《微生物发酵机制》PPT课件
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第三章 发酵机制及ppt课件
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第三章 发酵机制及发酵动力学
3.2 微生物代谢调控机制
三、微生物发酵中的代谢调控
代谢调控：在发酵工业中，为了大量积累人们所需要的某一产物， 常人为地打破微生物细胞内的自动代谢调节机制，使代谢朝人们所希望 的方向进行。
（1）改变细胞膜的通透性
当控制物理、化学条件或者筛选细胞膜、细胞壁结构组成的突变
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3
第三章 发酵机制及发酵动力学
3.1 发酵工程微生物的基本代谢及产物
简介
一、微生物初级代谢及产物
初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和 合成代谢，生产维持生命活动所需要的物质和能量的过程，产物为 初级代谢产物，
如：糖，氨基酸，脂肪酸等。
二、微生物次级代谢及产物
次级代谢：微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前提 物质，合成一些对微生物生命活动无明确功能的物质的过程，产物 即为次级代谢产物。
如抗生素、毒素、激素、色素等。
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第三章 发酵机制及发酵动力学
3.2 微生物代谢调控机制
一、微生物初级代谢的调节
代谢调节是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而 改变的一种作用。
（一）酶活性的调节
指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其 催化反应的速率。
1.酶活性的激活
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第三章 发酵机制及发酵动力学
3.2 微生物代谢调控机制
一、微生物初级代谢的调节
（二）酶合成的调节 2.阻遏
凡是能阻遏酶生物合成的现象。
（1）终产物阻遏
指某代谢途径末端产物过量累积引起的阻遏。在直线反应途径中， 末端产物阻遏较为简单，即产物作用于代谢途径中的各种酶，使这些 酶不能合成。
简明微生物工程 发酵机制酒精柠檬酸PPT课件
概 * 念
—通过 HMP途径的发酵
葡萄糖发酵除产生乳酸外还有
CO2 、乙醇或乙酸。
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i)
异
型
肠膜明串 珠菌属
乳
利用葡萄
糖的反应
酸
发
酵
经
典
途
径
转化率50％
短乳杆菌利用核糖 的反应
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ii ) 双 歧 杆 菌 途 径
50％
净5个
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同型、异型乳酸发酵比较
2、由于丙酮酸羧化酶组成型，不被调节控制，就源源不断地提供草酰乙酸。－－原料充足
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黑曲酶的标准呼吸链和侧系呼吸链
NADH2 琥珀酸
水杨酰异羟 肟 酸 X
侧系呼吸链
O2
黄素蛋白 Y
细胞 色素b
细胞 色素c
抑菌素抑制
细胞 色素a、
a3
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EMP途径的磷酸果糖激酶是一种调节酶。
1、正常情况，无氧生成乙醇 2、加入抑制剂（NaHSO3),形成甘油—二型发酵
3、抑制剂不可太多，否则中毒，因此仍有乙醇 4、碱性（ pH7.6 ）条件下，乙醛歧化，产生甘油、乙
醇、乙酸、CO2 ——酵母的三型发酵
