四奖章集体称号。

2021年，天津工生所实现了从二氧化碳到淀粉的实验室人工合成，一时轰动海内外。“我当时也深度参与了二氧化碳人工合成淀粉项目，取得成功后大家都觉得特别振奋，当时就在想，能不能合成糖。”团队研究员杨建刚介绍，从十几年前开始，团队就一直在做阿洛酮糖的生物制造技术研究，在人工合成糖方面积累了大量经验。

可自然界就有糖，为什么还要进行人工合成？

“一方面是为了满足国家战略需求，目前我国每年糖消耗量在1500万吨左右，其中有1/3依赖进口，而且受人口增长、极端天气频发、土地短缺等因素影响，传统糖制作加工方式面临极大的风险挑战；另一方面是为了满足产业需求，随着健康意识增强，人们对糖也有了更高要求。”团队负责人孙媛霞说，将二氧化碳转化为糖，还能消耗二氧化碳，积极响应国家“双碳”目标，可谓“一举多得”。

2021年，二氧化碳人工合成糖这一研究课题被提上日程，这支平均年龄不到35岁的年轻团队开始了攻坚之路。

想要实现二氧化碳人工合成糖，催化剂，也就是酶的选择至关重要。

最开始，团队想通过搭建自然系统来寻找生物酶作为催化剂，但是尝试了很长时间，发现行不通。后来，团队开始尝试对这些酶元件进行改造。

改造酶元件说来简单，实际上非常困难。“因为即使经过上百次改造，这个催化剂也可能没有效果，或者是有了一点点效果，可又不稳定。”团队成员刘银路说。糖生物合成与绿色制造攻关团队成员每周都会聚在一起开组会，有问题及时沟通、互相鼓劲。“这个传统，是从十几年前开始研究阿洛酮糖那会儿传下来的。那时候实验条件差，失败更多，但老一辈没松过劲。现在条件好了，年轻人更不能松劲。”杨建刚说。

失败，复盘，尝试，再失败，再复盘，再尝试……这个循环不知道重复了多少遍。

终于，2023年迎来了转机。

一天深夜，在经历无数次实验失败之后，团队成员宋皖坐在实验室又一次打开了液相色谱图。他意外发现，某一副产物的峰被另一副产物的峰所掩盖，两者在液相色谱图上的出峰时间差仅仅为0.1分钟。

“在此之前，我们一直误以为这是同一种副产物。”宋皖说。

瞬间，宋皖恍然大悟。正是前期对这0.1分钟时间差的错误判断，导致研究迟迟未能取得突破。也正是这“灵光一现”的发现，让整个项目“守得云开见月明”。

解决了这一关键堵点，团队终于找出了最适宜的7个酶元件。

但此时，另一个难题又摆在了团队面前——试管里的人工合成糖最初转化率只有10%，远远不够。

“转化率是非常重要的一个指标，过低的转化率就意味着无法量产，而且成本过高，所以一定要把转化率提上去。”孙媛霞和杨建刚带着团队成员又一头扎进了研究之中。经过反复实验和改进，2023年，团队将二氧化碳人工合成糖能量转化率大大提高，达到了自然光合作用的3.5倍。2023年8月，这一成果发表在著名学术期刊《科学通报》上。

除了高效之外，二氧化碳人工合成糖技术还有一个特点，那就是精准。通过这项技术，人们可以精准获得葡萄糖、阿洛酮糖、塔格糖等己糖。

“己糖是自然界中分布最广、数量也最丰富的单糖，比如葡萄糖，就是自然界中含量最多的己糖，也是生命结构与贮能的重要物质。”杨建刚解释说，人体所需要的70%左右的能量由糖提供，每克葡萄糖在人体内氧化能产生4000卡能量。

糖如此重要又能让人产生愉悦感，却让糖尿病患者望而生畏。“正是因为这样，人工精准合成糖至关重要，”杨建刚说，“比如像阿洛酮糖，它的甜度约为蔗糖的70%，但热量仅为蔗糖的0.3%到0.4%，还能帮助抑制餐后血糖上升、帮助促进消化。但问题在于，它在自然界中含量极低，传统提取方式成本高得惊人，现在通过人工合成，这些问题也就迎刃而解了。”

创新无止境，团队从未停下科研脚步。2025年，团队再次取得关键性突破：二氧化碳人工合成蔗糖，也就是我们最熟悉的白糖。2026年，他们又实现了二氧化碳人工合成糖醇。经过几年不懈努力，二氧化碳人工合成糖的转化率较2023年相比又提升了4倍。

如今，团队已经完成多项新食品原料材料申报，与多家企业开展合作，在天津、山东、河南等地建成多条千吨级、万吨级生产线，加速技术成果转化落地。

这支年轻团队之所以能把“空气造糖”从幻想变成现实，离不开天津工生所这片适合青年人才成长的土壤。

“所里‘不唯论文、注重实效’的评价体系导向让我们敢于做‘难而正确’的事。”杨建刚坦言，“如果没有这种支持，所里不可能在阿洛酮糖上一磨就是十几年，我们也不可能在二氧化碳人工合成糖技术上连续攻坚5年。”

未来，天津工生所将努力搭建一个成熟的二氧化碳人工合成糖平台系统，针对人们需求，精准合成更多类型的糖，让更多人吃上更经济实惠的健康糖。