通过集成电催化-生物合成系统将二氧化碳转化为单细胞蛋白质

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Upcycling CO2 into Single Cell Protein via an Integrated Electrocatalytic–Biosynthetic System

人工光合作用系统通过电催化CO?转化为乙醇及微生物工程调控酵母代谢，显著提升蛋白质产量，实现2.94%的能源转换效率，为可持续食品生产提供新路径。

　　

用于食品生产的人工光合作用系统为缓解气候变化和实现碳经济提供了一种有前景的方法。在此，我们描述了一种将二氧化碳电解与微生物工程相结合的电生物系统，该系统能够有效生产单细胞蛋白。我们设计了一种基于金属有机框架（c-Cu-MOF）的铜基催化剂，用于将二氧化碳转化为乙醇，其总电流密度达到-861.81 mA cm^–2，乙醇的电流密度为187.5 mA cm^–2。这一结果远超现有类似催化剂的电流密度。随后，通过对酵母的代谢工程改造（包括调控翻译限制因素和重塑细胞形态），蛋白产量提高了47.06%。这种集成的电催化-生物合成系统能够将二氧化碳转化为蛋白质，最终在烧瓶中的蛋白质浓度达到2.98 g/L，电能转化效率为2.94%，显著高于生物方法转化二氧化碳的效率。我们的工作实现了从二氧化碳人工合成食品的目标，并为可再生能源驱动的二氧化碳生物制造提供了一个有前景的蓝图。