5第五章微生物发酵机理
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5发酵机制PPT课件
理论转化率106.7%, 实际转化率80~90%, 产酸12 ~ 14%,发酵时间60 ~ 80 hr.
1.发酵菌种: 黑曲霉(Asp.niger)和解脂假 丝酵母(Candida lipolytica)
2.发酵原料:糖蜜、薯干粉（木薯粉）、葡 萄糖母液、玉米（小麦）淀粉（TD-01）、 玉米粉（Co827）
* 磷酸果糖激酶
(3)
ATP - ADP
6
2.裂解（lysis)——磷酸丙糖的生成：
一分子F-1,6-BP裂解为两分子可以互变的磷
酸丙糖（triose phosphate)，包括两步反 应：
-
7
⑷ F-1,6-BP 裂解为3-磷酸甘油醛
和磷酸二羟丙酮
⑸ 磷酸二羟丙酮异构为3-磷酸甘油
(4)
醛缩酶 醛
-
14
第一节 糖嫌气性发酵产物积累机制
糖的无氧酵解（glycolysis)是指葡萄糖经EMP途径
生成丙酮酸后，在无氧条件下继续降解并释放出能 量的过程。
NADH2在此过程中将氢交给不同的有机物，形成各 种不同的代谢产物（在不同的微生物机体和不同条件下，
H2的受体不同，因而丙酮酸的去路也不同）。
-
-
3
葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸：
此阶段在细胞胞液(cytoplasm)中进行，一
分子葡萄糖(glucose)分解后净生成2分子丙 酮酸(pyruvate)，2分子ATP，和2分子
（NADH +H+）。糖酵解途径广泛存在于各 种细胞中，它的任何一个反应均不需要 氧。
-
4
1. 活化(activation)——己糖磷 酸酯的生成：
谷氨酸
-
34
（二）、细胞膜的通透性与谷氨酸的积累
微生物发酵工作原理
微生物发酵工作原理
微生物发酵是将含有可利用的有机物质（称为底物）的物质在微生
物（菌类、酵母等）的作用下，利用其代谢能力进行转化的过程。
这
种转化可以生产多种含有生物活性的化合物，如乳酸、酒精、酵母菌等。
微生物发酵工作原理大致可以分为以下几个步骤：
1.选择菌种或酵母：不同的微生物有着各自的代谢途径和推崇的底物类型。
因此在发酵工作中，先要选定能够产生目标产物的微生物。
2.培养微生物：经过菌株筛选后，就需将其进行培养。
菌株在培养过程中要求生长环境稳定、温度合适、有营养等。
3.提供底物：提供合适的底物是微生物发酵工作的基础。
底物类型种类繁多，如葡萄糖、乳糖、植物蛋白等，必须根据微生物喜好进行选择。
4.实施微生物发酵：在培养出的微生物中，将适量菌液加入含有底物的反应容器中，进行发酵。
发酵过程中，菌体通过自主运动、物质吸附
等方式，将底物分解成小分子物质，进一步释放出能量，并在化学条
件的作用下转化成目标产物。
5.收获目标产物：经过一段时间的发酵和化学反应，就可收获目标产物了。
一般来说，收获的过程比较繁琐，需进行离心、过滤等步骤，以
得到相对纯净且产品色泽、呈味等具体指标符合需求的目标产物。
微生物发酵是非常重要的工业生产手段，可以生产出大量的食品、饲料、药品、化工产品等。
通过不断改进和创新，相信微生物发酵技术将在更广泛的领域得到应用。
微生物工程第5章发酵过程及控制
（三）、pH在发酵过程中的变化规律
在发酵前期，菌体生长缓慢，糖分解的少， 铵离子利用的也少，所以pH变化缓慢。
随菌的生长，菌分解了含氮有机物，释放出 铵，培养基的pH会缓慢上升。
当菌转入对数生长期，由于菌体大量繁殖， 大量利用糖和铵离子，培养基的pH逐渐下降。
在生长后期，由于菌体自溶，释放出铵，pH 又回升。
二、发酵过程中的代谢变化及规律
与代谢有关的参数： 1、物理参数 ⑴、温度 ⑵、罐压 ⑶、搅拌速度 ⑷、空气流量 ⑸、表观粘度 ⑹、发酵液重量
与代谢有关的参数： 2、化学参数 ⑴、基质浓度 ⑵、pH ⑶、产物浓度 ⑷、DNA量 ⑸、关键酶 ⑹、溶解氧 ⑺、排气中的氧含量 ⑻、排气中的CO2含量
与代谢有关的参数： 3、生物参数 ⑴、菌丝形态 ⑵、菌丝干重或湿重 ⑶、菌体比生长速率 ⑷、氧的比消耗速率 ⑸、糖的比消耗速率 ⑹、氮的比消耗速率 ⑺、产物的比生产速率
一、种子制备工艺及质量控制
菌种是发酵的关键，从一个保存的菌 种，到生产上使用的种子，如果按几 十～几百吨的发酵规模，10％的种子量 （接种量）计，需要几吨～几十吨的种 子。
（一）、作为种子的要求： 1、细胞的生活力强，移种至发酵罐后能迅速生长 2、菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求 3、无杂菌污染 4、生理形状稳定、保持稳定的生产能力
• 泡沫的控制除了添加消泡剂外，改进培养基成分 也是相辅相成的一个重要方面。
化学消泡剂应具备以下特点：
• 必须是表面活性剂，具有较低的表面张力，消泡 作用迅速有效；
• 具有一定的亲水性，使消泡剂对气－液界面的分 散系数足够大，从而迅速发挥消泡活性；
• 在水中的溶解度必须小，以保持持久地消泡或抑 泡性能；
缓慢利用的氮源物质：有利于延长产物的合 成期。
第五章 发酵过程及控制
（二）pH对发酵的影响
1、实例 例 pH对林可霉素发酵的影响 林可霉素发酵开始，葡萄糖转化为有机酸类中间产物，发酵液 pH下降，待有机酸被生产菌利用，pH上升。若不及时补糖、
(NH4)2SO4或酸，发酵液pH可迅速升到8.0以上，阻碍或抑制某些
酶系，使林可霉素增长缓慢，甚至停止。对照罐发酵66小时pH 达7.93，以后维持在8.0以上至115小时，菌丝浓度降低，NH2-N 升高，发酵不再继续。 发酵15小时左右，pH值可以从消后的6.5左右下降到5.3，调节这 一段的pH值至7.0左右，以后自控pH，可提高发酵单位。
