多电子供体协同增效电发酵链延长：定向电子传递加速与微生物功能强化

针对有机废弃物转化中链脂肪酸(MCFAs)效率低下的问题，本研究通过电发酵链延长(EF_CE)技术，系统解析乙醇和乳酸作为多电子供体(EDs)的协同机制。研究发现多EDs通过重塑微生物网络和调控关键基因(如ascB、ADH、kor等)，使己酸合成提升2.9-3.9倍，为有机废物资源化提供了新策略。

　　

随着气候变化与化石燃料枯竭问题加剧，可再生化学品生产成为研究热点。中链脂肪酸(MCFAs，C₆
-C₁₀
)作为食品添加剂、抗生素及航空燃料的前体，目前主要依赖棕榈和椰子资源，面临产能不足(如己酸全球年产量仅25千吨)和生态破坏等挑战。传统发酵法存在CO₂
代谢失衡、电子传递效率低等问题，而电发酵链延长(EF_CE)技术通过电极驱动可突破热力学限制，但单一电子供体(EDs)仍存在启动周期长(240天)、产物浓度低(1.6 g/L)等瓶颈。

为解决上述问题，山西大学等单位的研究团队在《Bioresource Technology》发表研究，系统探究了乙醇与乳酸作为多EDs在EF_CE中的协同机制。通过交叉接种己酸合成菌(CSB)、电化学分析和宏基因组技术，发现多EDs可重构微生物互作网络，使己酸产量提升至58.1 mmol C/L，较单一EDs提高2.9-3.9倍。

关键技术包括：(1)采用废活性污泥/酒窖窖泥富集CSB；(2)构建乙醇(150 mmol/L)+乳酸(100 mmol/L)共基质EF_CE系统；(3)通过循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)分析电子传递特性；(4)分子生态网络(MEN)解析微生物互作；(5)宏基因组注释关键代谢基因(如ascB、ADH、kor等)。

【研究结果】

1. 功能微生物富集与定殖：交叉接种策略成功富集乙醇型(CSB_EtOH)和乳酸型(CSB_LAC)菌群，其中Clostridium kluyveri等菌株形成功能互补。

2. 多EDs对产物谱的影响：EtOH+LAC_CSB组合在EF_CE中实现最高己酸合成(58.1 mmol C/L)，同时减少丙烯酸途径Mut基因表达，提升Wood-Ljungdahl途径ascB基因丰度。

3. 电化学性能调控：多EDs使电荷转移电阻降低47%，促进电子跨膜传递，电流密度提升2.1倍。

4. 微生物群落重构：多EDs促进电活性细菌(EAB)、同型产乙酸菌与CSB的共生，网络分析显示关键节点微生物互作强度增加83%。

5. 代谢通路解析：宏基因组显示乙醇/乳酸氧化途径的ADH、kor、cdhA基因表达上调，推动碳流向己酸合成。

【结论与意义】
该研究首次揭示多EDs在EF_CE中的双重调控机制：一方面通过代谢分流(Wood-Ljungdahl vs 丙烯酸途径)优化碳流分配；另一方面构建EAB-CSB_LAC-CSB_EtOH的电子传递网络，实现H₂
/CO₂
的高效转化。实践上，该策略可将啤酒废水等含多EDs的有机废物转化为高值化学品，突破传统AD_CE的碳损失瓶颈(CO₂
减排19%)，为"废物-资源-能源"闭环提供理论和技术支撑。