发酵机制及控制
发酵工艺控制实验报告
发酵工艺控制实验报告
实验目的
1. 了解发酵工艺在食品生产中的重要性；
2. 掌握发酵过程的控制方法；
3. 分析不同控制变量对发酵过程的影响；
4. 通过实验数据分析，提出合理的控制策略。
实验器材和药品
1. 发酵罐
2. 控制系统
3. 发酵液样品
4. 酵母菌
5. 葡萄糖
实验原理
发酵是一种生物过程，利用微生物的代谢活动将底物转化为更有用的产物，例如酒精、醋酸和乳酸等。
发酵过程需要控制多个变量，包括温度、pH值、反应物浓度和搅拌速度等。
合理地控制这些变量可以提高发酵效率和产物质量。
实验步骤
1. 准备工作：清洁发酵罐和控制系统，确保无杂质。
2. 酵母培养：将酵母菌接种到适当的培养基中，培养至活跃状态。
3. 发酵液配置：将适量的。
第一节厌氧发酵机制与代谢调控
第一节厌氧发酵机制与代谢调控细胞通过不同的代谢途径将有机物转化为能量和终产物。
在有氧条件下，细胞通过线粒体内的呼吸链将有机物氧化成二氧化碳和水，产生大量的能量。
而在无氧条件下，细胞则通过厌氧发酵将有机物转化为能量。
厌氧发酵机制是一种细胞在没有氧气存在的情况下，通过将有机物转化为能量和产生可回收的代谢产物的过程。
厌氧发酵机制可以在各种细胞中发生，包括微生物、动物和植物细胞。
常见的厌氧发酵产物有酒精、乳酸和乙酸等。
不同的细胞采用不同的厌氧发酵方式。
例如，酵母菌在无氧条件下通过乙醇发酵将葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳。
乳酸菌则通过乳酸发酵将葡萄糖转化为乳酸。
嗜热菌在无氧条件下通过硫酸盐还原作用将有机物转化为硫化氢。
厌氧发酵的关键步骤是糖酵解。
糖酵解是指将葡萄糖分解为乳酸、乙醇或其他产物的过程。
糖酵解分为两个阶段：糖分解和发酵。
在糖分解阶段，葡萄糖经过一系列酶的作用被分解为多个分子的丙酮酸。
在发酵阶段，丙酮酸被进一步转化为相应的产物。
厌氧发酵的代谢调控对细胞的生存和适应环境起着重要作用。
细胞通过调节相关的代谢途径和酶的活性来适应环境中的变化。
其中一个重要的调节因子是细胞内氧气水平。
当氧气水平降低时，细胞会启动厌氧发酵途径来维持能量供应和代谢平衡。
另一个调控厌氧发酵的重要因子是能量状态。
细胞通过感知细胞内ATP水平和NADH/NAD+比值来调节糖酵解和厌氧发酵途径。
当ATP水平较低或NADH/NAD+比值较高时，细胞会增加糖酵解和厌氧发酵的速率以产生更多的ATP和NAD+。
此外，转录调控也在厌氧发酵的代谢调控中发挥作用。
细胞会通过调节相关基因的表达来控制厌氧发酵途径的活性。
例如，在酵母菌中，Hap1是一个转录因子，调控着乙醇发酵途径相关基因的表达。
总之，厌氧发酵是细胞在无氧条件下将有机物转化为能量和产生代谢产物的重要代谢途径。
细胞通过调节糖酵解和厌氧发酵途径的活性、感知细胞内氧气水平和调节能量状态来调控厌氧发酵途径。
发酵过程控制
3搅拌热：液体之间 液体和设备之间的摩 擦
（4）蒸发热：发酵过程中以蒸汽形式散发 到发酵罐的液面;由排气管带走的热量
（5）辐射热：罐内外温差，使发酵液中有 部分热通过罐体向外辐射。
2 温度对微生物生长的影响
dx x x dt
1 dx x dt
当μ>>α时;α可忽略，微生物处于生长状态 μ α皆与T有关， 其关系均可用阿累尼乌斯公式描述：
3 参数检测
❖ 参数检测方法 细胞浓度的测量
化学法：如DNA RNA分析等 物理法：如重量分析、分光光度分析、
浊度分析等
➢ 新技术：以电容法为测量原理的在线 活细胞浓度测量传感器
原位活细胞在线检测仪
二 代谢调控在发酵过程控制中的应用 1 初级代谢物的生产调节
初级代谢物：指一类低分子量的终点产物及这些 终点产物的生物合成途径中的中间体
3 参数检测
参数的测量形式 ➢ 离线测量：基质糖 脂类、无机盐等、前体和代谢产物
（抗生素、酶、有机酸、氨基酸等） ➢ 在线测量：如T 、pH、DO、溶解CO2、尾气CO2、黏度、
搅拌转速等 优点：及时、省力;可从繁琐操作中解脱出来，便于
计算机控制 困难：传感器要求较高。
3 参数检测
❖ 对传感器的要求 能经受高压蒸汽灭菌； 传感器及其二次仪表具有长期稳定性； 最好能在过程中随时校正;灵敏度好； 探头材料不易老化，使用寿命长； 安装使用和维修方便； 解决探头敏感部位被物料反应液粘住 堵塞
2发酵过程中pH的变化规律
生长阶段：pH相对于起始pH有上升或下降的 趋势
生产阶段：pH趋于稳定;维持在最适于产物合 成的范围
自溶阶段：pH又上升或下降
发酵液pH的改变对发酵的影响 1会导致微生物细胞原生质体膜的电荷改变;
第五章发酵机制与代谢调控
[ATP]+1/2[ADP]
能荷=
×100%
[ATP]+ [ADP]+[AMP]
2020/9/19
• 能荷调节：指细胞通过改变ATP、ADP和AMP 三者比例来调节其代谢活动。
• 当体系中ATP含量高时，ATP抑制磷酸果糖激 酶和丙酮酸激酶的活性，使糖酵解减少；
• 当需能反应加强，ATP分解为ADP、AMP， ATP减少，ADP、AMP增加，ATP的抑制作用 解除。
3-P-甘油酸 2-P-甘油酸
乙醇 乙乳醛酸 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸
