发酵机制

1.3 酯类物质
酯是啤酒香味的工要组成成分，它是通过酯酰辅酶 A与醇缩合而形成的。
传统淡色啤酒以酒花香为主体香，含有适量的酯，才 使啤酒香味丰满协调。过高的酯含量会使啤洒有不愉快的 香味。近代啤酒中的酯含量与高级醇一样，普遍有升高的 趋势。有的酒其乙酸乙酯大于阈值，有淡雅的果实香味， 也成为一种独特的风味。
双乙酰
酵母还原
2,3-丁二醇
双乙酰合成消除途径
缬氨酸
1.2.2.2 双乙酰的消除措施:
１.提高麦汁中氨基氮的含量；提高麦汁中缬氮酸的含量 通过反馈作用，抑制从丙酮酸合成缬氨酸的支路代谢作 用。
２.利用酵母的还原作用，将双乙酰转变成2,3-丁二醇； ３.利用二氧化碳的洗涤作用，排除双乙酰。 4. 加入-乙酰乳酸脱羧酶; 5.使用基因工程构建的含有-乙酰乳酸脱羧酶的酵母菌株
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
双乙酰是啤酒生产过程中的重要成分，它是酵母细胞 内生物合成缬氨酸．亮氨酸的中间产物；也是衡量啤酒成 熟和质量水平的主要指标．它赋予啤酒一种不愉快的馊味， 淡色贮藏啤哂的双乙酰含量应控制在0.1mg/L以下。
bulgaricus）等。
2H（乳酸脱氢酶）
C6H12O6 EMP 2CH3COCOOH
2CH3CHOHCOOH
同型乳酸发酵的特点：1mol的G产生2mol乳酸，理论转化率
是100%。另外有很少量的乙醇、乙酸和二氧化碳等。
二、 异型乳酸发酵
发酵产物中除乳酸外同时还有比例较高的乙酸、乙醇 、二氧化碳等，称为异型乳酸发酵。其生物合成途径有两 种。
酒花香 • 啤酒的香味 麦芽香
发酵过程形成的各种酯类的香味 果香 • 果酒的香味 发酵香 陈酿香
形成途径： 通式：R-CO-SCOA +ROH
RCOOR +COA-SH
R-CO-SCOA
脂肪酸的激活作用 酮酸的氧化作用
• 在ATP的作用下，使脂肪酸活化
R-COOH + ATP + COA-SH RCO－SCOA + AMP + PPi
CH2 OH
1mol葡萄糖只产生1mol甘油，不产生ATP，整个过程无ATP积 余，可见在甘油发酵过程中亚硫酸盐不能加得太多，否则会使酵母 菌因得不到能量而终止发酵，必须留一部分酒精发酵，以使获得一 些能量，供生命活动所需。
2ATP
CO2 NaHSO 3
2ATP 3-磷酸甘油醛→→丙酮酸→乙醛→乙醛亚硫酸钠加成物
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
Leabharlann Baidu
1.1 酒精生成机制 (1 ) 葡萄糖（glucose） EMP 丙酮酸（pyruvic acid）
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。
的乳酸发酵也是一条磷酸解酮酶途径。该途径的特点 是：①有两个磷酸解酮酶参与；②在没有氧化作用和 脱氢作用下，2分子G分解为3分子乙酸和2分子3-磷 酸甘油醛。接着，在3-磷酸甘油醛脱氢酶和乳酸脱氢 酶的参与下， 3-磷酸甘油醛转化为乳酸，转化率为 50%。
第三节 甘油合成机制
一、 亚硫酸盐法甘油发酵
Corynebacterium 265-----------inosinic acid Asp.niger Uv06---------citric acid C.glutamicum As1299---------glutamic acid
（2） 厌氧性发酵(anaerobic fermentation) ：在发酵 过程中不需要供给无菌空气。
• 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。
• 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%。
3、氧化产能阶段
3--P--甘油醛 EMP 丙酮酸
总反应式 C6H12O6+NADP++ NAD++ ADP+ Pi
2CH3COCOOH+ NAD ·2H++ NADP ·2H +ATP
细菌酒精发酵的特点
优点：• 代谢速度快； • 发酵周期短，比酵母菌的酒精产率 高； • 厌氧且耐高温； • 能利用多种糖类
糖酵解途径及特点
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）。
通过该途径，1mol的G产生1mol的乳酸， 乳酸对糖的理论转化率是50%。另外有比例较 高的乙醇、乙酸和二氧化碳等。
肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）及葡聚糖明串珠菌 （Leuconostoc dextranicum）通过该途径 进行异型乳酸发酵。
2. Bifidus 途径（双歧途径）： 双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum)进行
• 酮酸的氧化作用