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四、乳酸发酵机制
1、同型乳酸发酵：产物只有乳酸 NADH NAD+
葡萄糖==========〉丙酮酸 ==========〉乳酸
1mol葡萄糖按100%生成2mol乳酸，乳酸对糖 的理论转化率：
2*90/180 *100% =100 %
： 进 行 同 型 乳 酸 发 酵 的 M
保加利亚乳杆菌、德氏乳杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、
《微生物发酵机理》PPT课件
2.从遗传代谢方面分析
➢ 次级代谢产物除与初级代谢产物一样受核内 DNA的调剂控制外，还受到与初级代产物合成 无关的遗传物质的控制。
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（二）抗生素生产菌的主要代谢调节机制
微生物的代谢调节机制 酶的诱导
受DNA控制的酶合成调节机制 酶的阻遏 终点产物的阻遏 终产物的抑制或活化 分解产物的阻遏
歧杆菌等
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三、丙酮丁醇发酵机制
在丙酮丁醇菌中，丙酮酸经过一系列的脱 羧和缩合等过程而转变为丙酮、丁醇，称为丙 酮丁醇发酵。
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四、由乙醇、乙酸生成已酸机制
当培养基中乙醇和乙酸的比率不同时，丁 酸和已酸形成的比率也不同。
乙酸多时，主要产物为丁酸；
当培养基中乙醇比乙酸占优势时，主要产 物为已酸。
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3.控制旁路代谢
D-苏氨酸
L-苏氨酸
D-苏氨酸 脱氢酶
α-酮基丁酸
L-苏氨酸 脱氢酶
反馈抑制
L-异亮氨酸
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40
4.降低反馈作用物的浓度：
利用营养缺陷型突变株
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41
5.消除终产物的反馈抑制与阻遏：抗氨基酸
结构类似物突变株
6.促进ATP的积累，以利于氨基酸的生物 合成
存在两个 CO2固定 系统（需 Mg2＋、 K＋）
1，6-二磷酸果糖
磷酸丙糖
磷酸烯醇丙酮酸
CO *
2
丙酮酸
CO *
2
草酰乙酸
苹果酸
CO2 乙酰CoA
柠檬酸
Fe 2+ 顺乌头酸
富马酸
异柠檬酸
琥珀酸
➢ 次级代谢产物除与初级代谢产物一样受核内 DNA的调剂控制外，还受到与初级代产物合成 无关的遗传物质的控制。
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（二）抗生素生产菌的主要代谢调节机制
微生物的代谢调节机制 酶的诱导
受DNA控制的酶合成调节机制 酶的阻遏 终点产物的阻遏 终产物的抑制或活化 分解产物的阻遏
歧杆菌等
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三、丙酮丁醇发酵机制
在丙酮丁醇菌中，丙酮酸经过一系列的脱 羧和缩合等过程而转变为丙酮、丁醇，称为丙 酮丁醇发酵。
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四、由乙醇、乙酸生成已酸机制
当培养基中乙醇和乙酸的比率不同时，丁 酸和已酸形成的比率也不同。
乙酸多时，主要产物为丁酸；
当培养基中乙醇比乙酸占优势时，主要产 物为已酸。
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3.控制旁路代谢
D-苏氨酸
L-苏氨酸
D-苏氨酸 脱氢酶
α-酮基丁酸
L-苏氨酸 脱氢酶
反馈抑制
L-异亮氨酸
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4.降低反馈作用物的浓度：
利用营养缺陷型突变株