2020/9/19
4ATP
2CH3COCOOH Mg2+
2ATP
2CO2 2CH3CHO NADH+H+
NAD+
C6H12O6
Байду номын сангаас
2C2H5OH
1、从Ｇ－－乙醇，无氧气参与，是无氧呼吸过程。
2、有脱氢反应，脱下的氢由辅酶Ⅰ携带。还原型 NADH+H+通过与乙醛反应而重新被氧化的。
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受能荷调节的酶系
R代表ATP合成系统；U代表ATP消耗系 统
2020/9/19
第一节 厌氧发酵机制与代谢调控
2020/9/19
一、酵母菌的酒精发酵
1.乙醇生产机制 酵母中，葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸，无氧
细菌发酵的机制及应用
细菌发酵的机制及应用在我们的生活中，细菌不仅仅是病菌的代表，还扮演着酸奶、酒类、面包等各种食品发酵的重要角色。
细菌发酵的机制，正是使这些美味食品得以获得的关键。
在本文中，我们将探讨细菌发酵的机制以及在食品工业中的应用。
一、细菌发酵的机制细菌是单细胞微生物，赖以生存的主要要素为糖类、蛋白质和脂肪等营养物质。
在含有这些营养物质的环境下，细菌会进行代谢反应，从而将这些物质转化为生长所需的能量。
而发酵作为一种细胞代谢过程，是细菌在生产代谢产物时的重要手段。
通过发酵，细菌可以将含有代谢产物的原始物质加工转化，产生出我们需要的有用物质。
这其中，细菌发酵的机制便是关键因素。
在不同的发酵过程中，细菌会产生出不同的代谢产物。
例如，面包的发酵机制中，面团中的酵母菌发酵产生出二氧化碳，使得面团膨胀变松软。
而乳酸菌发酵乳制品时，会产生出乳酸味道，起到增加风味的作用。
对于细菌发酵的机制，我们需要了解以下三个方面：1. 底物的选择：不同的代谢过程需要不同的底物。
例如，我们可以使用木糖来发酵木糖醇，也可以使用麦芽糖来发酵啤酒。
2. 发酵的环境：发酵的环境对细菌的代谢反应有很大的影响。
例如，乳酸菌可以在较低的酸度下发酵，而另一些细菌则需要中性或碱性环境。
3. 酶的种类和效率：酶是参与代谢反应的重要因素。
而不同细菌分泌的酶种类和效率存在很大差异，因此也会影响发酵的效果。
二、细菌发酵在食品工业中的应用细菌发酵在食品工业中的应用非常广泛，下面我们将探讨几个重要的例子：1. 酸奶的发酵酸奶被广泛认为是一种非常健康的食品，其秘密就在于乳酸菌的发酵。
乳酸菌可以将牛奶中的乳糖转化为乳酸，并分泌出一些其他的营养成分。
这些反应使得牛奶变得更加易消化，同时也增加了风味和营养。
因此，酸奶成为了市场上的一个热门产品。
2. 面包的发酵面包的发酵是使用酵母菌进行的。
当酵母菌被加入到面团中，开始进行糖类代谢。
在此过程中，酵母菌会消耗面团中的糖分，产生出二氧化碳和酒精。
生物发酵过程的优化与控制研究
生物发酵过程的优化与控制研究生物发酵技术作为现代生物技术的重要组成部分，在医药、食品、化工等众多领域发挥着关键作用。
然而，要实现高效、稳定且优质的生物发酵过程，对其进行优化与控制至关重要。
生物发酵过程是一个复杂的动态系统，涉及微生物的生长、代谢、产物合成等多个环节。
在这个过程中，各种因素相互影响，如培养基成分、温度、pH 值、溶氧浓度等。
因此，深入理解这些因素的作用机制，并采取有效的优化与控制策略，是提高发酵效率和产品质量的关键。
培养基成分的优化是生物发酵过程中的基础环节。
培养基为微生物的生长和代谢提供了必要的营养物质。
不同的微生物对营养物质的需求存在差异，因此需要根据具体的发酵菌株和目标产物来确定培养基的配方。
例如，碳源、氮源的种类和浓度会直接影响微生物的生长速度和代谢途径。
葡萄糖通常是一种常用的碳源，但过高的葡萄糖浓度可能会导致代谢抑制。
氮源的选择也十分重要，有机氮源和无机氮源的比例需要合理调配，以满足微生物的生长和产物合成需求。
此外，还需要考虑微量元素和生长因子的添加，它们虽然需求量较少，但对微生物的正常生理功能起着不可或缺的作用。
温度是影响生物发酵过程的重要环境因素之一。
不同的微生物都有其最适生长温度范围。
在这个范围内，微生物的生长速度和代谢活性较高。
如果温度过低，微生物的生长和代谢会减缓；而温度过高则可能导致蛋白质变性、酶失活等问题，从而影响微生物的生存和产物合成。
例如，在青霉素发酵过程中，前期需要较低的温度以促进菌丝生长，后期则需要提高温度来刺激青霉素的合成。
因此，根据发酵的不同阶段精确控制温度，对于提高发酵效率和产品质量具有重要意义。
pH 值对生物发酵过程的影响同样不可忽视。
微生物的生长和代谢活动对 pH 值有一定的要求。
pH 值的变化会影响细胞膜的通透性、酶的活性以及营养物质的吸收和利用。
大多数微生物在中性或微酸性环境中生长良好，但有些特殊的微生物可能适应更极端的 pH 值条件。
微生物发酵工艺及其控制简述
微生物发酵工艺及其控制简述罗宗学（云南大学生命科学学院云南昆明 650091）摘要：根据操作方式不同，发酵工艺分为间歇发酵，连续发酵和流加发酵三种类型，其中流加发酵在生产和科研上应用最为广泛。
