不过，常规电催化装置生产出的乙酸混合着很多电解质盐，无法直接用于生物发酵。因此，为了“喂饱”微生物，不仅要提升转化效率、保证“食物”的数量，还要得到不含电解质盐的纯乙酸，保证“食物”的质量。

“我们利用新型固态电解质反应装置，使用固态电解质代替原本的电解质盐溶液，直接得到了无需进一步分离的纯乙酸水溶液。”

夏川介绍道，利用该装置，能在250mA/cm2电流密度内，超140小时连续制备纯度达97%的乙酸水溶液。

微生物“吃醋”产葡萄糖

得到乙酸后，研究人员尝试利用酿酒酵母这一微生物来合成葡萄糖。

“酿酒酵母主要用于发酵奶酪、馒头、酒等，同时也因其优秀的工业属性，常被用作微生物制造与细胞生物学研究的模式生物。”

于涛说，利用酿酒酵母通过乙酸合成葡萄糖的过程，就像微生物在“吃醋”，酿酒酵母通过不断地“吃醋”来合成葡萄糖。

“然而，在这一过程中，酿酒酵母本身也会代谢掉一部分葡萄糖，所以产量并不高。”

对此，研究团队通过敲除酿酒酵母中代谢葡萄糖的3个关键酶元件——Glk1、Hxk1和Hxk2，废除了酿酒酵母代谢葡萄糖的能力。敲除之后，实验中的工程酵母菌株在摇瓶发酵的条件下，合成的葡萄糖产量达1.7g/L。

“模式生物酿酒酵母‘从无到有’地在克级水平合成了葡萄糖，这代表了该策略较高的生产水平与发展潜力。”于涛说，为了进一步提升合成的葡萄糖产量，不仅要废除酿酒酵母内源对葡萄糖的再利用能力，还要加强它本身积累葡萄糖的能力。

于是，研究人员又敲除了两个疑似具备代谢葡萄糖能力的酶元件（YLLR446W、EMI2），同时插入来自泛菌属和大肠杆菌的葡萄糖磷酸酶元件（AGPP、YIHX）。

于涛表示，这两种酶可以“另辟蹊径”，将酵母体内其他通路中的磷酸分子转化为葡萄糖，增加了酵母菌积累葡萄糖的能力。经过改造后的工程酵母菌株的葡萄糖产量达2.2g/L，产量提高了30%。

新型催化方式助力高附加值化合物生产

高效的二氧化碳电还原制备高附加值化学品和燃料的工艺，被学界认为是实现未来“零碳排放”物质转化的重要研究方向之一。

目前对二氧化碳电还原技术的研究大多局限于一碳和二碳等小分子产物，如何高效、可持续地将二氧化碳转化为富含能量的碳基长链分子仍然是一个巨大的挑战。

“为了规避二氧化碳电还原的产物局限性，可考虑将二氧化碳电还原过程与生物过程相耦合，以电催化产物作为电子载体，供微生物后续发酵合成长碳链的化学产品，用于生产和生活。”夏川表示。