关于发酵机制及控制课件

Mn2+ 缺乏如何会使NH4+浓度升高呢？
外源氮源分解产生 氨基酸 菌体生长合成蛋白质）
氨基化合成氨基酸（消耗NH4+）
2.顺乌头酸酶活性的控制
该酶的丧失或失活是阻断TCA循环，大量 生成柠檬酸的必要条件。通常柠檬酸产生菌 体内该酶的活性本身就要求很弱，但在发酵 过程中仍需要控制它的活性。由于该酶的活 性受到Fe2+的影响，控制培养基中的Fe2+的 浓度，可以使该酶失活。
关于发酵机制及控 制
§4-1 糖的代谢与调节
本节主要介绍糖代谢的几条代谢途径， 和其调节机制，并简单介绍糖代谢 厌氧发酵产物乙醇的发酵生产。
一、糖代谢的途径
糖代谢的主要途径有： 1、糖的酵解途径——EMP途径 2、TCA循环 3、HMP途径（磷酸戊糖途径） 4、ED 途径
1、糖的酵解途径——EMP途径
§4-3 柠檬酸发酵机制与代谢调控
一、行业简介 1.我国的柠檬酸发酵采用的菌种（黑曲霉）具
有双重功能 。 2.尽管采用边糖化边发酵的工艺，但发酵周期
只有64小时 。 3.柠檬酸的产酸速度大大地高于国外水平。平
均产酸速率是国外的2 倍。
❖
葡萄糖
❖
❖
丙酮酸 + 丙酮酸
乙酰辅酶A(CH3CO-CoA)
5、厌氧甘油发酵的缺点：
（1）碱性条件、无能量产生，导致菌体死亡
率较高，……。 （2）转化率较低。
三、甘油的好氧发酵
❖ 在甘油发酵过程中通风，以减少酵母细胞的 死亡率；另一方面，在适当的氧的存在下， 酵母细胞可以进行有限的有氧代谢，为其自 身的生长提供必需的ATP。
❖ 这种有限的好氧发酵，使得丙酮酸进行TCA 循环的同时，也增加了TCA循环过程中的许 多中间性产物，对于甘油的提取带来了不利 的影响。
因此，能荷对糖代谢的调节是方向性的。
2、生物素的调节
生物素对糖代谢的调节与能荷的调节是不同 的，后者是对糖代谢流的调节，而生物素的 主要作用是对糖降解速率的调节，通常生物 素能够促进糖的EPM途径，对TCA循环也有 促进作用，对糖的HMP 途径也有促进作用， 但是，对上述三条途径的促进作用的大小却 不同，对EMP 途径的促进作用较大……。
CH2OH
OH
│
│
C6H12O6+NaHSO3 → CHOH + CH3- C - OSO2Na +CO2↑
│
│
CH2 OH
OH
3、碱法甘油发酵
双分子歧化Байду номын сангаас应 乙醛 + 乙醛 == 乙醇 + 乙酸
则，NADH没有受体，使得菌体的代 谢流 转向合成甘油的方向进行，从而生
产大量的甘油。
4、厌氧甘油发酵的能量和转化率的问题： 以葡萄糖为原料的甘油的厌氧发酵，产率不可 能突破50%的转化率。
3、磷酸盐的调节作用
三、酵母菌的酒精发酵生产简介
§4-2酵母菌的甘油发酵
一、行业简介 1、应用 ❖ 化工领域：环氧氯丙烷，改性醇酸树脂、酚 醛树脂等 ❖ 医药工业：添加剂，润滑剂等 ❖ 食品工业：甜味剂、保湿剂，对风味也有独 特的影响 ❖ 在造纸、皮革、玻璃、化妆品等行业：约 1700多种产品需要。
❖ TCA一圈，即每分子乙酰辅酶A氧化，有：
2.5ATP*3 +1.5 +1 +2.5
总计：
2*（2.5ATP*3 +1.5 +1 +2.5 ）+ 2.5*2 +2=32ATP
3、HMP途径（磷酸戊糖途径）
将葡萄糖彻底氧化成CO2和H2O，并有29分子的 ATP生成
特点：
（1）中间代谢产物中有，C7 、C5 、C4 有利于微生物 的合成代谢。
二、甘油的厌氧发酵
1、酵母菌代谢合成机制
葡萄糖（磷酸化，葡萄糖激酶）
（磷酸果糖激酶） ATP
ATP
1,6—二磷酸果糖
3-磷酸甘油醛 醛缩酶
磷酸烯醇式丙酮酸
磷酸二羟丙酮
NADH
丙酮酸
NADH
NAD+ 乙 醛
α-磷酸甘油 （甘油激酶）
甘油
NADH
乙醇 （乙醇脱氢酶）
2、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α- 甘油。
其产物是：丙酮酸 丙酮酸有氧氧化生成： 乙酰辅酶A 丙酮酸无氧代谢：脱羧，生成乙醛，乙醛还 原生成乙醇
2、TCA循环
❖ 丙酮酸在有氧的条件下，在丙酮酸氧化脱羧酶系 （脱氢酶）的作用下，氧化脱羧生成乙酰辅酶A （CH3-CO-SCoA ）
进入TCA循环，彻底氧化成CO2和H2O。总的反
应式： C6H12O6 = 6CO2 + 6H2O +32ATP
菌体生长期：EMP / HMP =38% GA 合成期：EMP / HMP =26%
二、糖代谢的调节机制
1.糖代谢的能荷调节 能荷 = [ATP] +1/2[ADP] / [ATP] +[ADP] +[AMP]
显然，能荷在0—1之间
❖ 糖原 ← 葡萄糖 → 产生ATP 关键酶 ： G 磷酸化酶
磷酸果糖激酶（PFK) 异柠檬酸脱氢酶 柠檬酸合成酶
❖
❖ CO2固定反应
❖
草酰乙酸 +
❖
（柠檬酸合成酶）
❖
❖
❖
柠檬酸
二、柠檬酸的生物合成途径
用图示之：
特点：顺乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶酶 的活
性丧失或非常微弱
三、柠檬酸生物合成中的代谢调节与控制
1.磷酸果糖激酶（PFK）活性的调节
研究表明，微生物体内的NH4+，可以解除 柠檬酸对PFK的这种反馈抑制作用，在较高 的NH4+的浓度下，细胞可以大量形成柠檬酸， 那么NH4+浓度是如何升高的呢？
（2）只有NADP参入氧化脱氢反应，可以产生大量的 NADPH
（3）是一条高产能的氧化途径。
❖ 反应式：C6H12O6 = 6CO2 + 6H2O +29ATP
4、ED 途径
常见的是细菌的ED途径，发酵生产乙醇。 反应式： C6H12O6 = 2丙酮酸 +2TP + NADPH + NADH 例如：在谷氨酸发酵中，
2、生产方法：
（1）天然油脂为原料：天然油脂 肥皂，废水 回收甘油
❖ 原烟台第二化工厂生产军用甘油，其副产 品……
（2）以丙烯为原料合成 ❖ 壳牌的氯化法，过乙酸法 （3）发酵法甘油生产：厌氧发酵、好氧发酵
3、我国发酵甘油在技术上与国外主要存在以
下差距：
（1）残糖高，…… （2）规模化较少，…… 4、我国甘油市场的构成与西方发达国家相比 也有较大的差异： ❖ 中国：涂料，49%；医药食品，10% ❖ 美国：涂料，10%；医药食品，54%以上