在发酵工艺中反映发酵过程变化的参数分为物理参数、化学参数和生物学参数三大类，这些参数的变化直接影响到发酵工业的生产率和产物品质。
本文从对发酵工艺过程影响较大的发酵温度、pH值、溶解氧、泡沫、菌体浓度和基质、发酵时间等6个方面阐述如何进行发酵工艺的控制，为实现发酵产业的经济效益最大化提供必要的理论依据。
关键字：发酵工艺变化参数影响和控制发酵是指通过微生物（或动植物细胞）的生长培养和化学变化，大量产生和积累专门的代谢产物的过程。
早在2000多年前，我国就有了酿酒、制醋的发酵技术，那时候发酵完全属于天然发酵。
20 世纪40年代中期，美国抗菌素工业兴起，大规模生产青霉素，建立了深层通气发酵技术。
1957年，日本微生物生产谷氨酸盐(味精)发酵成功，大大推动了发酵工程的发展。
70年代开始，随着基因工程、细胞工程等生物过程技术的开发，以石油为原料生产单细胞蛋白，使发酵工程从单一依靠碳水化合物(淀粉)向非碳水化合物过渡，从单纯依靠农产品发展到利用矿产资源，如天然气、烷烃等原料的开发。
80年代，随着学科之间的不断交叉和渗透，微生物学家开始用数学、动力学、化工工程原理、计算机技术对发酵过程进行综合研究，人们能按需要设计和培育各种工程菌，在大大提高发酵工程的产品质量的同时，节约能源，降低成本，使发酵技术实现新的革命。
发酵过程中，为了能对生产过程进行必要的控制，需要对有关工艺参数进行定期取样测定或进行连续测量。
影响发酵过程发的因素很多，包括物理的（如温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、表观粘度、浊度、料液流量等），化学的（如质浓度、pH、产物浓度、溶解氧浓度、氧化还原电位、废气中氧及二氧化碳浓度、核酸量等）和生物的（如菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、基质消耗速率、关键酶活力等）三大类。
青贮饲料二次发酵的机制、质量评定与控制措施
窖 内压得很实 ， 抓到手 中却很松散 、 湿润 ， 没有发粘 的感 觉 ， 青贮茎叶 、 籽 粒 清 晰 可辨 ； 若 植 物 的结 构 不
清 应 考 虑是 否 收 割 过早 ，状 态 粘 滑则 是 青 贮 腐 败 的 标 志 。④ 味道 。好 的青贮 料甘 甜有 酸 味 ， 但这 需 要具
渐 上 升 。青 贮料 二 次 发 热 ， 往 往使 糖 、 乳 酸 的含 量 减
高于 ７ ５ ％ ）以及各种含水 率的青贮玉米测定 ｐ Ｈ值 是最 简 单 、 最迅 速 的评 估 方法 。 ｐ Ｈ值 与发 酵好 坏及 干 物 质损 失程 度 之 间有着 密 切 的关 系 。 一般 ｐ Ｈ值 与青
的 目的 ， 必须严 格 按青 贮 操作 规 程进 行 。常年 喂饲青
贮 料 时 ，夏 季高 温 容 易 引起 二 次 发 酵 ，所 以夏 季 开
值在 ５ 左右 ， 经二次发酵后 的青贮料重量损失很 大 ，
由７ ０ ０千 克 ／ 立 方 米 降为 ４ ０ ０千克 ／ 立 方米 。
窖， 应 在 窖 中设 活 动 凉棚 ， 以防 曝晒 和 防止 雨 淋 。如
饲 料 与 添 加 剂
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
青贮饲料 二次发酵 的机 制 、 质 量评定 与控制措施
孙 玉 梅 （ 黑龙江省嫩江县联兴 乡畜牧兽 医站 １ ６ １ ４ ０ ０ ）
二 次发 酵 ， 是 指在 青 贮 窖 开封 后 ， 青 贮 饲 料 与 空 气接触 ， 温度急剧上升 ， 酵 母 菌 和霉 菌 大 量 繁殖 而 导
品种 。原 料要 求 水分 在 ７ ０ ％以 内 ， 结实 率 约 为 ５ ０ ％， 干 物质 中可 消化 总 养 分 约 ７ ０ ％。原料 遇 霜 后调 制 的 青贮 ， 由于乳 酸 发酵 受 到抑 制 ， ｐ Ｈ值 高 ， 总酸 含量低 。 所 以， 开 封后 容 易 引起 二次 发酵 。 切 细提 高密 度 。经测 定 ， 长度 １ 厘米 以上 的原 料 超过 ｌ ｏ ％Ｈ ｌ ， － 容 易发 酵 ，所 以要 求 切 段 的长 度应 在 １
第五章-发酵过程控制(2024版)
为什么要研究发酵过程
了解有关生产菌种对环境条件的要求，并深入地了解生 产菌在合成产物过程中的代谢调控机制以及可能的代谢 途径，为设计合理的生产工艺提供理论基础。 为了掌握菌种在发酵过程中的代谢变化规律，通过各种 监测手段掌握各参数变化情况，并予以有效地控制，使 生产菌种处于产物合成的优化环境之中。
因此，A/Y为燃烧生成1g菌体的底物所需的氧， 而B为燃烧菌体所需氧的量；它们之间的差为C， 即为转化底物成菌体所需氧的量。
将Johnson方程式应用于利用葡萄糖和烷烃生产酵 母的下列方程式为：
对葡萄糖
C（mmol
/
g）
33.33 Y
41.7
对烷烃
C（mmol
/
g）
101.7 Y
41.7
如果对葡萄糖来说Y值取50％，而对烷烃来说Y值 取100％； 则：C对葡萄糖 ＝24.95 mmol氧/g菌体；
生长偶联型 部分生长偶联型 非生长偶联型
■分批发酵的分类对实践的指导意义