4，最适温度的确定 最适温度是一种相对概念，是指在该温度下最 适于菌的生长或发酵产物的生成。 最适发酵温度与菌种，培养基成分，培养条件 和菌体生长阶段有关。 最适发酵温度的选择
– 在发酵的整个周期内仅选一个最适培养温度不一 定好。 – 温度的选择要参考其它发酵条件。 – 温度的选择还应考虑培养基成分和浓度
一、分批发酵
1、分批发酵的定义
• 是指在一封闭系统内含有初始限量基质的
发酵方式。在这一过程中，除了氧气、消
泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加入任何 其它物质。发酵过程中培养基成分减少， 微生物得到繁殖。
2、分批发酵的特点
• 其物理，化学和生物参数都随时间
而变化，是一个不稳定的过程。
微生物受高温的伤害比低温的伤害大，即
超过最高温度，微生物很快死亡；低于最
低温度，微生物代谢受到很大抑制，并不
马上死亡。这就是菌种保藏的原理。
3，温度对发酵的影响
• 影响各种酶的反应速率和蛋白质性质 • 影响发酵液的物理性质 • 影响生物合成的方向。
– 例如，四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。 在低于30℃温度下，该菌种合成金霉素能力较强。 当温度提高，合成四环素的比例也提高。在温度达 35℃则只产生四环素而金霉素合成几乎停止。
第五章微生物的代谢与发酵
3）进行细菌酒精发酵
●酒精发酵途径:
酵母菌:葡萄糖→1,6-二磷酸果糖→3-磷酸甘油
醛、磷酸二羟丙酮→ →丙酮酸→乙醛
→2乙醇
细菌：葡萄糖→ 6-磷酸葡糖酸→KDPG →丙酮酸(3-磷
酸甘油醛→丙酮酸)→乙醛→2乙醇
●细菌酒精发酵
代谢速率高、转化率高、副产物少、发 酵温度较高；但pH较高、较易染菌、耐乙 醇能力较低。
Chap 5 微生物的新陈代谢
主要内容：
●微生物独特的能量代谢
●微生物独特的合成途径
●发酵与代谢调节
§1.微生物能量代谢
一、化能异养微生物的生物氧化和产能
●生物氧化的主要途径和类型 途径：脱氢、递氢和受氢 类型(受氢体不同）：
----(好氧）呼吸
----无氧呼吸 ----发酵
（一）底物脱氢的生物学意义
1）TCA循环中4C化合物的补偿 2）乙酸为唯一C源微生物 的重要代谢途径
3）高效的琥珀酸形成途径
§3 微生物独特合成途径
一.自养微生物的CO2固定
●Calvin 循环 ●厌氧乙酰—COA途径 ●逆向TCA循环 ●羟基丙酸途径
●Calvin 循环（略）
1) 6CO2通过Calvin
---对卫生、环保、农业（肥力）的影响与利用
●反硝化作用： 微生物在厌氧呼吸中把硝酸盐或亚硝酸 还原为气态氮(氮气)的过程。
（注意：不同于硝酸盐异化还原）
●硝酸盐同化还原 硝酸盐为微生物吸收还原为氨态氮的过程。
Dentrification
The formation of gaseous nitrogen or gaseous nitrogen oxides from nitrate or nitrite by microorganisms.
《微生物发酵机理》课件
新型发酵工艺的开发
总结词
新型发酵工艺的开发是提高微生物发酵效率 和产物质量的关键手段，有助于降低生产成 本，实现可持续发展。
详细描述
随着生物技术的不断进步，新型发酵工艺如 固定化细胞技术、连续发酵技术、高密度发 酵技术等得到了广泛应用。这些新型发酵工 艺能够提高发酵效率、优化产物质量、降低 生产成本，为微生物发酵工业的可持续发展 提供了有力支持。
氨基酸代谢
氨基酸在微生物细胞内经过一系 列的生化反应，最终生成CO2、 NH3等产物的过程。
核苷酸代谢
核苷酸在微生物细胞内经过一系 列的生化反应，最终生成水、氨 、磷酸等产物的过程。
03
微生物发酵过程控制
温度对微生物发酵的影响
温度对微生物发酵的影响是多方面的。在低温条件下，微生物的生长速率降低， 发酵过程变得缓慢；而在高温条件下，微生物细胞可能会受到损伤，导致发酵过 程受阻。因此，选择适宜的温度范围是微生物发酵过程控制的关键之一。
在适宜的温度范围内，温度的升高可以促进微生物的生长和代谢活动，提高发酵 效率。但温度过高可能会导致微生物细胞内的酶失活或细胞死亡，从而影响发酵 过程。因此，需要对温度进行精确控制，以获得最佳的发酵效果。
pH对微生物发酵的影响
pH是影响微生物发酵的重要因素之一。不同的微生物对pH 的要求不同，因此需要了解和控制发酵液的pH值，以满足微 生物的生长和代谢需求。
产物。
微生物发酵的应用
食品工业
用于生产面包、酒类、醋酸、 酸奶等食品。
医药工业
用于生产抗生素、维生素、酶 制剂等生物制品。
农业
用于提高土壤肥力、生物除虫 等。
环境治理
用于废水处理、土壤改良等环 境保护领域。
02
第五章-发酵过程控制ppt课件(全)
第一节 发酵方式
一、概述
发酵：指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇 等的分解代谢过程。
广义发酵：微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经过 特定的代谢转变成所需产物的过程。
微生物培养：亦称微生物发酵，发酵生产按微生物培养工艺 不同可以分为固态发酵和液态发酵两种类型。两者在工艺过 程上大体相同，主要工艺过程为： 斜面菌种培养～菌体或孢子悬浮液制备～种子扩大培养～ 发酵培养～发酵产物与发酵基质分离～提纯与精制～成品。
分批培养的特点是操作简单，易于掌握，是最常见的操作方 式。
分批发酵过程一般可粗分为四期：即适应期（也有称停滞期 或延滞期的）、对数（指数）生长期、生长稳定期和死亡期；
也可细分为六期：即停滞期、加速期、对数期、减速期、静 止期和死亡（衰亡）期
分批培养中的微生物的典型生长曲线
停滞期（Ⅰ）
停滞期（Ⅰ）： 刚接种后的一段时间内，细胞不生长，细胞 数目和菌量基本不变。