RCOCOOH + NAD +COASH RCO-SCOA + NADH2 + CO2
影响酯含量因素:
a.酵母菌种，不同的酵母菌种，发酵时形成的酯量是不同的； b.发酵温度高，有利于酯类的形成； c.接种量大，酯类的形成量低。
2. 细菌的酒精发酵 （alcoholic fermentation of bacteria)
b．由葡萄糖直接生成
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。
双乙酰是α-乙酰乳酸在酵母细胞外非酶氧化的产物， 是酵母在生长繁殖时，在酵母细胞体内用可发酵性糖经 α-乙酰乳酸合成它所需的缬氨酸、亮氨酸途径中的副产 物，中间产物α-乙酰乳酸部分排出酵母细胞体外，经氧 化脱羧作用生成双乙酰。
CH3COCOOH +
CH3CHO-TPP(活性乙醛)
-乙酰乳酸
非酶氧化
e.g. lactic acid bacteria --------lactic acid
Bacillus clostridium -------acetone-butanol
（3）兼性发酵 (facultative fermentation) ：
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。
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。
CH2OH
OH
C6H12O6+NaHSO 3 → CHOH +CH3- C -H OSO2Na+CO2
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
试验证明转氨基是在α-酮戊二酸间进行, 根 据此机制，由缬氨酸产生异丁醇，异亮氨酸产生 活性戊醇，酪氨酸产生酪醇，苯丙氨酸产生苯乙 醇等。
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（pyruvic acid ）丙酮酸脱羧酶
乙醛 乙醇脱氢酶 乙醇 （alcohol）
乙醛（acetaldehyde）
由葡萄糖生成乙醇的总反应式为
C6H12O6 + 2ADP +2H3PO4 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2ATP
ED途径(脱氧酮糖酸途径)由部分EMP途径、部分HMP途径组成
ED途径的 三个阶段
1、G 氧化分解 6--磷酸葡萄糖酸 +NADP·H（HMP）
2、6--磷酸葡萄糖酸
三碳糖
6---P--葡萄糖酸脱水酶
6---P--葡萄糖酸
2--酮--3--脱氧--6-- P--葡萄糖酸
2--酮--3--脱氧--6-- P--葡萄糖酸 丙酮酸+3--P--甘油醛
缺点：
• 发酵工艺技术要求高
第二节 乳酸发酵机制
一、 同型乳酸发酵：进行乳酸发酵的主要是细菌。 它们利用糖经糖酵解途径生成丙酮酸，丙酮酸还原产生乳酸
。发酵产物中主要为乳酸的称为同型乳酸发酵，如乳链球菌（
Streptococcus lactics）、乳酪链球菌（ Streptococcus cremoris） 、干酪乳杆菌（lactobacillus casei）、保加利亚乳杆菌（Lac.
第六章 发酵机制
发酵（fermentation ）
• 发酵作用：所谓的发酵，广义的讲就是利用微生 物或生物化学的手段，将各种物质加以改变，然 后利用由此产生的能量及代谢中间体，而得到各 种有用的物质。
发酵的类型
根据微生物的种类不同，可分为好氧性发酵、厌氧 性发酵和兼性发酵。
（1）好氧性发酵(aerobic fermentation)：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。 e.g. Bacillus subtilis -----------amylase
1. 6-磷酸葡萄糖酸途径： 葡萄糖经6-磷酸葡萄糖生成5-磷酸核酮糖，再经差向 异构作用生成5-磷酸木酮糖；后者经磷酸解酮酶催化，分 解为3-磷酸甘油醛和乙酰磷酸。乙酰磷酸经磷酸转乙酰酶 作用变为乙酰CoA，再经乙醛脱氢酶作用生成乙醇。而3磷酸甘油醛经EMP途径生成丙酮酸。后者经乳酸脱氢酶催 化还原为乳酸。
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）能 利用G经ED途径进行酒精发酵。 总反应式为
C6H12O6+ADP+H3PO4 → 2C2H5OH+2CO2+ATP 产物和酵母菌的酒精发酵相同，但产能水平各异。
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 ）： 二氧化碳（carbon dioxide） 甘油（glycerol） 乙醛（acetaldehyde） 瑚珀酸（ succinic acid ） 乙酸（acetic acid） 酯（ester） 高级醇（higher alcohol） 双乙酰（diacetyl）