从上述分批发酵类型可以分析： ➢如果生产的产品是生长偶联型（如菌体与 初级代谢产物），则宜采用有利于细胞生长 的培养条件，延长与产物合成有关的对数生 长期； ➢如果产品是非生长偶联型（如次级代谢产 物），则宜缩短对数生长期，并迅速获得足 够量的菌体细胞后延长平衡期，以提高产量。
第二节 发酵条件的影响及其控制
工艺条件控制的目的：就是要为生产菌 创造一个最适的环境，使我们所需要的 代谢活动得以最充分的表达。
一、温度对发酵的影响及控制
1，影响发酵温度的因素
产热因素：生物热 搅拌热
散热因素：蒸发热 辐射热
发酵热
发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。 Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
微生物发酵过程优化控制技术进展
微生物发酵过程优化控制技术进展一、本文概述微生物发酵过程优化控制技术是生物工程领域的一个重要研究方向，它旨在提高发酵过程的效率、降低能耗、优化产品质量，从而实现工业生产的经济效益和环境效益的最大化。
随着生物技术的快速发展，微生物发酵过程优化控制技术也取得了显著的进步。
本文将对近年来微生物发酵过程优化控制技术的研究进展进行综述，包括发酵过程参数优化、发酵过程模型化与控制、发酵过程智能优化控制策略等方面，以期为该领域的进一步研究和发展提供参考和借鉴。
本文将介绍微生物发酵过程的基本原理和发酵过程控制的重要性，阐述优化控制技术在提高发酵效率、降低生产成本、改善产品质量等方面的关键作用。
本文将重点综述发酵过程参数优化技术的研究现状，包括温度、pH值、溶氧量、底物浓度等关键参数的优化方法和技术手段。
接着，本文将探讨发酵过程模型化与控制的研究进展，包括基于机理模型的发酵过程控制、基于数据驱动的发酵过程建模与控制等方面。
本文将介绍发酵过程智能优化控制策略的最新研究成果，包括基于、机器学习等技术的发酵过程优化控制方法，以及这些技术在实际工业生产中的应用情况。
通过对微生物发酵过程优化控制技术的研究进展进行综述，本文旨在为该领域的科研人员、工程师和研究生提供一个全面、深入的了解，以促进该领域的进一步发展和创新。
本文也希望为相关企业的技术创新和产业升级提供有益的参考和启示。
二、微生物发酵过程基础微生物发酵过程是一种复杂的生物化学过程，涉及微生物的生长、代谢以及产物的生成。
这个过程通常包括菌种选择、培养基配制、发酵条件控制等多个步骤。
发酵过程中的关键因素包括温度、pH值、溶解氧、营养物质浓度等，这些因素的优化控制对于提高发酵产物的产量和质量至关重要。
菌种选择是发酵过程的基础。
不同种类的微生物具有不同的代谢途径和产物生成能力，因此，选择适合发酵目标的菌种至关重要。
同时，菌种的遗传改良也是提高发酵效率的重要手段，通过基因工程等现代生物技术手段，可以实现对菌种代谢途径的精确调控，从而提高产物的产量和纯度。
酿酒酵母发酵过程中各类代谢物质代谢途径及其调控机制研究
酿酒酵母发酵过程中各类代谢物质代谢途径及其调控机制研究酒是人类在几千年的历史中所创造的一种美酒。
酒的制作过程中，必不可少的一个元素就是酵母。
酒酵母是一种单细胞真菌，可以将糖类等有机物质转化为乙醇、二氧化碳等有机物。
在发酵过程中，酒酵母需要调节各类代谢物质的代谢途径，以维持整个发酵过程的正常进行。
本文将介绍酿酒酵母发酵过程中各类代谢物质的代谢途径及其调控机制的研究。
一、酿酒酵母的代谢途径简介酿酒酵母的代谢途径主要包括三个方面：糖类代谢途径、脂类代谢途径和氮素代谢途径。
1、糖类代谢途径糖类代谢途径是酿酒酵母在发酵过程中最为重要的代谢途径。
在糖类代谢途径中，酿酒酵母可以将葡萄糖、果糖等糖类分子转化为乙醇、二氧化碳和能量等有机物质。
糖类代谢途径主要包括三个部分：糖酵解途径、三羧酸循环和氧化磷酸戊糖途径。
2、脂类代谢途径脂类代谢途径主要是指酿酒酵母在发酵过程中通过β-氧化、格丽尔酯途径等途径，将脂肪酸代谢为能量和生长所需的脂类物质。
酿酒酵母在糖类能源不足的情况下，会启动脂类代谢途径维持生物体的正常代谢过程。
3、氮素代谢途径氮素代谢途径主要是指酿酒酵母在发酵过程中将胺基酸和氨基化合物等通过转移和合成等途径，合成生物体所需的蛋白质和核酸等物质，从而完成代谢过程。
二、酿酒酵母代谢途径调控机制酿酒酵母的代谢途径调控机制可以由多种因素参与，如细胞内外环境因子、代谢产物均有影响。
其中，下面我们将具体说明几个调控机制。
1、酒精脱氢酶（ADH）和乙醇酸脱氢酶（ALDH）调控ADH和ALDH是酿酒酵母在糖类代谢途径中最为重要的代谢酶。
ADH能够将葡萄糖、果糖等糖类分子转化为乙醇；而ALDH则能够将乙醇进一步氧化为乙酸。
这两种脱氢酶在整个代谢途径中起到非常重要的调控作用。
2、代谢通路中枢调控代谢通路中枢调控是指通过酶活性的调节和代谢产物的交互作用，来调控酿酒酵母在代谢途径上的分化发育和维持生长，以适应各种环境的需要。
比如，在整个糖类代谢途径中，酿酒酵母可以通过调节各种关键酶的活性，来影响代谢物质的转化和积累。
啤酒发酵机制及工艺控制
啤酒发酵机制及工艺控制【本课程教学目标】1 、通过本节内容的学习，明白啤酒发酵的原理及如何控制发酵中的各种条件。
2 、引导学生了解啤酒发酵的流程，感悟如何保证啤酒质量、提高啤酒产量。
3 、让学生明白啤酒等食品的来之不易，学会珍惜一粥一饭。
