发酵机制及控制
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
CH2OH OH
│ │
C6H12O6+NaHSO3 → CHOH精品+课件CH3- C - OSO2Na +CO2↑ │
3、碱法甘油发酵
双分子歧化反应 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。
精品课件
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）是一条高产能的氧化途径。
❖
反应式：C6H12O6 精=品课件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，
菌体生长期：EMP / HMP =38% GA 合成期：EMP / HMP =26%
❖
中国：涂料，49%；医药食品，10%
❖
美国：涂料，10%；医药食品，54%以上
精品课件
二、甘油的厌氧发酵
1、酵母菌代谢合成机制
精品课件
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 磷酸烯醇式丙酮酸 醛缩酶 NADH
磷酸二羟丙酮
丙酮酸
NADH
NAD+
3、磷酸盐的调节作用
三、酵母菌的酒精发酵生产简介 精品课件
§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。精品课件
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。
精品课件
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。
❖ 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
精品课件
❖ TCA一圈，即每分子乙酰辅酶A氧化，有： 2.5ATP*3 +1.5 +1 +2.5
乙醛
α-磷酸甘油 （甘油激酶）
甘油
精品课件
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。
精品课件
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
因此，能荷对糖代精品谢课件的调节是方向性的。
总计：
2*（2.5ATP*3 +1.5 +1 +2.5 ）+ 2.5*2 +2=32ATP
精品课件
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。
（2）只有NADP参入氧化脱氢反应，可以产生大量的 NADPH
第四章 发酵机制与代谢控制
❖ 自然发酵，产品大都是微生物自身不能够再 利用的代谢物质。
❖ 通过对环境的控制，来提高其产量和产率， ❖ 代谢控制发酵，产品多为代谢中间物质或者
要进一步转化的物质。 ❖ 不但需要严格的控制环境，通常还需要
对其代谢机制有系统地了解
精品课件
§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。
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……。
❖
❖ CO2固定反应
❖
草酰乙酸 +
❖
酸合成酶）
❖ ❖ ❖
精品课件
柠檬酸
乙酰辅酶 （柠檬
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
精品课件
§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。
精品课件
❖
葡萄糖
❖
❖
丙酮酸 + 丙酮酸
A(CH3CO-CoA)
2、生产方法：
（1）天然油脂为原料：天然油脂 废水回收甘油
肥皂，
❖ 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
精品课件
3、我国发酵甘油在技术上与国外主要存在以
下差距：
Βιβλιοθήκη Baidu
（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：
精品课件
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
精品课件
1、糖的酵解途径——EMP途径
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
精品课件
2、TCA循环
│ │
C6H12O6+NaHSO3 → CHOH精品+课件CH3- C - OSO2Na +CO2↑ │
3、碱法甘油发酵
双分子歧化反应 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。
精品课件
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）是一条高产能的氧化途径。
❖
反应式：C6H12O6 精=品课件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，
菌体生长期：EMP / HMP =38% GA 合成期：EMP / HMP =26%
❖
中国：涂料，49%；医药食品，10%
❖
美国：涂料，10%；医药食品，54%以上
精品课件
二、甘油的厌氧发酵
1、酵母菌代谢合成机制
精品课件
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 磷酸烯醇式丙酮酸 醛缩酶 NADH
磷酸二羟丙酮
丙酮酸
NADH
NAD+
3、磷酸盐的调节作用
三、酵母菌的酒精发酵生产简介 精品课件
§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。精品课件
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。
精品课件
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。
❖ 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
精品课件
❖ TCA一圈，即每分子乙酰辅酶A氧化，有： 2.5ATP*3 +1.5 +1 +2.5
乙醛
α-磷酸甘油 （甘油激酶）
甘油
精品课件
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。
精品课件
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
因此，能荷对糖代精品谢课件的调节是方向性的。
总计：
2*（2.5ATP*3 +1.5 +1 +2.5 ）+ 2.5*2 +2=32ATP
精品课件
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。
（2）只有NADP参入氧化脱氢反应，可以产生大量的 NADPH
第四章 发酵机制与代谢控制
❖ 自然发酵，产品大都是微生物自身不能够再 利用的代谢物质。
❖ 通过对环境的控制，来提高其产量和产率， ❖ 代谢控制发酵，产品多为代谢中间物质或者
要进一步转化的物质。 ❖ 不但需要严格的控制环境，通常还需要
对其代谢机制有系统地了解
精品课件
§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。
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……。
❖
❖ CO2固定反应
❖
草酰乙酸 +
❖
酸合成酶）
❖ ❖ ❖
精品课件
柠檬酸
乙酰辅酶 （柠檬
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
精品课件
§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。
精品课件
❖
葡萄糖
❖
❖
丙酮酸 + 丙酮酸
A(CH3CO-CoA)
2、生产方法：
（1）天然油脂为原料：天然油脂 废水回收甘油
肥皂，
❖ 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
精品课件
3、我国发酵甘油在技术上与国外主要存在以
下差距：
Βιβλιοθήκη Baidu
（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：
精品课件
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
精品课件
1、糖的酵解途径——EMP途径
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
精品课件
2、TCA循环