基于聚苯胺修饰电极表面提高微生物电合成产乙酸的研究文献综述

 2023-04-16 10:04

文献综述

1微生物电合成(microbial electrosynthesis,MES)研究进展微生物电合成(microbial electrosynthesis,MES)也称微生物电解池(microbial electrolysis cells,MEC),是近年来新兴的微生物学与电化学相结合的交叉技术,由 RABAEY 教授于 2010 年在 Nature杂志中进行了系统阐述 [1] ,在一定程度上相当于微生物燃料电池(microbial fuel cells, MFC)的逆过程。

微生物作为一种特殊的生物催化剂, 以直接或间接的方式吸收外界提供的电子, 打破胞内代谢原有的氧化还原平衡, 定向催化底物合成还原性目的产物,抑制氧化副产物的生成。

MES 主要在生物电化学系统( bioelectrochemical systems,BES)中实现,MES 研究发展大致分为3个时期:首先在二十世纪八十年代时期,HONGO 等 [2] 学者首先将MES 应用于 L-谷氨酸发酵,通过施加 1.5V 电压将L-谷氨酸产量提高 10%。

各学者相继发现外源电子的引入可促进乳酸 、丙酸及丁酸产量的提高;其次在 2000 年后,该热潮起源于 1999 年将循环伏安法应用于电子传递机理的探究,证实了外源电子传递介质中性红可将电子由电极运送至细胞膜延胡索酸还原酶中,促进延胡索酸转化为琥珀酸 [3] 。

自此人们开始利用电化学手段表征电子传递机制,探究外源电子影响细胞代谢的作用机理 [10] 。

人们普遍 认 为 利 用 MES 可 改 变 胞 内 氧 化 还 原 辅 酶[NAD(P)/NAD(P)H 2 ]比例,为细胞提供还原力。

PANDIT 等 [4] 学者利用计算机模拟手段证明了利用微生物电合成手段产生的还原当量可以显著提高大肠杆菌胞内 ATP 产率及细胞生长速率。

因此,MES可以理解为外源电子对微生物的刺激效应 [5] , 通过这种特殊的刺激手段,微生物可表现出独特的生理与代谢应答, 完成自然条件难以实现的非平衡代谢。

由于此过程无需对菌体本身进行基因改造,这无疑成为代谢工程新的发展方向, 也将促进生物基化学品的研究及应用开发。

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