【本课程教学难点】1、啤酒发酵过程中温度、时间、罐压等工艺条件的控制2、啤酒发酵的操作步骤【本课程教学重点】1、啤酒发酵机制2、啤酒发酵工艺条件控制【本课程教学方法】阅读、提问、讨论、总结分析【本课程课时安排】2课时【本课程教学过程】一、导入通过前面内容的学习，我们学习了酿造啤酒的原料及对原料的处理，还了解了酿造啤酒酵母的特性。
今天，咱们一起学习一个很有意思的内容如何酿造啤酒。
、正课1、啤酒发酵代谢主产物的形成①、提问：啤酒的主要成分是什么呢？讨论并归纳：酒精也叫乙醇②、提问：在课本中找出啤酒酵母是如何利用冷却的麦芽汁发酵生产啤酒的？讨论并归纳：麦芽汁的主要成分为GH2Q啤酒酵母利用C6H2Q在有氧条件下获得生命活动所需的能量，在无氧条件下生成啤酒主要成分C2H5QH反应式如下：有氧下GH2Q+Q+ADP+Pi^HQ+C2+ATP无氧下GH2Q+H»GHQH+CQ2、啤酒发酵代谢副产物的形成提问：找出啤酒发酵过程中产生的副产物及其对啤酒品质的影响讨论并归纳：总结：代谢副产物对啤酒品质有不良的影响，所以发酵过程中要严格控制代谢副产物的生产量。
3、啤酒发酵操作步骤提问：啤酒发酵如何操作？讨论并归纳：接种（罐对罐的方式）满罐（满罐的时间不能超过24h）主发酵（见下面解释）双乙酰还原（双乙酰还原温度大于等于主发酵温度）降温（降至5C,停留一天进行酵母回收）贮酒（-1 C左右进行贮酒，淡季7天以上、旺季3天以上）主发酵解释：「低温发酵（8C左右）啤酒发酵中温发酵（10-12 C左右）I高温发酵（15-18 C左右）①、啤酒发酵温度越高，发酵周期越短，啤酒品质越好。
发酵过程中的微生物代谢途径与调控机制研究
发酵过程中的微生物代谢途径与调控机制研究发酵是一种被广泛应用于食品生产、药物制造和能源生产等领域的生物技术方法。
在发酵过程中，微生物的代谢途径和调控机制起着至关重要的作用。
本文将从微生物的代谢途径和调控机制两个方面进行讨论。
微生物的代谢途径是指微生物在发酵过程中通过一系列化学反应将底物转化为产物的途径。
常见的微生物代谢途径包括糖酵解途径、葡萄糖酸途径、乳酸发酵途径等。
其中，糖酵解途径是最为常见的代谢途径之一。
在糖酵解途径中，微生物将葡萄糖分解为丙酮酸和乙醛，再通过丙酮酸和乙醛的转化产生乳酸、醇、乙酸等产物。
葡萄糖酸途径是另一种代谢途径，微生物在此途径中将葡萄糖转化为葡萄糖酸，再将葡萄糖酸进一步转化为乳酸。
乳酸发酵途径则是将葡萄糖直接转化为乳酸的代谢途径。
不同的微生物会选择不同的代谢途径来满足自身的能量需求和代谢产物的需求。
微生物的代谢途径受到多种调控机制的调控，以确保发酵过程能够顺利进行并产生高效的产物。
其中，环境因素是最为重要的调控机制之一。
微生物对环境的pH值、温度等因素非常敏感，过高或过低的环境条件可能会抑制微生物的代谢途径。
例如，大肠杆菌在碱性环境下会抑制糖酵解途径的进行，而在酸性环境下则会促进糖酵解途径的进行。
此外，底物浓度和产物浓度也是调控微生物代谢途径的重要因素。
当底物浓度过低或产物浓度过高时，微生物的代谢途径可能会受到抑制。
微生物通过感知环境中底物和产物浓度的变化，调节代谢途径的进行。
另外，微生物的基因调控也起着重要的作用。
微生物的基因组中包含了一系列调控基因，这些调控基因能够控制特定代谢途径中关键酶的合成。
通过调节这些酶的合成量，微生物能够在不同环境条件下选择合适的代谢途径。
这些调控基因受到内源和外源信号的调控，包括底物和产物浓度的变化、细胞内外环境的变化等。
微生物的基因调控能够实现代谢途径的快速调整，从而适应不同的环境条件和产物需求。
最后，微生物的代谢途径和调控机制的研究对于发酵工艺的优化和微生物菌种的选育具有重要意义。
酿酒酵母的代谢和发酵调控机制的研究
酿酒酵母的代谢和发酵调控机制的研究一直是酿酒工业和生物工程领域中的热点问题。
酿酒酵母是一种单细胞真菌，广泛存在于自然界中，也是酿酒和面包生产等行业中重要的微生物。
酿酒酵母的代谢通路非常复杂，包括糖、酒精、脂肪酸、氨基酸等多种代谢途径。
其中，糖代谢是酿酒酵母最为重要的代谢途径之一。
对于酿酒过程来说，糖是产酒的主要来源，而且也是调节酵母发酵速率和产生酒精的关键因素。
在酿造葡萄酒和啤酒等过程中，酵母细胞会通过糖酵解作用将葡萄糖转化成乙醇和二氧化碳。
这个过程是通过酿酒酵母的发酵途径和调控机制来完成的。
酿酒酵母通过三种不同的代谢途径来将葡萄糖转化成乙醇和二氧化碳。
这些代谢途径分别是糖酵解、异路线偏好途径和呼吸途径。
糖酵解是酿酒酵母的主要代谢途径之一。
它的主要功能是将葡萄糖转化成乳酸、乙醇和二氧化碳。
这个过程是通过一系列内源性发酵酶完成的，包括磷酸戊糖激酶、三磷酸甘油酸脱氢酶、磷酸烯醇丙酮酸羧化酶和乙醛脱氢酶等。
异路线偏好途径是酿酒酵母在缺氧条件下的代谢途径。
这个途径的主要功能是将葡萄糖转化成琥珀酸或乳酸，从而产生ATP能量。
值得一提的是，这个途径对于提高酵母的耐受性和生存能力有重要的作用。
呼吸途径是一种氧化代谢途径，能够利用细胞内氧气来转化葡萄糖。
这个途径的主要功能是将葡萄糖氧化成二氧化碳和水，从而产生更多的ATP能量。
除了代谢途径外，酿酒酵母还通过调控机制来确保代谢途径的高效运行。
这种调控机制通常包括迟滞效应、负向调控和正向调控等。
迟滞效应是指酵母在繁殖前期对葡萄糖的吸收速度比在繁殖高峰期要慢。
