微生物电合成又称微生物电解池,是一种结合微生物学与电化学的新型技术,它是利用微生物作为生物催化剂,电驱动其定向合成目标产物。微生物可利用外加电源所提供的电子,通过直接或间接手段将电子转移至胞内,影响胞内氧化还原平衡,促进还原力NADH再生,进而驱动底物转化为产物。微生物吸收外源电子机理尚不明确,主要存在三种假设：细胞通过在电极板表面或内部形成生物膜的直接电子传递机制；细胞通过外源(甲基紫精,苄基紫精,蒽醌-2,6-二磺酸钠,中性红等)或自身分泌(黄素,吩嗪等)介体介导的间接电子传递机制：细胞通过氢气、甲酸等小分子物质介导的间接电子传递机制。具有以上电子传递机制的菌株又称电化学活性菌株。由于微量外源电子的摄入即可对微生物代谢产生显著影响,将微生物电合成应用于生物发酵过程中已引起国内外学者的关注。厌氧条件下,微生物发酵存在底物的歧化反应,其分为氧化支路和还原支路。而主产物产量低、副产物种类多及理化性质相似是导致生产成本居高的首要因素。同时,众多还原性发酵产品的生成伴随还原力NADH的消耗,因此还原力NADH再生不足也是限制微生物发酵生产还原产物的重要因素。通过微生物电合成技术引入外源电子,可促进还原力NADH的再生,降低还原途径对氧化途径的依赖,提高还原产物的产量,降低氧化副产物浓度。近年来,葡萄糖及甘油已被成功应用于微生物电驱动的多种生物发酵过程,结果表明此技术可显著提高还原力NADH的再生能力,提高还原产物(乙醇,1,3-丙二醇等)产量,可行性高,重复性好。虽然微生物电合成技术的应用存在诸多挑战,如微生物电子传递机制不明、微生物电化学装置难于放大及成本问题,利用电合成技术仍是一种新型刺激微生物还原代谢的有效方式,将其应用于生物发酵中定向生产还原产物,具有提高产物浓度、降低后期分离成本、稳定性高、副作用少的优势,具有广泛应用价值与巨大发展前景。