第五章 发酵过程及控制
学习目标
知识目标 能陈述发酵过程的影响因素（温度、溶氧、pH等）； 能陈述不同发酵方式的理论及异同及优劣； 掌握发酵动力学的有关原理、发酵器的分类及发展趋势。 能力目标 能够找出发酵最适宜条件，并采取相应控制措施； 能够进行发酵终点判断； 能够进行发酵过程重要检测；
三、产物形成动力学
产物形成与生长的关系 细胞生长与代谢产物形成之间的动力学关系决定
于细胞代谢中间产物所起的作用。描述这种关系的 模式有三种，即生长联系型模式、非生长联系型模 式和复合型模式。 （1）生长联系型模式 （2）非生长联系型模式 （3）复合模式
四、生长得率与产物得率
1.生长得率和产物得率的定义 生长得率：消耗每单位数量的基质所得到的菌体，
发酵工程—5微生物反应动力学
批 影响，并以数学语言进行描述。
发
酵
动
力
学
发 酵 工 程 — 微生物反应动力学
研究发酵动力学的目的
通过动力学研究，优化发酵的工艺条件及调
二 控方式；
、 建立反应过程的动力学模型来模拟最适当的
分 批
工艺流程和工艺参数，预测反应的趋势；
发 酵
控制发酵过程，甚至用计算机来进行控制。
动
力
学
发 酵 工 程 — 微生物反应动力学
、 分 批 发 酵 动 力
学 该式即是微生物在对数生长期的增殖模式
发 酵 工 程 — 微生物反应动力学
μ因菌体所处的环境条件而改变；环境的恶 化，菌体增殖进入减数期。
二 1949年，莫诺发现细菌的比生长速率与单一
、 分
限制性基质之间存在一定关系；借助郎格谬
批 发 酵
尔方程，莫诺建立了被称为莫诺方程的经验 公式：
Yp dt
批
发 酵 动
ds X m X 1 dP
dt YG
Yp dt
力
学 式中：m为碳源维持常数
m 1 dS X dt M
发 酵 工 程 — 微生物反应动力学
于是
二 、
r
1 YG
m
1 Yp
qp
分
批
发 酵
r ：基质消耗比速
酵
动
力
学
Yx s
反反应应过过程程消中耗生基成质菌的体摩的尔质数量＝ddxs
发 酵 工 程 — 微生物反应动力学
用YG 表示菌体的理论得率：
二 YG 用于同 生化 成为 菌菌 体体 的碳 质源 量消耗＝ddxsG
5酵母工艺学 第五章 酵母菌的培养原理
此外，采用多级连续培养还便于控制酵母产品的质量。在单级培养时，
酵母菌都处于对数生长期，出芽率较高，这样的酵母没有完全成熟，不
利于贮藏，所以，活性干酵母的生产是不能采用单级连续培养的。而在 多级连续培养中，则可分别控制各级反应器的条件，在最后一级培养中 不加或少加营养物质，减少通风量，使酵母细胞成熟，从而可保证酵母 产品的质量。
第四节 连续培养
连续培养即在微生物培养系统中，连续添加培养基同时连续收获产品 的操作。与分批培养比较，连续培养具有如下特点： 优点： ①培养过程总处于对数生长期，设备生产能力高；
②反应器中各组分浓度及操作参数不随时间而变，易实现自动控制；
③辅助时间少，劳动生产率高。
缺点： ① 对设备的合理性和加料设备的精确性要求甚高； ② 营养成分的利用较分批发酵差，产物浓度比分批发酵低； ③ 杂菌污染的机会较多，菌种易因变异而发生退化。
增时间为4小时（比生长速率μ=0.173 h-1），发酵中期倍增 时间为6小时（μ=0.116 h-1）；在18小时发酵的最后一段时 间内，倍增时间为8小时（μ=0.0866 h-1）。
发酵过程中比生长速率逐渐下降的原因：
供氧不足; 局部营养不足; 抑制剂的积累;
渗透压的提高;
生物空间的不足。
酿酒酵母两步生长动力学模型
Bijkerk和Hall于1977年提出了S. cerevisiae的动力学模型。 第一步是基质积累，过程的长短决定于限制性底物供用的程度
。第二步是芽的分离形成新的单个细胞，过程的长短与基质无
关。
其模型基本假设是，假定细胞生物物质分为A、B两部分，A物
第五章微生物发酵及工艺控制
发酵过程中pH值的变化是各种酸和碱的综合结果。一 方面是培养基中含有酸性成份（或杂质）。糖被菌体吸收 利用后，产生有机酸，并分泌至培养液中。一些生理酸性 物质（硫酸铵等）被菌体利用后，会促使氢离子浓度增加， pH值下降。另一方面水解酪蛋白和酵母粉等培养基成份， 在其利用后会产生NH3，造成培养液碱性。一些生理碱性 物质（硝酸钠、氨基酸、尿素、氨水等）被菌体利用后， 将释放出游离NH3或生成碱使pH值上升。
• 比生长速率是菌体浓度除菌体的生长速 率，或菌体浓度除菌体的繁殖速率。在 平衡条件下，比生长速率μ
• 基质的消耗速率 指单位时间、单位体 积发酵液中消耗的基质量，可表示为：
•
• 基质的消耗速率常以单位体积发酵液内 干菌体质量表示，称基质的比消耗速率， 以Qs表示
• ms——以基质消耗表示的维持代谢系数（维持因 数），维持（M）是指活细胞群体在没有实质性 的生长（即生长和死亡处于动态平衡状态）和没 有胞外代谢产物合成情况下的生命活动。所需能 量由细胞物质的氧化或降解产生。这种用于“维 持”的物质代谢称维持代谢，叫做内源代谢（对 好氧发酵称“呼吸”），代谢释放能叫维持能。
• 代谢产物的生成速率指单位体积、单位时间内 产物的生成量，记为up 。
•如果产物生成速率以 单位体积发酵液内干 菌体质量为基准时， 称产物的比生成速率， 记为QP 。
•比当生以成产速物率C常O表2 记示时为，
产
物的 。好
氧微生物发酵反应中生成CO2 量相对于氧的消耗，称呼吸
商（RQ）
微生物发酵动力学
发酵温度取决于发酵过程中能量变化，一般与内在 因素有关。菌体生长繁殖过程中产生的热是内在因素， 称为生物热，是不可改变。另外，与外在因素（搅拌热、
蒸发热、辐射热及冷却介质移出的热量有关。
• 比生长速率是菌体浓度除菌体的生长速 率，或菌体浓度除菌体的繁殖速率。在 平衡条件下，比生长速率μ
• 基质的消耗速率 指单位时间、单位体 积发酵液中消耗的基质量，可表示为：