这个调控机制的主要作用是确保酿酒酵母在繁殖过程中充分利用葡萄糖。
负向调控是一种控制代谢途径的机制，通过这种机制可以控制代谢途径中关键酶的活性和基因表达。
这个机制通常由特定的信号通路负责，并且可以通过信号反馈机制将酵母代谢途径的效应与周围环境相互协调。
正向调控是另一种控制代谢途径的机制，通常通过提高代谢途径中关键酶的活性和基因表达来实现。
霉菌发酵过程的调控与控制
霉菌发酵过程的调控与控制霉菌发酵是一种重要的生物技术，被广泛应用于生物制品生产和食品加工等领域。
然而，发酵过程中往往伴随着霉菌生长与代谢水平的变化，如何进行调控与控制是提高发酵效率和产品质量的关键。
本文将介绍霉菌发酵过程中的调控机制和控制方法。
一、酵母菌代谢调控酵母菌的代谢活动是与发酵过程密切相关的。
在酵母菌发酵过程中，其代谢途径会发生变化，以适应外部环境的变化。
这种代谢调整是通过信号通路完成的。
1. 磷酸化信号通路磷酸化信号通路是一种重要的代谢调节机制。
在磷酸酶的催化下，ATP和其他小分子化合物可以进行反应，从而实现对酵母菌代谢活动的调控。
磷酸酶的活性是由GTPase活性调控的。
磷酸化信号通路的实现需要依托一些基因，如诱导泵和抑制泵等。
2. 染色质重塑染色质重塑也是一种重要的代谢调节机制。
通过染色质重塑，酵母菌的基因组结构可以得到改变，从而实现代谢途径的变化。
染色质重塑具有一定的特异性，不同的代谢活动对应的是不同的染色质结构。
3. 蛋白质翻译后修饰蛋白质翻译后的修饰也可以调控酵母菌的代谢活动。
蛋白质翻译后的修饰是通过酶催化完成的。
在霉菌发酵过程中，如果需要调整某一个酶的活性，可以通过修饰这个酶的翻译产物的方式实现。
二、酵母菌生长控制生长控制是发酵过程中的另一个重要问题。
在霉菌发酵过程中，过度的细胞生长往往会影响发酵效率和产品质量。
因此，控制酵母菌的生长是必不可少的。
控制酵母菌生长的方法有很多种，包括以下几种。
1. 温度调节温度调节是一种简单而有效的酵母菌生长控制方法。
通过控制发酵筒的温度，可以调整酵母菌生长的速度。
此外，在某些条件下，还可以通过控制温度来促进或抑制酵母菌代谢。
2. 氧气供给氧气供给也是酵母菌生长控制的重要手段。
氧气是酵母菌生长所必需的，但是过量的氧气会刺激酵母菌的生长，从而影响发酵效率和产品质量。
因此，通过控制氧气的供给可以实现对酵母菌生长的控制。
3. 发酵介质的配比发酵介质的配比也是酵母菌生长控制的一种方法。
(完整版)发酵原理及工艺
18
皮肤、毛发中的细菌
肠粘膜上分布的细菌
时时刻刻与微生物“共舞”
？ ？ 6.是 祸 是 福
微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！
少数微生物是人类的敌人，可以导致病害、霉变等
鼠
艾
滋
疫
病
埃博拉病毒 防止或消除有害微生物
• 微生物是人类的朋友 充分利用有益的微生物资源
➢ 微生物是自然界物质循环的关键环节：固氮、分解； ➢ 体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证
细菌的一般培养条件 一般细菌可在有氧条件下，37℃、最适pH6.5～7.5，放18～ 24小时生长。厌氧菌则需在无氧环境中放2～3天后生长。个 别细菌如结核菌要培养1个月之久。
放线菌的一般培养条件 放线菌中除致病类型外，一般为需氧菌，生长的最适温度为 28-30℃，最适PH为7.5-8.0，培养时间一般2-3天或更长。
实际生产中，对环境、设备、管线、物料、人员等均有控菌要求 千方百计避免杂菌污染
无菌操作案例
1.无菌技术除了用来防止实验室的培养物被其他外来微生 物污染外，还有什么目的？
答：无菌技术还能有效避免操作者自身被微生物感染。 2.请你判断以下材料或用具是否需要消毒或灭菌。如果
需要，请选择合适的方法。 （1） 培养细菌用的培养基与培养皿 （2） 玻棒、试管、烧瓶和吸管 （3） 实验操作者的双手 答：（1）、（2）需要灭菌；（3）需要消毒。
真核微生物（真菌、原生动物、藻类）
2.菌落：由一个细菌局限于一处生长繁殖后形成的具有一定形 态特征的子细菌群落
细菌菌落在固定培养基的培养特征一般从以下方面描述
（1）大小 （2）边缘形状
（3）隆起度
（4）表面状态 （5）表面光泽
（6）表面质地
发酵机制
1：什么是莫诺方程？其中饱和常数k值的物理意义？μ=μmax S/（Ks+ S）μ：菌体的生长比速S：限制性基质浓度Ks：半饱和常数μmax:最大比生长速度Ks的物理意义：当比生长速率为最大比生长速率的一半时，Ks在数值上等于限制性营养物的质量浓度，其大小表示微生物对营养物质吸收亲和力的大小，即Ks最大，微生物对营养物的亲和力越小。
2：分批培养发酵中，菌体的生长规律是什么？在分批培养发酵中，随着细胞浓度和代谢浓度的不断变化，主要分为四大阶段：1.）延滞期:活菌数没增加，曲线平行于横轴,特点：生长速率常数= 0；细胞形态变大（长）；细胞内RNA特别是rRNA含量增高；合成代谢活跃，易产生诱导酶；对外界不良条件敏感2.）对数期:细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线关系。
