▲可使維生素發酵的醋酸溶液。（圖／翻攝澎湃新聞）
記者魏有德／綜合報導
隨著人類開發地球資源，環境受到的破壞也逐漸增加，地球上的科學家近年持續尋找替代能源、糧食等方案，希望能延續地球和人類存續的生命。大陸科學家最新研究顯示，通過電催化結合生物合成的方式，將二氧化碳（CO2）高效還原合成高濃度乙酸（醋酸，下同），進一步利用微生物可以合成葡萄糖和脂肪酸，為人工和半人工合成「糧食」提供新技術方向。
▲用於製備葡萄糖的酵母菌株發酵液（圖左）及製備的葡萄糖（圖右）。（圖／翻攝澎湃新聞）
《澎湃新聞》報導，由電子科技大學夏川課題組、中國科學院深圳先進技術研究院于濤課題組與中國科學技術大學曾杰課題組共同完成的最新研究表明，通過電催化結合生物合成的方式，將二氧化碳高效還原合成高濃度乙酸，進一步利用微生物可以合成葡萄糖和脂肪酸。該成果以封面文章形式，於北京時間4月28日發表於國際期刊《自然·催化》上。
至於該如何將CO2合成為葡萄糖和脂肪酸，曾杰表示，清潔、高效的電催化技術可以在常溫常壓條件下把二氧化碳轉化為可供微生物利用的「原料」，而這種原料就是乙酸，方便微生物發酵，「二氧化碳直接電解可以得到乙酸，但效率不高，所以我們決定分兩步，先高效得到一氧化碳，再從一氧化碳得到乙酸。」
由於一氧化碳到乙酸的電合成效率和純度不盡如人意。因此，科研人員發現，一氧化碳通過脈衝電化學還原工藝形成的晶界銅催化合成乙酸法拉第效率可達52%。同時，團隊還利用新型固態電解質反應裝置，保證餵飽微生物的食物數量和質量。
研究團隊通過固態電解質反應器製備的乙酸水溶液及乙酸鈉粉末，把乙酸「餵」給釀酒酵母，藉此生成葡萄糖和脂肪酸。據了解，釀酒酵母主要用於奶酪、饅頭、酒等食品的發酵，也常被用作微生物製造與細胞生物學研究的模式生物。于濤表示，利用釀酒酵母通過乙酸來合成葡萄糖的過程，就像是微生物在「吃醋」，釀酒酵母通過不斷地「吃醋」來合成葡萄糖。
在合成葡萄糖的過程中，科研人員敲除了兩個疑似具備代謝葡萄糖能力的酶元件，同時插入來自泛菌屬和大腸桿菌的葡萄糖磷酸酶元件。改造完成後，工程酵母菌株的葡萄糖產量達到2.2g/L，產量提高了30%，酵母菌株對脂肪酸的產量則達到448.5mg/L（毫克/升）。
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