•
• 基质的消耗速率常以单位体积发酵液内 干菌体质量表示，称基质的比消耗速率， 以Qs表示
• ms——以基质消耗表示的维持代谢系数（维持因 数），维持（M）是指活细胞群体在没有实质性 的生长（即生长和死亡处于动态平衡状态）和没 有胞外代谢产物合成情况下的生命活动。所需能 量由细胞物质的氧化或降解产生。这种用于“维 持”的物质代谢称维持代谢，叫做内源代谢（对 好氧发酵称“呼吸”），代谢释放能叫维持能。
• 代谢产物的生成速率指单位体积、单位时间内 产物的生成量，记为up 。
•如果产物生成速率以 单位体积发酵液内干 菌体质量为基准时， 称产物的比生成速率， 记为QP 。
•比当生以成产速物率C常O表2 记示时为，
产
物的 。好
氧微生物发酵反应中生成CO2 量相对于氧的消耗，称呼吸
商（RQ）
微生物发酵动力学
发酵温度取决于发酵过程中能量变化，一般与内在 因素有关。菌体生长繁殖过程中产生的热是内在因素， 称为生物热，是不可改变。另外，与外在因素（搅拌热、
蒸发热、辐射热及冷却介质移出的热量有关。
微生物发酵机理
天冬氨酸 天冬氨酸激酶（AK)
反
天冬氨酰磷酸
馈
抑
制
天冬氨酸半醛 高丝氨酸脱氢酶(HSDH)
赖氨酸
异亮
反 馈
高丝氨酸 氨酸
阻
遏
甲硫氨酸 苏氨酸
利用谷氨酸棒状生产赖氨酸比利用大肠杆菌 的优势： （1） 不存在天冬氨酸激酶或天冬氨酸半 醛脱氢酶受阻遏的问题； （2） 赖氨酸分支的第一和第二个酶（双 氢吡啶二羧酸合成酶和双氢吡啶二羧酸还原 酶）不受赖氨酸的抑制或阻遏； （3）赖氨酸产生菌中缺少L-赖氨酸脱羧酶。
一种不完全遗传障碍营养缺陷型， 能够自己合成某一代谢终产物但达不到 反馈调节的浓度，所以不会造成反馈抑 制而影响中间代谢产物的积累。 与营养缺陷型的区别？
（二）抗反馈调节突变菌株的应用
抗反馈调节菌株：对反馈抑制作用不敏感， 或对反馈阻遏有抗性，或二者兼而有之的 菌株。
抗反馈抑制突变菌株的获得途径：
利用葡萄糖类似物选育蔗糖酶、淀粉酶、 纤维素酶
4.选育组成型突变株和超产突变株
如果调节基因发生突变，以至产生无效的阻遏物而 不能和操纵基因结合，或操纵基因突变，从而造成 结构基因不受控制的转录，酶 的生成将不再需要诱 导剂或不再被末端产物或分解代谢物阻遏，这样的 突变株称为 组成型突变株。少数情况下，组成型突 变株可产生大量的、比亲本高的多的酶，这种突变 株称为超产突变株。
7.增加有关基因的数量
增加结构基因或操纵基因的数量 例如，β－半乳糖苷酶、青霉素酶、氯
霉素转酰氨酶等可借助含有相应结构基因 的质粒转移给受体培养物来增加产量；利 用含有对苯丙氨酸的结构基因的转导噬菌 体可使该酶产量增加15倍。
通过操作基因与传统诱变技术和代谢调 控相结合提高产量。
微生物发酵原理
微生物发酵原理
微生物发酵是指利用微生物代谢产物对有机物进行分解和转化的过程。
其原理主要包括以下几个方面：
1. 微生物选择性代谢：不同类型的微生物在不同的环境条件下能够选择性地利用特定的有机物作为能源和营养来源。
通过合理选择和控制发酵条件，可以促使特定微生物参与产物生成。
2. 底物转化：微生物可以利用底物分解酶将底物（如蔗糖、淀粉等）转化为更简单的有机物（如葡萄糖、乳酸等），同时释放出能量。
3. 代谢产物：微生物的代谢过程可以产生多种有机物，如有机酸、醇类、气体等。
这些代谢产物具有一定的经济价值，可以被利用于食品、饮料、制药等领域。
4. 发酵条件调控：发酵过程中，pH值、温度、氧气含量和营
养物质等因素对微生物生长和代谢活性有重要影响。
合理调控这些条件可以提高发酵效率和产物利用率。
5. 发酵设备：发酵过程通常在发酵罐或装置中进行，提供适宜的温度、氧气和营养物质，以维持微生物的生长和代谢活性。
综上所述，微生物发酵是利用微生物代谢产物对有机物进行分解和转化的过程，其原理涉及微生物的选择性代谢、底物转化、代谢产物、发酵条件调控和发酵设备等方面。
这一过程在食品、饮料、医药等领域具有广泛应用前景。
微生物发酵原理
微生物发酵原理
微生物发酵的基本过程包括生长阶段和产物生成阶段。
在生长阶段，微生物在
适宜的温度、pH值、营养物质和氧气等条件下进行生长，增殖数量。
而在产物生
成阶段，微生物开始产生有用的化合物，如酒精、醋酸、抗生素等。
这一过程是通过微生物的代谢活动完成的，包括糖类、脂肪类、氨基酸类等物质的代谢过程。
微生物在发酵过程中，会分泌酶类物质，对底物进行催化作用，从而产生所需的有机物。
微生物发酵的影响因素主要包括微生物菌种的选择、培养条件、底物种类和发
酵过程的控制等。
首先，微生物菌种的选择对发酵过程至关重要，不同的微生物对不同的底物有着特异的代谢途径和产物生成能力。
其次，培养条件如温度、pH值、氧气供应等也会直接影响微生物的生长和代谢活动。
此外，底物的种类和浓度也是影响微生物发酵的重要因素。
最后，发酵过程的控制包括对发酵罐内温度、搅拌速度、通气量等参数的调控，这些都会影响微生物的生长和产物生成。
微生物发酵在食品加工、药物生产和环境保护等领域有着广泛的应用。
在食品
加工中，酵母菌发酵可以产生酒精，细菌发酵可以产生酸奶、酸菜等食品。
在药物生产中，抗生素、酶类药物等大多是通过微生物发酵生产的。
此外，微生物发酵还可以用于废水处理、生物肥料制备等环境保护领域。
综上所述，微生物发酵原理是一种重要的生物化学过程，它涉及到微生物的生长、代谢和产物生成等方面。
了解微生物发酵的原理，有助于我们更好地利用微生物资源，开发新型的食品、药物和环境保护技术。
希望本文的介绍能够对读者有所帮助，谢谢阅读！。
5 微生物工程 第五章 发酵工业种子制备
种子培养基特点：
有较完全和丰富的营养物质，糖分少，需充
足氮源和生பைடு நூலகம்因子，无机氮源比例大；
各种营养物质的浓度不必太高； 供孢子用的种子培养基，可添加易被吸收
利用的碳源和氮源；