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5.消除终产物的反馈抑制与阻遏：抗氨基酸
结构类似物突变株
6.促进ATP的积累，以利于氨基酸的生物 合成
存在两个 CO2固定 系统（需 Mg2＋、 K＋）
1，6-二磷酸果糖
磷酸丙糖
磷酸烯醇丙酮酸
CO *
2
丙酮酸
CO *
2
草酰乙酸
苹果酸
CO2 乙酰CoA
柠檬酸
Fe 2+ 顺乌头酸
富马酸
异柠檬酸
琥珀酸
第7章 发酵机制 PPT课件
研究微生物能量代谢的机制实质上就是追踪多种形式的
最初能源如何转化并释放出ATP的过程。微生物可以直
接从外界获得能量，还可以通过异化，将吸收进体内的
物质降解或氧化，从而获得ppt课能件 量。
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Energy metabolism of microbes 微生物的能量代谢
化能异养微生物的生物氧化与产能 光能微生物的能量代谢 化能自养微生物生物氧化与产能 自养微生物生物对CO2的固定
种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能的独特发酵
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1 微生物发酵机理
1 微生物基础物质代谢
代谢（Metabolism） ：细胞内发生的各种化学反应的总和。
包括分解代谢和合成代谢两个过程。
分解代谢（Catabolism ）：复杂的有机物分子通过分解代谢酶
系的催化产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和
还原力的作用。
合成代谢（Anabolism） ：在合成代谢酶系的催化下，由简单小
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Glycolysis
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ED途径
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TCA Cycle
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发酵类型
由于在各种发酵途径中均有还原性氢供体—— NADH+H+产生，但产生的量并不多，若不及时将它们 氧化再生。葡萄糖分解产能将会中断，这样，微生 物就以葡萄糖分解过程中形成的各种中间产物为氢 （电子）受体来接受NADH+H+和NADH +H+的氢（电 子），于是产生各种各样的发酵产物。
乳酸发酵
同型乳酸发酵：由葡萄糖经EMP途径生成丙酮酸，
直接作为氢受体被NADH+H+还原而全部生成乳酸的
第六章微生物发酵机理2-PPT精选文档
组成型突变株 调节基因发生突变
产生无效的阻遏物而不 能与操纵基因结合
操纵基因突变
突变操纵基因不 能与阻遏物结合
结构基因不受控制地转录，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。
组成型突变
5.条件致死 例如在抗生素和酶制剂生产过程中的应用。 6.细胞膜通透性突变体的应用
使胞内的代谢产物迅速渗漏出去,解除末端产物的反馈抑制。 1. 用生理学手段—— 直接抑制膜的合成或使膜受缺损 如: 在Glu发酵中把生物素浓度控制在亚适量可大量分泌Glu； 控制生物素的含量可改变细胞膜的成分，进而改变膜透性； 当培养液中生物素含量较高时采用适量添加青霉素的方法； 再如：产氨短杆菌的核苷酸发酵中控制因素是Mn2+； Mn2+的作用与 生物素相似。 2. 利用膜缺损突变株 ——油酸缺陷型、甘油缺陷型 如:用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型，培养过程中，有限制地添加油酸， 合成有缺损的膜，使细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸产量。 甘油缺陷型菌株的细胞膜中磷脂含量比野生型菌株低，易造成谷氨酸 大量渗漏。应用甘油缺陷型菌株，就是在生物素或油酸过量的情况下， 也可以获得大量谷氨酸。
