在“双碳”战略背景下，厌氧发酵正成为有机废弃物变废为宝的核心技术。通过厌氧微生物的代谢，餐厨垃圾、农业秸秆、工业废水等废弃物可转化为氢气、生物乙醇等清洁能源，短链脂肪酸(SCFAs)以及丁醇等高附加值产品。多功能细菌菌株、多样化的原料可用性和广泛的产品范围相结合，使厌氧发酵广泛应用于环境和工业领域以及生物燃料生产领域，成为推动绿色低碳发展的关键技术之一。电子传递对于厌氧发酵中高附加值产品的生产效率至关重要。电子介体(EMs)，也称为电子穿梭体，可以促进电子转移，以对抗限制发酵的不可逆或缓慢的氧化还原反应。添加EMs已被证明是促进各种细菌发酵以合成高附加值产品的有效策略。

　　根据EEMs来源，可分为生物合成EMs和人工合成EMs。EEMs在发酵中的影响受多种因素影响，包括添加浓度、添加时间、发酵条件、稳定性、生物相容性和毒性。厌氧发酵中，NAD+/NADH比值对代谢产物的分布具有重要影响。消耗代谢过程中产生的NADH以维持氧化还原平衡，其电子用于形成还原化合物。产氢是微生物中氧化还原平衡的关键过程，由氢化酶催化，EEMs争夺氢化酶的活性位点，将电子流从制氢重定向到NADH生成，从而提高NADH利用效率，实现其他还原产物的高产率和高选择性。除抑制氢化酶活性外，EEMs还可影响FNR活性，进一步提高发酵过程中NAD(P)H的可用性。EEMs是氧化还原活性化学物质，可调节发酵系统的ORP并影响能量通量和NADH/NAD+比值。当EEMs被引入发酵系统时，如果其ORP比NAD+的ORP更负(-316 mV)，其会提供电子将NAD+还原为NADH。EEMs可以通过氧化还原充当电极和微生物之间的桥梁，增强电子传递并影响发酵过程中碳和电子通量的分布。在中性红(NR)和甲基紫精(MV)等EEMs存在的情况下，EF系统会增强底物降解并诱导更多的碳通量到醇合成中。EEMs还促进电子从微生物转移到末端电子受体。本文阐明了影响EEMs调节效果的因素，强调了精确控制的必要性。未来的研究可集中于开发高效EEMs，同时还要考虑成本和环境影响。

　　中国科学院沈阳应用生态研究所全面综述外源电子介体(EEMs)在各种场景中应用的最新进展，总结了常见的EEM类型、特性和机制，并讨论了不同的应用场景以阐明EEM的作用效果。探讨了EEM应用的关键技术挑战和未来方向，阐明了其在提高发酵效率和产品产量方面的重要性以及巨大潜力。本研究有助于为不同发酵场景EEMs的选择与优化提供参考，有力推动EEM在能源、环保、食品和工业等不同领域的应用。该研究成果近日以“Application of exogenous electron mediator in fermentation to enhance the production of value-added products”为题发表于环境微生物领域权威期刊Applied and Environmental Microbiology。本所联合培养研究生余颖翾为第一作者，中国科学院沈阳应用生态研究所李伟明研究员、大连理工大学程驰副教授与沈阳生态所曾祥峰研究员为通讯作者，石中亮、贾永峰等为共同作者。该研究得到了国家自然科学基金(42477248，52200041)、中国科学院率先行动计划、辽宁省优青项目(2024JH3/10200025)、辽宁省自然科学基金联合项目(2024-MSLH-069)的支持。

　　原文链接：https://doi.org/10.1128/aem.00495-25

　　图1 厌氧发酵的核心代谢途径

　　图2 EEMs的分类、结构和应用

　　图3 EEMs对(a)NADH利用、(b)ORP、(c)EF的作用机制