应考虑与发酵培养基的主要成分相近。
pH
选择最适种子培养pH的原则是获得最
大比生长速率和适当的菌量。
培养最后一级种子的培养基的pH应接
长迟滞期
为什么细菌发酵最好是在对数生长期接种？
种子浓度够 代谢活力强
重点
举 例：
梭状芽孢杆菌发酵丁醇－丙酮 时种子扩大培养的程序
酵母发酵时的种子扩大培养
酿酒酵母的扩大培养
最初采用纯种进行酵母发酵并设计出酵
母繁殖流程，他将每一步的接种量规定 为10％，并控制繁殖条件与酿造时一致
现代的流程中，接种量为1%或更低，控
优良种子应具备的条件：
生长活力强，延迟期短； 生理状态稳定； 浓度及总量能满足发酵罐接种量的要求； 无杂菌污染，保证纯种发酵； 适应性强，生产能力稳定
重点
种子罐级数的确定
种子扩大的级数： 制备种子需逐级扩大
培养的次数
级数愈少，愈利于简化工艺及控制，并
可减少种子罐污染杂菌的机会，减少消 毒及值班工作量，减少因种子罐生长异 常而造成的发酵波动。
扩大级数，完成生产车间种子制备；
种子转种至发酵罐
工业发酵种子制备过程：
实验室种子制备阶段：
琼脂斜面至固体培养基扩大培养（如茄
子瓶斜面培养等）或液体摇瓶培养；
生产车间种子制备阶段：
种子罐扩大培养
实验室种子制备
无菌方式接保藏的菌种至斜面培养基上，成
第五章微生物在食品发酵工业中的应用
第五章微生物在食品发 酵工业中的应用
2021年7月25日星期日
运用于发酵工业的微生物种类，主 要有：
细菌，放线菌，
酵母菌，霉菌等。
人类对微生物的运用可概括为两小 气面：
应用微生物的酶及其代谢产
物；
应用微生的菌体及其内含物。
2021/7/25
主要内容 一、微 生 物 的 酶 及 微 生 物 代 谢
目前我国谷氨酸消费常用菌株有： C.pekinenesisn〕As１.299、
钝齿捧杆菌〔C.crenatum〕As1.542、 天津棒杆菌Ｔ6－13、 黄色短杆菌As1.582〔No617〕和As1.631等。
谷氨酸是菌体异常代谢产物，只要菌体正常代谢 失调时才积聚谷氨酸，并在生物素限量时，因细胞膜的 浸透性改动而使谷氨酸容易漏出。
产物的应用 二、微 生 物 的 菌 体 及 其 内 含 物
的应用
2021/7/25
第一节
微生物的酶 及微生物代谢产物
的应用
2021/7/25
4
一、微生物酶
1.1 概略： 酶〔enzyme〕是活细胞发生的一种生
物催化剂。 酶是一类具有催化功用的蛋白质，
可以使生物体内发作各种各样的生物化学 变化，无论是植物、植物或微生物自身， 它们的生长、发育、繁衍后代等，新陈代 谢时所停止的一切生化变化，简直都是在 酶的催化下发作的，可以说没有酶就没有 生命。酶的催化作用很早就为人们的生活 所应用。 2021/7/25
(2020.3.24止)
2021/7/25
2.2.4 用于白酒酿造： 是以含淀粉或可发酵糖等
的物质为原料，应用大曲、小曲、麸曲和 纯种酒母作为糖化发酵剂，经糖化、发酵、 蒸馏酿制而成的蒸馏酒。酒体呈无色或微 黄，廓清透明，具有共同的芬芳和风味， 含酒精度41％～65％〔体积分〕为高度白 酒，40％〔体积分〕以下为低度白酒。
2021年7月25日星期日
运用于发酵工业的微生物种类，主 要有：
细菌，放线菌，
酵母菌，霉菌等。
人类对微生物的运用可概括为两小 气面：
应用微生物的酶及其代谢产
物；
应用微生的菌体及其内含物。
2021/7/25
主要内容 一、微 生 物 的 酶 及 微 生 物 代 谢
目前我国谷氨酸消费常用菌株有： C.pekinenesisn〕As１.299、
钝齿捧杆菌〔C.crenatum〕As1.542、 天津棒杆菌Ｔ6－13、 黄色短杆菌As1.582〔No617〕和As1.631等。
谷氨酸是菌体异常代谢产物，只要菌体正常代谢 失调时才积聚谷氨酸，并在生物素限量时，因细胞膜的 浸透性改动而使谷氨酸容易漏出。
产物的应用 二、微 生 物 的 菌 体 及 其 内 含 物
的应用
2021/7/25
第一节
微生物的酶 及微生物代谢产物
的应用
2021/7/25
4
一、微生物酶
1.1 概略： 酶〔enzyme〕是活细胞发生的一种生
物催化剂。 酶是一类具有催化功用的蛋白质，
可以使生物体内发作各种各样的生物化学 变化，无论是植物、植物或微生物自身， 它们的生长、发育、繁衍后代等，新陈代 谢时所停止的一切生化变化，简直都是在 酶的催化下发作的，可以说没有酶就没有 生命。酶的催化作用很早就为人们的生活 所应用。 2021/7/25
(2020.3.24止)
2021/7/25
2.2.4 用于白酒酿造： 是以含淀粉或可发酵糖等
的物质为原料，应用大曲、小曲、麸曲和 纯种酒母作为糖化发酵剂，经糖化、发酵、 蒸馏酿制而成的蒸馏酒。酒体呈无色或微 黄，廓清透明，具有共同的芬芳和风味， 含酒精度41％～65％〔体积分〕为高度白 酒，40％〔体积分〕以下为低度白酒。
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现象：
通风对酵母代谢的影响
通风（有氧呼吸） 酒精生成量 低（接近零） 耗糖量/单位时间 少 细胞的繁殖 旺盛
缺氧（发酵） 高 多 很弱至消失
酵母菌乙醇发酵中的副产物
主产物：乙醇、CO2
酵母酒精发酵 醇类（杂醇油） 醛类（糠醛） 酸类（琥珀酸） 酯类
副产物
影响：消耗糖分，带来杂质，提高或降低产品质量。 杂醇油：C原子数大于2的脂肪族醇类的统称；高沸 点、颜色呈黄色或棕色，具有特殊气味。酒类风味 物质，质量指标。杂醇油的产量一般为0.3一0.7％ 。
• 利用Z. mobilis等细菌生产酒精 • 优点：代谢速率高；产物转化率高；能 利用多种糖类；菌体生成少；代谢副产 物少；发酵温度高； • 缺点：pH5较易染菌；耐乙醇力较酵母 低；发酵工艺技术要求高。
二、乳酸发酵