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。
启动基因的突变增加RNA聚合酶和 DNA的亲和力，增加转录速率。
如
A
B
C
D
E
限量添加E，就会造成C大量积累
枯草芽孢杆菌的精氨酸营养缺陷型，鸟氨 酸积累量可到到25g/L.
《微生物发酵》PPT课件
❖ 20世纪50年代，氨基酸发酵工业又成为微生物技术产业的又一个成员，实现了对微 生物的代谢进行人工调节，这又使微生物技术进了一步。
❖ 20世纪60年代，微生物技术产业又增加了酶制剂工业这一成员。
❖ 20世纪70年代，为了解决由于人迅速增长而带来的粮食短缺问题，进行了非碳水化 合物代替碳水化合物的发酵，如利用石油化工原料进行发酵生产，培养单细胞蛋白， 进行污水处理，能源开发等。
是以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。用于面包制作的酵母发酵及 用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白发酵是比较传统的菌体发酵工业。 新的菌体发酵可用来生产药用真菌，如香菇菌、依赖虫蛹而生存的冬虫 夏草菌、与天麻共存的密环菌等药用菌。
2.微生物酶发酵
酶普遍存在于动物、植物和微生物中。因为微生物种类多、产酶的品种多、 生产容易和成本低等特点，所以目前工业应用的酶大多来自微生物发酵。
（2）无菌发酵，整个反应过程要求无菌。培养基无菌、空 气无菌、补料和取样要求无菌操作、某些工程菌，其尾 气也要求进行无菌处理。
（3）非连续性生产。微生物的生理特性决定了发酵过程的 非连续性，大部分的工业发酵是以间歇操作为基础进行 的，目前可以实现连续化生产的是啤酒的连续化生产。
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第二节 工业发酵的工艺流程
生物发酵工艺多种多样，但基本上包括菌种的选育、菌种培 养基的配制、扩大培养和接种、发酵过程下游处理即分离提
纯等几个过程。
一、菌种的选育
找到合适的菌种是发酵工程的前提。人们最初是从自然界寻
找所需要的菌种，如谷氨酸发酵时常用菌有谷氨酸棒状杆菌
等。但这种方法得到的菌种，产量一般都比较低。20世纪40
年代，微生物学家开始用紫外线、激光、化学诱变剂等处理
《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
微生物发酵技术 PPT课件
• (4) 改变菌体的生化代谢而影响生长。 • 部分前体物有毒性，部分是由于溶解度 小。 • (二) 可以解除或减弱分解产物阻遏 • 部分合成酶受到易利用的碳或氮源的 阻遏，例如葡萄糖的分解代谢产物引起的 阻遏。 • (三) 可以使发酵过程最佳化
• • • • • •
二 补料的方式和控制 (一) 补料方式 连续流加、不连续流加(多周期流加)。 (二) 补料控制 1 有反馈控制 反馈控制系统：传感器、控制器和驱 动器。 • 直接方法：以限制性营养物浓度作为反 馈参数； • 间接方法：以溶氧、pH、呼吸商、排气 中的CO2及代谢产物浓度等为参数。
•
间接方法的例子：以CO2和pH为控制参 数。 • 2 无反馈控制 • 经验补料法。
第十一节 泡沫的影响及控制
• 泡沫(机械泡沫和流态泡沫)的危害： • 1 装料系数减小； • 2 增加染菌机率。 • 消泡方法：
• 1 机械消泡； • 2 消泡剂消泡。
• 1 泡沫保持恒定的水平； • 2 早期稳定下降，以后 恒定； • 蛋白质的消耗。 • 3 前期稍微降低，后又 回升；
• 一 温度对发酵的影响 • 1 影响各种酶反应的速率和蛋白质的性 质； • 菌体生长所需温度与产物合成温度不 一致(如青霉素)；温度不同还可能影响产 物合成的方向(如金霉素和四环素)。 • 2 影响发酵液的物理性质。(粘度、氧和 基质的溶解与传递、分解和吸收)
• • • • • • • •