即生长速率常数最大;平衡生长;代谢最旺盛;对理化因素较敏感3）稳定期①细胞增殖与死亡数几乎相等，细胞数达最高值；②开始积累内含物或产芽③开始合成次生代谢产物4.）衰亡期①出现“负生长”；②细胞出现多形态变化；③菌体死亡、自溶孢；3：什么是分批发酵？有什么优缺点？定义：在一个密闭系统内一次性投入有限数量的营养物进行培养的方法。
优点：操作简单；引起染菌的概率低；不会产生菌种老化和变异等问题。
缺点：非生产时间较长，设备利用率低；4：什么是补料分批培养？有什么优缺点？其是指在分批发酵过程中，间歇或连续的补加新鲜培养基的发酵方式。
优：使发酵系统中维持很低的基质浓度；和连续发酵比，不需要严格的无菌条件；不会产生菌种老化和变异等问题。
缺：存在一定的非时间生产；和分批发酵比，中间要流加新鲜培养基，增加了染菌的危险。
5：什么事连续发酵，有什么优缺点？其是在开放系统中进行的，指以一定的速率向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同的速率流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定，使培养物在恒定的状态下生长的培养方法。
优：提供了一个微生物在恒定状态下高速生长的环境，便于进行微生物代谢，生理生化和遗传特性的研究；在工业生产中可减少分批培养中每次清洗，装料，消毒，接种，放罐等操作时间，提高生产效率和自动化程度；连续培养生产出的发酵产品，质量比较稳定。
4.固态发酵技术与过程控制
金针菇固态发酵
白酒固态发酵
2. 固态发酵分类
自然富集固态发酵 强化微生物混合固态发酵 限定微生物混合固态发酵 单菌固态纯种微生物发酵
酱豆发酵
生香曲用于粱醅发酵
增香曲固态发酵
红曲米发酵
3 . 固态发酵的发展趋势和应用前景 现状: 技术含量低,发酵方式落后,工业化大规模生产
难以实现 应用前景:克服自身特点,应用具有巨大潜力。
预习饮料酒生产工艺中的“黄酒生产”内容。
（2）吸附载体固态发酵方式
接种管 无菌空气雾化器
种子罐 多孔吸附载体筒
风机 反应器
盖门
排气口
吸附载体固态发酵
吸附载体固态发酵的步骤
① 将多孔吸附载体容置在发酵容器内，并在多孔吸 附载体上按固液体积比为１∶１.５－２.５吸附可 溶性培养基；
② 在多孔吸附载体中接种发酵菌，发酵菌的重量 为培养基的重量的２－１０％；
固态发酵被认为是可再生性资源综合利用最有希望的途径。
二、固态发酵技术
发酵技术可分为:
静态密闭式固态发酵技术 动态密闭式固态发酵技术 吸附载体固态发酵技术 气相双动态固态纯种发酵技术
1. 混合固态发酵
(1)混合固态发酵 依靠两种或多种微生物的共同作用来完
成的固态发酵。 (2) 分类 自然富集固态发酵
蒸发散热和强制通风是固态发酵控温的主要措施！
（3）通气与传质 氧的传递途径：
气体与固体颗粒间的传递 颗粒内氧的传递 氧气从气相主体到微生物的传递
搅拌和强制通风是固态发酵促进氧传递的主要手段！
（4）pH值
固态发酵系统pH值难以控制，常用物料 加水混匀，用pH探头之间测定。
作业
总结本节主要概念（固态发酵、自然富集固态 发酵 强化微生物混合固态发酵、限定微生物混合 固态发酵、混合固态发酵、吸附载体固态发酵）及固 态发酵过程控制。
增加食品品质：如何利用发酵机制
增加食品品质：如何利用发酵机制食品品质是人们选择食品和消费的重要指标之一。
良好的食品品质不仅可以提高食品的口感和营养价值，还可以保障食品的安全性和可持续性。
而发酵机制是提高食品品质的一种重要方式，通过调节食品中的微生物活动，可以改善食品的滋味、质地和保质期等因素，以下是如何利用发酵机制增加食品品质的几个方面。
首先，利用发酵机制可以改善食品的口感和滋味。
例如，面包是人们日常生活中常见的食品之一，而经过发酵的面包更加松软、香味浓郁，口感更佳。
这是因为在面包的制作过程中，面团中的酵母菌通过发酵作用产生二氧化碳气泡，使得面包膨胀。
同时，在发酵过程中，酵母菌还会产生大量有机酸和酶，这些物质可以增加面包的香味和口感。
其次，利用发酵机制可以提高食品的营养价值。
在发酵过程中，微生物会产生一系列酶，这些酶可以分解食品中的大分子营养物质，使其更容易被人体吸收和利用。
例如，豆类食品通过发酵可以降解豆腥味，并大量产生维生素B族，这些维生素对人体的代谢和免疫功能有着重要作用。
此外，发酵还能使食品中的某些物质转化为更易吸收的形式，如盐池酸菌能将植物中的盐分转化为有机酸盐，提高食品中的可溶性盐的含量，减少盐分对人体的危害。
此外，发酵还可以延长食品的保质期。
在发酵过程中，酵母菌和乳酸菌等有益微生物会产生酸性物质和抗菌物质，这些物质可以抑制或杀死一些有害菌的生长，从而延长食品的保质期。
例如，酸奶经过发酵可以在适当的温度下保存数周甚至数月，这是因为乳酸菌在发酵过程中产生的乳酸和其他有机酸物质能够抑制有害菌的繁殖。
同样地，咸菜和泡菜等经过发酵的食品也能够由于乳酸菌的作用而保持较长的保质期。
最后，发酵机制还可以改善食品的安全性。
在食品加工和储存过程中，会有一些有害微生物如大肠杆菌和沙门氏菌等的存在。
而经过一定的发酵处理，食品中的有益微生物会竞争性地繁殖，从而抑制有害菌的生长。
此外，一些有益微生物还会产生抗菌物质，对抗有害菌的侵害。
因此，利用发酵机制能够提高食品的安全性，降低食品中有害菌的含量，减少食品中细菌污染引起的食源性疾病。
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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
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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
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2、TCA循环
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。
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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。
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§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。
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❖
葡萄糖
❖
❖
丙酮酸 + 丙酮酸
A(CH3CO-CoA)
❖
中国：涂料，49%；医药食品，10%
❖
美国：涂料，10%；医药食品，54%以上
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二、甘油的厌氧发酵
1、酵母菌代谢合成机制
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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+
总计：
2*（2.5ATP*3 +1.5 +1 +2.5 ）+ 2.5*2 +2=32ATP
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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
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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。
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
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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：
（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%
❖ 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
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❖ 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
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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。
❖
❖ CO2固定反应
❖
草酰乙酸 +
❖
酸合成酶）
❖ ❖ ❖
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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
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
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。
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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。
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……。
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
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§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。