乳酸细菌能利用葡萄糖及其他相应的可发酵的糖产生 乳酸，称为乳酸发酵。 在乳酸发酵过程中，发酵产物中只有乳酸的称为同型 乳酸发酵；发酵产物中除乳酸外，还有乙醇、乙酸及 CO2等其它产物的，称为异型乳酸发酵。 同型乳酸发酵：（经EMP途径） 异型乳酸发酵：（经HMP途径）
CHO CH3 CH2O P C=O + NADH+H+ CH2OH + NaHSO3
CH3CHOSO2Na OH
α-磷酸甘 油脱氢酶
CH2O P CHOH CH2OH
CH2OH CHOH CH2OH
（二）碱法甘油发酵
酒精酵母在碱性（pH7.6以上）的条件下，发酵产
生的乙醛不能作为受氢体，而是２分子乙醛之间
乙醇
(14)
磷酸果 糖激酶
Mg2+ (3) ADP
丙酮酸
2CO2 (11) 乙醛 +2H
+
2NAD+
果糖-1，6-二磷酸 二羟丙酮 甘油醛磷酸 (5) 3-磷酸
(4)
烯醇式丙酮酸
2ATP (10)
丙酮酸 激酶
2(NADH+H+) (7)
(6)
2Pi
1，3-二磷酸甘油酸
2ADP 2ATP
2ADP
磷酸烯醇式丙酮酸
三、微生物的能量代谢
微生物能量代谢的中心任务是把外界环境 中多种形式的最初能源转换成生命活动能 使用的通用能源——ATP。
• 1、微生物的厌氧发酵
• ATP生成靠底物水平磷酸化 • 异养微生物最主要的能源和碳源是糖类， 特别是葡萄糖。 • 葡萄糖的分解途径主要有：EMP途径、 HMP途径、ED途径和PK途径等四种。
• 2.细菌的酒精发酵：
• 菌种为运动发酵单孢菌（Zymomonas mobilis）。少数假单胞杆菌 （Pseudomonas），如林氏假单胞菌（Ps. lindneri）也能利用葡萄糖经ED途径进行 酒精发酵。
细菌的乙醇发酵
菌种：运动发酵单胞菌等 途径：ED
葡萄糖 +ATP 2H
2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸
一、乙醇发酵
1.酵母菌的乙醇发酵：
C6H12O6
EMP 2ATP
NAD
NADH2
2CH3COCOOH
丙酮酸 脱羧酶 乙醇脱 氢酶
-2CO2
2CH3CHO
2CH3CH2OH 乙醇发酵过程只在pH3.5~4.5以及厌氧的条件下发生。
巴斯德效应
概念：有氧条件下，发酵作用受抑制的现象（或 氧对发酵的抑制现象）。
1.同型乳酸发酵
EMP途径 2乳酸
2NAD+ 2NADH2
2丙酮酸
4ATP
2NAD+ 2NADH2 2ATP 2ADP
3-磷酸 甘油醛
4ADP
2( 1,3-二-磷酸甘油酸）
葡萄糖 磷酸二羟丙酮 Lactococcus lactis（乳酸乳球菌）
Lactobacillus plantarum（植物乳杆菌）
第二节 厌氧发酵产物的合成机制
微生物发酵 主要产品 微生物 菌体 微生物酶 微生物 微生物的 代谢产物 生物转化 好氧发 酵产物 氨基酸 蛋白质 柠檬酸 核苷酸 抗生素
厌氧发 酵产物 酒精 丙酮丁醇
ATP
葡萄糖
(1)
己糖激 酶
ADP
乳酸
+ (12) +2H
葡萄糖-6-磷酸 (2) 果糖-6-磷酸 ATP
α－酮戊二酸 柠檬酸的生物合成途径
• 柠檬酸合成的代谢调节
第一个调节酶是磷酸果糖激酶
柠檬酸和ATP对该酶有抑制 生产菌需要解除该抑制作用 AMP、无机磷以及NH4+对该酶有活化作用 NH4+有效解除柠檬酸和ATP对该 酶有抑制 ，故生产上通过添加铵 盐来提高柠檬酸产量 Mn2+的影响： Mn2+缺乏 减少柠檬酸对 该酶的抑制 可能干扰蛋白质合成， 导致蛋白质分解 NH4+水平升高
一些常用发酵法生产的有机酸的来源和用途
有机酸名 称 来源 黑曲霉、酵母等 德氏乳杆菌、赖氏乳杆菌、米根霉 等 奇异醋杆菌、过氧化醋杆菌、恶臭 醋杆菌、中氧化醋杆菌、醋化醋杆 菌、弱氧化醋杆菌、生黑醋杆菌等 黑曲霉、葡糖酸杆菌、乳氧化葡糖 酸杆菌、产黄青霉等 用途 食品工业和化学工业的酸味剂、增稠剂、 缓冲剂、抗氧化剂、除腥脱臭剂、螯合 剂等药物、纤维媒染剂、助染剂等 食品工业的酸味剂、防腐剂、还原剂、 制革辅料等。 广泛应用于食品、化工等行业
第三节 好氧发酵产物合成机制
丙酮酸在进入三羧酸循环之先要脱羧 生成乙酰CoA，乙酰CoA和草酰乙酸 缩合成柠檬酸再进入三羧酸循环。
循环的结果是乙酰CoA被彻 底氧化成CO2和H2O，每氧 化1分子的乙酰CoA可产生 12分子的ATP，草酰乙酸参 与反应而本身并不消耗。
三羧酸循环
一、柠檬酸的发酵机制
(9) 2H2O
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸
糖酵解全过程（EMP途径）
糖酵解（EMP）调节机制
• 调节主要是通过己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮 酸激酶等三个酶完成。
• ATP含量高：抑制磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶， 减少糖酵解； • ATP转化为ADP、AMP就可解除抑制，同时
ADP、AMP激活已糖激酶和磷酸果糖激酶，其产
2.异型乳酸发酵：
HMP途径 乙醇
NAD+ ATP ADP
乙醛
NADPH2 NAD+
乙酰CoA
NADPH2
NAD+ NADPH2 NAD+ NADPH2
乙酰磷酸
葡萄糖
6-磷酸 葡萄糖
5-磷酸 6-磷酸葡 萄糖酸 -CO 木酮糖
2
3-磷酸-2H 甘油醛
2ADP
乳酸
2ATP
Leuconostoc mesenteroides（肠膜明串珠菌）
葡萄糖
丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸烯醇 ADP ATP
式丙酮酸 羧化酶
CO2 乙酰CoA
ATP
CO2 ADP
丙酮 酸羧 化酶
实现柠檬酸积累： 一、设法阻断代谢 途径，实现柠檬酸 的积累 二、代谢途径被阻 断部位之后的产物， 必须有适当的补充 机制