二 影响发酵温度变化的因素 产热的因素： 1 生物热(Q生物) 与培养基成分和培养阶段有关。 2 搅拌热(Q搅拌) 散热的因素： 1 蒸发热(Q蒸发) 2 辐射热(Q辐射)
• (2) 摄氧率的变化 • 随菌浓增加，摄氧率不断增加，溶氧浓 度下降，菌浓至临界，溶氧至最低。 • (3) pH • 先下降后下升：利用葡萄糖产生酸，而 后再被利用。 • 先上升后下降：利用氨基酸的碳骨架， 剩下氨，而后氨又被利用。 • 限制性因素的出现，使菌体由生长向生 产转化。
第六章微生物发酵机理PPT课件
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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。
EMP途径将一分子葡萄糖转变成两分子丙酮酸 ；产生2分子ATP和2分子NADH。
HMP途径将一分子6-磷酸葡萄糖转变为1分子3磷酸甘油醛，3分子CO2和6分子NADPH。
ED途径将1分子葡萄糖转变为2分子丙酮酸，1分 子ATP，1分子NADPH和1分子NADH。
PK途径将1分子葡萄糖转变为1分子乳酸、1分子 CO2和一分子乙醇或乙酸。
பைடு நூலகம்10
EMP途径
乳酸
(12) +2H+
丙酮酸
ATP
葡萄糖
(1)
己糖激
A酶DP
葡萄糖-6-磷酸 (2)
乙醇
(14) 2NAD+
果糖-6-磷酸 ATP
Mg2+
磷酸果
(3) ADP
糖激酶 果糖-1，6-二磷酸
2CO2 (11)
烯醇式丙酮酸
4-磷酸赤藓糖 C4
6-磷酸果糖 C6
5-磷酸木酮糖 C5
3-磷酸甘油醛 C3
6-磷酸果糖 C6
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电子载体：
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NADH (nicotinamide adenine dinucleotide)，又称辅酶Ⅰ (Co Ⅰ)
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate)， 又称辅酶Ⅱ (Co Ⅱ)
磷 酸 戊
3NADP+ 3NADP+3H+
6-磷酸葡萄糖脱氢酶
6-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)×3
糖
6-磷酸葡萄糖酸(C6)×3
途
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。
EMP途径将一分子葡萄糖转变成两分子丙酮酸 ；产生2分子ATP和2分子NADH。
HMP途径将一分子6-磷酸葡萄糖转变为1分子3磷酸甘油醛，3分子CO2和6分子NADPH。
ED途径将1分子葡萄糖转变为2分子丙酮酸，1分 子ATP，1分子NADPH和1分子NADH。
PK途径将1分子葡萄糖转变为1分子乳酸、1分子 CO2和一分子乙醇或乙酸。
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EMP途径
乳酸
(12) +2H+
丙酮酸
ATP
葡萄糖
(1)
己糖激
A酶DP
葡萄糖-6-磷酸 (2)
乙醇
(14) 2NAD+
果糖-6-磷酸 ATP
Mg2+
磷酸果
(3) ADP
糖激酶 果糖-1，6-二磷酸
2CO2 (11)
烯醇式丙酮酸
4-磷酸赤藓糖 C4
6-磷酸果糖 C6
5-磷酸木酮糖 C5
3-磷酸甘油醛 C3
6-磷酸果糖 C6
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电子载体：
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NADH (nicotinamide adenine dinucleotide)，又称辅酶Ⅰ (Co Ⅰ)
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate)， 又称辅酶Ⅱ (Co Ⅱ)
磷 酸 戊
