来自生物氢反应器的产乙酸菌群能够在微生物电合成过程中实现二氧化碳的生物转化

《ACS ES&T Engineering》：Homoacetogenic Consortia from BioH2 Reactors Enable CO2 Bioconversion in Microbial Electrosynthesis

微生物电合成（MES）系统依赖微生物形成生物膜捕获固体电极电子的能力。本研究验证了生物氢（BioH?）反应器中自然发酵甘蔗蜜饯获得的产乙酸共培养物作为MES接种体的可行性。在-1.0 V（vs Ag/AgCl）和35°C单室MES系统中，该接种体高效形成电活性生物膜，实现CO?转化为乙酸（最大浓度1.88 g L?1）及丁酸、丙酸等挥发性脂肪酸，提示多种代谢途径协同作用。微生物群落分析显示Acetobacterium、Clostridium等优势菌属主导。研究表明BioH?反应器产乙酸共培养物可望作为MES的天然微生物资源，简化预处理流程。

　　

微生物电合成（MES）系统依赖于微生物形成生物膜的能力，这些生物膜能够通过细胞外电子转移（EET）机制直接从固体电极捕获电子。在这项研究中，探讨了使用来自生物氢（BioH₂）反应器的产乙酸菌群作为MES接种液的可行性。该菌群是通过在嗜温厌氧反应器中自然发酵甘蔗糖蜜获得的，随后被应用于一个工作电压为?1.0 V（相对于Ag/AgCl）和温度为35 °C的单室MES系统中。该接种液表现出对生物电化学条件的良好适应性，形成了电活性生物膜，并实现了高效的CO₂生物转化。系统产生的乙酸最大浓度达到1.88 g L^–1，同时还生成了其他挥发性脂肪酸（VFAs），包括丁酸、丙酸和异丁酸，这表明相关代谢途径（如反向β-氧化）被激活。在富集阶段，库仑效率达到了60.4%，电流密度与VFAs的积累呈正相关。微生物群落分析显示，优势菌属为产乙酸菌属（Acetobacterium）、梭菌属（Clostridium）、脱硫弧菌属（Desulfovibrio）和孢霉菌属（Sporomusa）。这些发现表明，来自BioH₂反应器的发酵菌群是一种有前景的、天然富集的微生物来源，可用于MES应用，能够在最小化预处理的情况下将CO₂转化为有价值的化学品。