CO2
草酰乙酸
柠檬酸
顺乌头 酸酶
阻断
苹果酸
顺乌头酸
3-磷酸甘油醛 2H 2ATP 丙酮酸 2CO2 乙醛 2乙醇
丙酮酸
乙醛
酵母菌（在pH3.5-4.5时）的乙醇发酵
丙酮酸脱羧酶 乙醇脱氢酶
丙酮酸 乙醛 乙醇 通过EMP途径产生乙醇，总反应式为： C6H12O6+2ADP+2Pi 2C2H5OH+2CO2+2ATP
细菌（在pH5时）的乙醇发酵
通过ED途径产生乙醇，总反应如下： 葡萄糖+ADP+Pi 2乙醇+2CO2+ATP
第二个调节点：CO2固定的酶活力高，保证草酰乙酸的供应
第三个调节点：TCA环上调节
柠檬酸合成酶： 许多细胞中该酶是TCA的调节酶，但在 黑曲霉中此酶无调节作用 顺乌头酸水合酶： 理论上此酶失活 TCA环阻断 积累柠檬酸
顺乌头酸水合酶需要Fe2+
故在发酵液中添加黄血盐络合Fe2+阻断TCA环，积累柠檬酸 通过诱变或其他方法，造成生产菌种顺乌头酸酶的缺损或 活力很低，同样积累柠檬酸。 及时补加草酰乙酸
同型乳酸发酵与异型乳酸发酵的比较
Hale Waihona Puke 类型 途径同型 EMP产物
产能/葡萄糖
2ATP 1ATP
菌种代表
保加利亚乳杆菌 肠膜明串珠菌
2乳酸 1乳酸 异型 HMP 1乙醇 (WD) 1CO2
乳酸发酵被广泛地应用于泡菜、酸菜、酸牛奶、 乳酪以及青贮饲料中，由于乳酸菌的发酵代谢，积 累了乳酸，抑制其他微生物的生长，使蔬菜，牛奶 及饲料得以保存。
三、甘油发酵机制（切断乙醛受氢）
亚硫酸盐法甘油发酵 碱法甘油发酵
• （一）亚硫酸盐法甘油发酵 • 酵母菌在酒精发酵时，如加入亚硫酸氢 钠等盐类，它能与乙醛起加成作用，生 成难溶的结晶状亚硫酸纳加成物，这样 就使乙醛不能作为受氢体，而迫使磷酸 二羟丙酮作为受氢体，在α- 磷酸甘油脱 氢酶（NAD为辅酶）催化下生成α-磷酸 甘油，后者在α-磷酸甘油磷酸酯酶催化 下生成甘油。
• 2、微生物的呼吸 • 呼吸作用与发酵作用的不同之处在于： 电子载体不是将电子交给葡萄糖降解的 中间产物，而是交给电子传递链，经逐 步释放出能量后再交给最终电子受体， 因此呼吸作用的产能效率更高。 • ATP生成靠氧化磷酸化 • 3、光能微生物的能量代谢 • 光合细菌中存在菌绿素 • 通过环式光合磷酸化作用产生ATP。
NAD+
NADH2 3-磷酸甘油醛
乳酸
NADPH2 NADP+
丙酮酸
乙酰辅酶A CO2 CO2
草酰乙酸
通风对酵母代谢的影响
通风（有氧呼吸） 酒精生成量 低（接近零） 耗糖量/单位时间 少 细胞的繁殖 旺盛
缺氧（发酵） 高 多 很弱至消失
酵母菌乙醇发酵中的副产物
主产物：乙醇、CO2
酵母酒精发酵 醇类（杂醇油） 醛类（糠醛） 酸类（琥珀酸） 酯类
副产物
影响：消耗糖分，带来杂质，提高或降低产品质量。 杂醇油：C原子数大于2的脂肪族醇类的统称；高沸 点、颜色呈黄色或棕色，具有特殊气味。酒类风味 物质，质量指标。杂醇油的产量一般为0.3一0.7％ 。
• 利用Z. mobilis等细菌生产酒精 • 优点：代谢速率高；产物转化率高；能 利用多种糖类；菌体生成少；代谢副产 物少；发酵温度高； • 缺点：pH5较易染菌；耐乙醇力较酵母 低；发酵工艺技术要求高。
二、乳酸发酵
乳酸细菌能利用葡萄糖及其他相应的可发酵的糖产生 乳酸，称为乳酸发酵。 在乳酸发酵过程中，发酵产物中只有乳酸的称为同型 乳酸发酵；发酵产物中除乳酸外，还有乙醇、乙酸及 CO2等其它产物的，称为异型乳酸发酵。 同型乳酸发酵：（经EMP途径） 异型乳酸发酵：（经HMP途径）
CHO CH3 CH2O P C=O + NADH+H+ CH2OH + NaHSO3
CH3CHOSO2Na OH
α-磷酸甘 油脱氢酶
CH2O P CHOH CH2OH
CH2OH CHOH CH2OH
（二）碱法甘油发酵
酒精酵母在碱性（pH7.6以上）的条件下，发酵产
生的乙醛不能作为受氢体，而是２分子乙醛之间
乙醇
(14)
磷酸果 糖激酶
Mg2+ (3) ADP
丙酮酸
2CO2 (11) 乙醛 +2H
+
2NAD+
果糖-1，6-二磷酸 二羟丙酮 甘油醛磷酸 (5) 3-磷酸
(4)
烯醇式丙酮酸
2ATP (10)
丙酮酸 激酶
2(NADH+H+) (7)
(6)
2Pi
1，3-二磷酸甘油酸
2ADP 2ATP
2ADP
磷酸烯醇式丙酮酸
三、微生物的能量代谢
微生物能量代谢的中心任务是把外界环境 中多种形式的最初能源转换成生命活动能 使用的通用能源——ATP。
• 1、微生物的厌氧发酵
• ATP生成靠底物水平磷酸化 • 异养微生物最主要的能源和碳源是糖类， 特别是葡萄糖。 • 葡萄糖的分解途径主要有：EMP途径、 HMP途径、ED途径和PK途径等四种。
• 2.细菌的酒精发酵：
• 菌种为运动发酵单孢菌（Zymomonas mobilis）。少数假单胞杆菌 （Pseudomonas），如林氏假单胞菌（Ps. lindneri）也能利用葡萄糖经ED途径进行 酒精发酵。
细菌的乙醇发酵
菌种：运动发酵单胞菌等 途径：ED
葡萄糖 +ATP 2H
2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸
一、乙醇发酵
1.酵母菌的乙醇发酵：
C6H12O6
EMP 2ATP
NAD
NADH2
2CH3COCOOH
丙酮酸 脱羧酶 乙醇脱 氢酶
-2CO2
2CH3CHO
2CH3CH2OH 乙醇发酵过程只在pH3.5~4.5以及厌氧的条件下发生。
巴斯德效应
概念：有氧条件下，发酵作用受抑制的现象（或 氧对发酵的抑制现象）。
1.同型乳酸发酵
EMP途径 2乳酸
2NAD+ 2NADH2
2丙酮酸
4ATP
2NAD+ 2NADH2 2ATP 2ADP
3-磷酸 甘油醛
4ADP
2( 1,3-二-磷酸甘油酸）