3NADP+ 3NADP+3H+
6-磷酸葡萄糖脱氢酶
6-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)×3
糖
6-磷酸葡萄糖酸(C6)×3
途
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• 则1mol葡萄糖生成2mol乙醇，理论转化率为 2×46.05/180.1×100%=51.1%
但是在生产中大约有5%的葡萄糖用于合成酵母细胞和副产物，实际上 乙醇生成量约为理论值的95%，则乙醇对糖的实际转化率约为48.5%。
巴斯德效应
巴斯德效应:好气条件下，酵母菌发酵能力 下降（细胞内糖代谢降低，乙醇积累减少）；
c.发酵条件:一般发酵温度高，高级醇生成量高，通 风有利于高级醇生成。高级醇的生成与乙醇的生 成是平行的，随乙醇的生成而生成。
1.2.2 双乙酰（diacetyl）
1.2.2.1 双乙酰合成途径
好气条件下，代谢进入TCA环→柠檬酸↑、 ATP↑→ 抑 制 激 酶 → 6-P- 葡 萄 糖 ↑ → 反 馈 抑 制己糖激酶→抑制葡萄糖进入细胞内→葡萄 糖利用降低。
同时，好气条件下，丙酮酸激酶活性降低。 丙酮酸激酶活性降低也是由于磷酸果糖激酶 活性降低所致。
丙酮酸激酶活性↓→使磷酸烯醇式丙酮酸 ↑→反馈抑制己糖激酶活性→糖酵解速度↓
在好氧发酵条件 丙酮酸进入TCA环，进行代谢，产生各种好
氧代谢产物或完全氧化获得能量。
B、 三羧酸循环 三羧酸循环一定需要氧才能进行。在三羧酸循环中脱下的氢，形成
NADH 和 FADH2，然后再逐步传递给氧。
A. 厌氧发酵机制
第一节 酒精发酵机制
1 酵母菌的酒精发酵
1.1 酒精生成机制
(1 ) 葡萄糖（glucose） EMP acid）
丙酮酸（pyruvic
己糖磷酸化作用
EMP
六碳糖转变为三碳糖
磷酸丙糖 丙酮酸
(2) 丙酮酸 乙醇
丙酮酸 丙酮酸脱羧酶 乙醛（acetaldehyde ）
乙醛 乙醇脱氢酶 乙醇 （alcohol）
由葡萄糖生成乙醇的总反应式为
• 酵母菌在无氧的条件下，通过以上12步反应，1分子G生成２分子的乙醇，２ 分子的CO2和 2分子ATP。
酯（ester） 高级醇（higher alcohol） 双乙酰（diacetyl）
1.2.1 杂醇油的生成 杂醇油是碳原子数大于2的脂肪族醇类的统称，主要由正丙醇、异丁醇、
异戊醇和活性戊醇组成，这些高级醇是构成酒类风味的重要组成成分之一， 当其过量时会影响产品质量，是酒类产品中质量指标之一，应予以控制。 1.2.1.1酒精发酵中高级醇的形成途径
a.氨基酸氧化脱氨作用 b．由葡萄糖直接生成
酒精发酵中高级醇形成的途径
（1）氨基酸氧化脱氨作用
转氨酶
亮氨酸 ＋ ɑ－酮戊二酸
ɑ－酮异己酸 +
谷氨酸
缬氨酸 酪氨酸
异丁醇 酪醇
异亮氨酸 苯丙氨酸
醇脱氢酶
异戊酸
异戊醇
活性戊醛 苯乙醇
（2）由葡萄糖直接生成
还原、异构、脱水
ɑ －酮酸 （碳原子低的）
＋ 活性乙醛
第七章 微生物发酵机制
发酵的类型
兼性发酵。
根据微生物的种类不同，可分为好氧性发酵、厌氧性发酵和
（1）好氧性发酵：在发酵过程中需要通入一定量的无菌空气，满足微生物 呼吸需要。
（2） 厌氧性发酵：在发酵过程中不需要供给无菌空气。
（3）兼性发酵 ： 在有氧、无氧条件下均能生活。如酿酒酵母，在缺氧条件下进行厌气
ɑ －酮酸 （碳原子高的）
缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸 醇
醇
1.2.1.2 影响杂醇油形成的条件
a.菌种:在同样的条件下，不同菌种的杂醇油生成量 相差很大。酵母的杂醇油生成量与醇脱氢酶活性 关系密切，该酶活力高，杂醇油生成量大。
b.培养基组成:培养基中支链氨基酸（亮氨酸、异亮 氨酸、缬氨酸）的存在，可增加相应的高级醇 （异戊醇、活性戊醇和异丁醇 ）的生成量。培养 基中氮水平高，形成杂醇油量少，杂醇油总形成 量因氮水平高而降低。
当以其他糖类作为碳源和能源时，先通过少数 几步反应转化为糖酵解途径的中间产物，然后 沿着糖酵解途径进行降解。
