ESE专栏｜西安交通大学、中科院天津工业生物所：电能驱动蛋白制造——新型循环厌氧-好氧工艺实现CO₂高效转化

近日，来自西安交通大学和中国科学院天津工业生物技术研究所的研究人员在ESE期刊上报道了一种新型循环厌氧-好氧工艺，该工艺可将二氧化碳和电能转化为单细胞蛋白（SCP）——一种营养丰富的食品和饲料蛋白原料。该工艺将厌氧微生物电合成和好氧微生物发酵有机结合，以醋酸为关键中间体，实现了SCP的高效生产。研究论文在发表后得到了Yahoo、Phys.org、Life News、Interesting Engineering、Cretalive News、EurekAlert等多家国际科技新闻媒体的报道和关注。

海外媒体报道截图

该系统由两个相互连接的生物反应器组成：第一个厌氧微生物电合成反应器首先利用同型产醋酸菌（ Acetobacterium ）将二氧化碳和电能转化为醋酸，在第二个好氧反应器中醋酸转化菌（ Alcaligenes ）将醋酸升级为SCP。该系统通过中空纤维过滤膜和循环泵实现了两个反应器培养基的互通和循环，从而减轻了发酵产物对产醋酸菌的抑制，降低了反应器的pH调节需要，显著减少了发酵污水产生，同时提高了生产工艺的效率和可持续性。该工艺既实现了微生物电合成乙酸的原位升级，又避免了直接用氢氧化细菌好氧发酵产电菌蛋白的爆炸风险，为电能驱动的SCP生产（Power to Protein）开发了新途径。

该研究产出的SCP干重达到了17.4克/升，蛋白质含量高达74%，富含丰富的必需氨基酸，营养价值远超豆粕且可以媲美鱼粉，是食品和饲料蛋白的潜在优势替代品。随着全球粮食需求的增加和气候变化的加剧，人类迫切需要更加高效和可持续的粮食生产方式。这一突破性工艺可将二氧化碳和电能转化为高附加值的蛋白质，为应对全球粮食安全和气候挑战提供了一个前景广阔的解决方案，也为温室气体的高值化转化和可再生电能的储存提供了一个新的思路。

图片摘要

作者信息

第一作者： 潘泽燕，西安交通大学化学工程与技术学院博士研究生，主要从事微生物电合成乙酸及乙酸升级研究。

通讯作者： 郭坤 ，西安交通大学化学工程与技术学院特聘研究员、博士生导师，主要从事微生物电化学技术的开发和应用研究工作；王国坤，中国科学院天津工业生物技术研究所研究员、博士生导师，国家级青年人才计划入选者，主要从事基因组定向进化及微生物食品低碳合成研究。

引用信息

Pan, Z., Guo, Y., Rong, W., Wang, S., Cui, K., Cai, W., ... & Guo, K. (2025). Single-Cell Protein Production from CO2 and Electricity with A Recirculating Anaerobic-Aerobic Bioprocess. Environmental Science and Ecotechnology 23: 100525.

doi: 10.1016/j.ese.2024.100525

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