葡萄糖 磷酸二羟丙酮 Lactococcus lactis（乳酸乳球菌）
Lactobacillus plantarum（植物乳杆菌）
第二节 厌氧发酵产物的合成机制
微生物发酵 主要产品 微生物 菌体 微生物酶 微生物 微生物的 代谢产物 生物转化 好氧发 酵产物 氨基酸 蛋白质 柠檬酸 核苷酸 抗生素
厌氧发 酵产物 酒精 丙酮丁醇
ATP
葡萄糖
(1)
己糖激 酶
ADP
乳酸
+ (12) +2H
葡萄糖-6-磷酸 (2) 果糖-6-磷酸 ATP
α－酮戊二酸 柠檬酸的生物合成途径
• 柠檬酸合成的代谢调节
第一个调节酶是磷酸果糖激酶
柠檬酸和ATP对该酶有抑制 生产菌需要解除该抑制作用 AMP、无机磷以及NH4+对该酶有活化作用 NH4+有效解除柠檬酸和ATP对该 酶有抑制 ，故生产上通过添加铵 盐来提高柠檬酸产量 Mn2+的影响： Mn2+缺乏 减少柠檬酸对 该酶的抑制 可能干扰蛋白质合成， 导致蛋白质分解 NH4+水平升高
一些常用发酵法生产的有机酸的来源和用途
有机酸名 称 来源 黑曲霉、酵母等 德氏乳杆菌、赖氏乳杆菌、米根霉 等 奇异醋杆菌、过氧化醋杆菌、恶臭 醋杆菌、中氧化醋杆菌、醋化醋杆 菌、弱氧化醋杆菌、生黑醋杆菌等 黑曲霉、葡糖酸杆菌、乳氧化葡糖 酸杆菌、产黄青霉等 用途 食品工业和化学工业的酸味剂、增稠剂、 缓冲剂、抗氧化剂、除腥脱臭剂、螯合 剂等药物、纤维媒染剂、助染剂等 食品工业的酸味剂、防腐剂、还原剂、 制革辅料等。 广泛应用于食品、化工等行业
第三节 好氧发酵产物合成机制
丙酮酸在进入三羧酸循环之先要脱羧 生成乙酰CoA，乙酰CoA和草酰乙酸 缩合成柠檬酸再进入三羧酸循环。
循环的结果是乙酰CoA被彻 底氧化成CO2和H2O，每氧 化1分子的乙酰CoA可产生 12分子的ATP，草酰乙酸参 与反应而本身并不消耗。
三羧酸循环
一、柠檬酸的发酵机制
(9) 2H2O
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸
糖酵解全过程（EMP途径）
糖酵解（EMP）调节机制
• 调节主要是通过己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮 酸激酶等三个酶完成。
• ATP含量高：抑制磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶， 减少糖酵解； • ATP转化为ADP、AMP就可解除抑制，同时
ADP、AMP激活已糖激酶和磷酸果糖激酶，其产
2.异型乳酸发酵：
HMP途径 乙醇
NAD+ ATP ADP
乙醛
NADPH2 NAD+
乙酰CoA
NADPH2
NAD+ NADPH2 NAD+ NADPH2
乙酰磷酸
葡萄糖
6-磷酸 葡萄糖
5-磷酸 6-磷酸葡 萄糖酸 -CO 木酮糖
2
3-磷酸-2H 甘油醛
2ADP
乳酸
2ATP
Leuconostoc mesenteroides（肠膜明串珠菌）
葡萄糖
丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸烯醇 ADP ATP
式丙酮酸 羧化酶
CO2 乙酰CoA
ATP
CO2 ADP
丙酮 酸羧 化酶
实现柠檬酸积累： 一、设法阻断代谢 途径，实现柠檬酸 的积累 二、代谢途径被阻 断部位之后的产物， 必须有适当的补充 机制
CO2
草酰乙酸
柠檬酸
顺乌头 酸酶
阻断
苹果酸
顺乌头酸
3-磷酸甘油醛 2H 2ATP 丙酮酸 2CO2 乙醛 2乙醇
丙酮酸
乙醛
酵母菌（在pH3.5-4.5时）的乙醇发酵
丙酮酸脱羧酶 乙醇脱氢酶
丙酮酸 乙醛 乙醇 通过EMP途径产生乙醇，总反应式为： C6H12O6+2ADP+2Pi 2C2H5OH+2CO2+2ATP
细菌（在pH5时）的乙醇发酵
通过ED途径产生乙醇，总反应如下： 葡萄糖+ADP+Pi 2乙醇+2CO2+ATP
第二个调节点：CO2固定的酶活力高，保证草酰乙酸的供应
第三个调节点：TCA环上调节
柠檬酸合成酶： 许多细胞中该酶是TCA的调节酶，但在 黑曲霉中此酶无调节作用 顺乌头酸水合酶： 理论上此酶失活 TCA环阻断 积累柠檬酸
顺乌头酸水合酶需要Fe2+
故在发酵液中添加黄血盐络合Fe2+阻断TCA环，积累柠檬酸 通过诱变或其他方法，造成生产菌种顺乌头酸酶的缺损或 活力很低，同样积累柠檬酸。 及时补加草酰乙酸
同型乳酸发酵与异型乳酸发酵的比较
Hale Waihona Puke 类型 途径同型 EMP产物
产能/葡萄糖
2ATP 1ATP
菌种代表
保加利亚乳杆菌 肠膜明串珠菌
2乳酸 1乳酸 异型 HMP 1乙醇 (WD) 1CO2
乳酸发酵被广泛地应用于泡菜、酸菜、酸牛奶、 乳酪以及青贮饲料中，由于乳酸菌的发酵代谢，积 累了乳酸，抑制其他微生物的生长，使蔬菜，牛奶 及饲料得以保存。
三、甘油发酵机制（切断乙醛受氢）
亚硫酸盐法甘油发酵 碱法甘油发酵
• （一）亚硫酸盐法甘油发酵 • 酵母菌在酒精发酵时，如加入亚硫酸氢 钠等盐类，它能与乙醛起加成作用，生 成难溶的结晶状亚硫酸纳加成物，这样 就使乙醛不能作为受氢体，而迫使磷酸 二羟丙酮作为受氢体，在α- 磷酸甘油脱 氢酶（NAD为辅酶）催化下生成α-磷酸 甘油，后者在α-磷酸甘油磷酸酯酶催化 下生成甘油。
• 2、微生物的呼吸 • 呼吸作用与发酵作用的不同之处在于： 电子载体不是将电子交给葡萄糖降解的 中间产物，而是交给电子传递链，经逐 步释放出能量后再交给最终电子受体， 因此呼吸作用的产能效率更高。 • ATP生成靠氧化磷酸化 • 3、光能微生物的能量代谢 • 光合细菌中存在菌绿素 • 通过环式光合磷酸化作用产生ATP。
NAD+
NADH2 3-磷酸甘油醛
乳酸
NADPH2 NADP+
丙酮酸
乙酰辅酶A CO2 CO2
草酰乙酸