丙酮酸的不同去路。反应中生成的NADH2不 能积存，必须被重新氧化为NAD后，才能继续不 断地推动全部反应，在不同的机体，在不同的 环境下（如氧气的有无），氢的受体不同，丙 酮酸的去路也不同。
在无氧条件下：
在乳酸菌中受乳酸脱氢酶的作用，丙 酮酸作为受氢体而被还原为乳酸，即同型乳 酸发酵；
在酵母菌中，丙酮酸受丙酮酸脱羧酶 的作用生成乙醛，乙醛在乙醇脱氢酶的作用 下作为受氢体被还原为乙醇，即酒精发酵；
在梭状芽孢杆菌中，丙酮酸脱羧生成 乙酰COA，然后经一系列变化生成丁酰COA、 丁醛，两者作为受氢体被还原生成丁醇，生 成物中还有丙酮、乙醇，所以称为丙酮-丁醇 发酵。
性发酵积累酒精，而在有氧条件下则进行好氧发酵，大量繁殖菌体细胞。
发酵机制：微生物通过其代谢活动，利用基质 （底物）合成人们所需要的代谢产物的内在规律
积 微生物菌体
累
的酶
醇等
好气发酵：有机酸、氨基酸、
蛋白质、 核苷酸、
抗生素、维生素等
代谢控制发酵：人为的改变微生物的代谢调 控机制，使有用的代谢产物过量的积累。
1.2 酒精发酵中副产物的形成
主产物（product） ：乙醇（alcohol）
副产物（by product ）： 40多种
二氧化碳（carbon dioxide） 甘油（glycerol） 乙醛（acetaldehyde） 琥珀酸（ succinic acid ） 乙酸（acetic acid）
EMP途径大致可分为三个阶段 1，6-二磷酸果糖的生成，消耗2分子ATP； 1，6-二磷酸果糖降解为3-磷酸甘油醛； 3-磷酸甘油醛经五步反应转化为丙酮酸，产
生4分子ATP 它是动物、植物、微生物细胞中G分解产生能 量的共同途径。 EMP的每一步都是由酶催化的。己糖激酶；磷 酸果糖激酶（该酶受ATP、柠檬酸的抑制，为AMP 所激活）；丙酮酸激酶；3-磷酸甘油醛脱氢酶（ 受碘乙酸抑制）；烯醇化酶（受氟化物抑制）。
发酵机制研究的内容： 1.微生物的生理代谢规律（就是各种代谢产
物合成途径及代谢调节机制）； 2.环境因素（营养条件、培养条件等）对代
谢的影响及改变代谢的措施；
糖酵解途径及调节机制
• 葡萄糖经EMP途径：
• C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD
2CH3COCOOH+2ATP+2NADH2
糖酵解途径及特点
但是在生产中大约有5%的葡萄糖用于合成酵母细胞和副产物，实际上 乙醇生成量约为理论值的95%，则乙醇对糖的实际转化率约为48.5%。
巴斯德效应
巴斯德效应:好气条件下，酵母菌发酵能力 下降（细胞内糖代谢降低，乙醇积累减少）；
c.发酵条件:一般发酵温度高，高级醇生成量高，通 风有利于高级醇生成。高级醇的生成与乙醇的生 成是平行的，随乙醇的生成而生成。
1.2.2 双乙酰（diacetyl）
1.2.2.1 双乙酰合成途径
好气条件下，代谢进入TCA环→柠檬酸↑、 ATP↑→ 抑 制 激 酶 → 6-P- 葡 萄 糖 ↑ → 反 馈 抑 制己糖激酶→抑制葡萄糖进入细胞内→葡萄 糖利用降低。
同时，好气条件下，丙酮酸激酶活性降低。 丙酮酸激酶活性降低也是由于磷酸果糖激酶 活性降低所致。
丙酮酸激酶活性↓→使磷酸烯醇式丙酮酸 ↑→反馈抑制己糖激酶活性→糖酵解速度↓
在好氧发酵条件 丙酮酸进入TCA环，进行代谢，产生各种好
氧代谢产物或完全氧化获得能量。
B、 三羧酸循环 三羧酸循环一定需要氧才能进行。在三羧酸循环中脱下的氢，形成
NADH 和 FADH2，然后再逐步传递给氧。
A. 厌氧发酵机制
第一节 酒精发酵机制
1 酵母菌的酒精发酵
1.1 酒精生成机制
(1 ) 葡萄糖（glucose） EMP acid）
丙酮酸（pyruvic
己糖磷酸化作用
EMP
六碳糖转变为三碳糖
磷酸丙糖 丙酮酸
(2) 丙酮酸 乙醇
丙酮酸 丙酮酸脱羧酶 乙醛（acetaldehyde ）
乙醛 乙醇脱氢酶 乙醇 （alcohol）
由葡萄糖生成乙醇的总反应式为
• 酵母菌在无氧的条件下，通过以上12步反应，1分子G生成２分子的乙醇，２ 分子的CO2和 2分子ATP。
酯（ester） 高级醇（higher alcohol） 双乙酰（diacetyl）
1.2.1 杂醇油的生成 杂醇油是碳原子数大于2的脂肪族醇类的统称，主要由正丙醇、异丁醇、
异戊醇和活性戊醇组成，这些高级醇是构成酒类风味的重要组成成分之一， 当其过量时会影响产品质量，是酒类产品中质量指标之一，应予以控制。 1.2.1.1酒精发酵中高级醇的形成途径
a.氨基酸氧化脱氨作用 b．由葡萄糖直接生成
酒精发酵中高级醇形成的途径
（1）氨基酸氧化脱氨作用
转氨酶
亮氨酸 ＋ ɑ－酮戊二酸
ɑ－酮异己酸 +
谷氨酸
缬氨酸 酪氨酸
异丁醇 酪醇
异亮氨酸 苯丙氨酸
醇脱氢酶
异戊酸
异戊醇
活性戊醛 苯乙醇
（2）由葡萄糖直接生成
还原、异构、脱水
ɑ －酮酸 （碳原子低的）
＋ 活性乙醛
第七章 微生物发酵机制
发酵的类型
兼性发酵。
根据微生物的种类不同，可分为好氧性发酵、厌氧性发酵和
（1）好氧性发酵：在发酵过程中需要通入一定量的无菌空气，满足微生物 呼吸需要。
（2） 厌氧性发酵：在发酵过程中不需要供给无菌空气。
（3）兼性发酵 ： 在有氧、无氧条件下均能生活。如酿酒酵母，在缺氧条件下进行厌气
ɑ －酮酸 （碳原子高的）
缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸 醇
醇
1.2.1.2 影响杂醇油形成的条件
a.菌种:在同样的条件下，不同菌种的杂醇油生成量 相差很大。酵母的杂醇油生成量与醇脱氢酶活性 关系密切，该酶活力高，杂醇油生成量大。
b.培养基组成:培养基中支链氨基酸（亮氨酸、异亮 氨酸、缬氨酸）的存在，可增加相应的高级醇 （异戊醇、活性戊醇和异丁醇 ）的生成量。培养 基中氮水平高，形成杂醇油量少，杂醇油总形成 量因氮水平高而降低。
当以其他糖类作为碳源和能源时，先通过少数 几步反应转化为糖酵解途径的中间产物，然后 沿着糖酵解途径进行降解。
丙酮酸的不同去路。反应中生成的NADH2不 能积存，必须被重新氧化为NAD后，才能继续不 断地推动全部反应，在不同的机体，在不同的 环境下（如氧气的有无），氢的受体不同，丙 酮酸的去路也不同。
在无氧条件下：
在乳酸菌中受乳酸脱氢酶的作用，丙 酮酸作为受氢体而被还原为乳酸，即同型乳 酸发酵；
在酵母菌中，丙酮酸受丙酮酸脱羧酶 的作用生成乙醛，乙醛在乙醇脱氢酶的作用 下作为受氢体被还原为乙醇，即酒精发酵；
在梭状芽孢杆菌中，丙酮酸脱羧生成 乙酰COA，然后经一系列变化生成丁酰COA、 丁醛，两者作为受氢体被还原生成丁醇，生 成物中还有丙酮、乙醇，所以称为丙酮-丁醇 发酵。
性发酵积累酒精，而在有氧条件下则进行好氧发酵，大量繁殖菌体细胞。
发酵机制：微生物通过其代谢活动，利用基质 （底物）合成人们所需要的代谢产物的内在规律
积 微生物菌体
累
的酶
醇等
好气发酵：有机酸、氨基酸、
蛋白质、 核苷酸、
抗生素、维生素等
代谢控制发酵：人为的改变微生物的代谢调 控机制，使有用的代谢产物过量的积累。
1.2 酒精发酵中副产物的形成
主产物（product） ：乙醇（alcohol）
副产物（by product ）： 40多种
二氧化碳（carbon dioxide） 甘油（glycerol） 乙醛（acetaldehyde） 琥珀酸（ succinic acid ） 乙酸（acetic acid）
EMP途径大致可分为三个阶段 1，6-二磷酸果糖的生成，消耗2分子ATP； 1，6-二磷酸果糖降解为3-磷酸甘油醛； 3-磷酸甘油醛经五步反应转化为丙酮酸，产
生4分子ATP 它是动物、植物、微生物细胞中G分解产生能 量的共同途径。 EMP的每一步都是由酶催化的。己糖激酶；磷 酸果糖激酶（该酶受ATP、柠檬酸的抑制，为AMP 所激活）；丙酮酸激酶；3-磷酸甘油醛脱氢酶（ 受碘乙酸抑制）；烯醇化酶（受氟化物抑制）。
发酵机制研究的内容： 1.微生物的生理代谢规律（就是各种代谢产
物合成途径及代谢调节机制）； 2.环境因素（营养条件、培养条件等）对代
谢的影响及改变代谢的措施；
糖酵解途径及调节机制
• 葡萄糖经EMP途径：
• C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD
2CH3COCOOH+2ATP+2NADH2
糖酵解途径及特点