微生物的代谢和发酵2,
生物发酵原理
生物发酵原理
生物发酵是一种利用微生物、酵母或细胞等生物体对有机物进行分解或合成的
生物化学过程。
在这个过程中，微生物或酵母通过代谢活动产生酶，利用酶来分解底物或合成产物。
生物发酵在食品加工、药物生产、酿酒酿酱等领域有着重要的应用价值。
首先，生物发酵的原理是基于微生物的代谢活动。
微生物在合适的温度、pH
值和营养条件下，可以进行呼吸作用和发酵作用。
在呼吸作用中，微生物利用底物（如葡萄糖）和氧气产生能量和二氧化碳；在发酵作用中，微生物在缺氧或氧气供应不足的情况下，利用底物产生能量和有机产物。
这些有机产物可以是酒精、乳酸、醋酸等。
其次，生物发酵的原理还涉及酶的作用。
酶是生物体内的一种生物催化剂，可
以加速化学反应的进行。
在生物发酵过程中，微生物通过代谢活动产生特定的酶，这些酶可以选择性地催化特定的化学反应，从而实现底物的分解或合成。
例如，酵母在酿酒过程中产生酒精酶，可以将葡萄糖分解成酒精和二氧化碳。
此外，生物发酵的原理还受到微生物生长的影响。
微生物的生长受到温度、pH 值、营养物质等因素的影响。
在生物发酵过程中，需要控制好这些因素，以提供良好的生长环境，从而保证微生物的代谢活动和酶的产生。
总的来说，生物发酵原理是基于微生物的代谢活动、酶的作用和微生物生长的
影响。
通过合理控制这些因素，可以实现底物的高效分解或合成，从而得到所需的有机产物。
生物发酵在食品工业、医药工业和生物能源领域有着广泛的应用前景，对于推动可持续发展和资源利用具有重要意义。
微生物代谢途径及其应用
微生物代谢途径及其应用微生物代谢是指微生物在生命活动中所经过的化学反应过程。
微生物代谢途径可以分为两类：有氧代谢和厌氧代谢。
有氧代谢是指微生物在有氧条件下进行的代谢过程，需要氧气参与其中。
而厌氧代谢是指微生物在缺氧或者不需要氧气的条件下进行代谢过程，不需要氧气参与其中。
1.有氧代谢途径（1）糖酵解糖酵解是一种普遍的有氧代谢途径。
糖酵解可以将葡萄糖等简单碳水化合物分解成乳酸、丙酮酸和二氧化碳等产物。
这个过程中，有酶参与其中，其中最重要的是磷酸戊糖激酶和辅酶A。
糖酵解产生的能量可以被细胞利用来维持其生命活动。
（2）三羧酸循环三羧酸循环也是一种重要的有氧代谢途径。
该代谢途径起始物质为乙酰辅酶A，最终产物为二氧化碳、水和ATP。
三羧酸循环在细胞中扮演重要的调节功能，不仅能产生能量，而且能够通过代谢产生许多物质，如酮体、胆固醇和氨基酸等。
（3）氧化磷酸化氧化磷酸化是细胞中产生ATP的最主要途径。
氧化磷酸化的产生需要氧气的参与，它的产生能量丰富，可以被微生物细胞广泛利用。
氧化磷酸化的特点是产生ATP时电子被氧气接受，氧气变成水。
2.厌氧代谢途径（1）乳酸发酵乳酸发酵是微生物在缺氧条件下产生能量的重要途径之一。
乳酸发酵是指葡萄糖经过糖酵解后而产生的乳酸。
乳酸在细胞中可以作为能量来源，也可以被利用于生产酸奶、牛奶和奶酪等食品中。
（2）乙醇发酵乙醇发酵是一种常见的厌氧代谢途径。
在乙醇发酵过程中，微生物将葡萄糖和其他碳水化合物转化为乙醇和CO2。
乙醇发酵可用于生产酒精和燃料等。
（3）丙酮酸发酵丙酮酸发酵是微生物在缺氧条件下的另一种常见代谢途径。
丙酮酸可以由草酸或其他有机物分解代谢而来，也可以由糖酵解初步分解得到。
丙酮酸的产生和利用不仅有助于微生物的生命活动，而且可以被利用于食品工业和药品生产等领域。
微生物代谢途径的应用微生物代谢途径可用于多个领域。
以下列举一些常见应用：1.医药领域微生物代谢制备药物是一种重要的手段。
微生物发酵原理
微生物发酵原理
微生物发酵是指利用微生物代谢产物对有机物进行分解和转化的过程。
其原理主要包括以下几个方面：
1. 微生物选择性代谢：不同类型的微生物在不同的环境条件下能够选择性地利用特定的有机物作为能源和营养来源。
通过合理选择和控制发酵条件，可以促使特定微生物参与产物生成。
2. 底物转化：微生物可以利用底物分解酶将底物（如蔗糖、淀粉等）转化为更简单的有机物（如葡萄糖、乳酸等），同时释放出能量。
3. 代谢产物：微生物的代谢过程可以产生多种有机物，如有机酸、醇类、气体等。
这些代谢产物具有一定的经济价值，可以被利用于食品、饮料、制药等领域。
4. 发酵条件调控：发酵过程中，pH值、温度、氧气含量和营
养物质等因素对微生物生长和代谢活性有重要影响。
合理调控这些条件可以提高发酵效率和产物利用率。
5. 发酵设备：发酵过程通常在发酵罐或装置中进行，提供适宜的温度、氧气和营养物质，以维持微生物的生长和代谢活性。
综上所述，微生物发酵是利用微生物代谢产物对有机物进行分解和转化的过程，其原理涉及微生物的选择性代谢、底物转化、代谢产物、发酵条件调控和发酵设备等方面。
这一过程在食品、饮料、医药等领域具有广泛应用前景。
第十五单元——第五章微生物代谢(二)
微生物的代谢
二、糖的合成代谢 1. 糖合成的能量来源
包括：化能异养型、化能自养和光能营养微生物的生 物氧化和产能
（1）化能异养型微生物的生物氧化和产能 糖的分解代谢所产生的能量都可以用于糖的生物合 成，本节第一部分已经介绍过。 此外，某些化能异养微生 物（如Closterdium sporogenes 生孢梭菌）能利用一些氨基 酸同时当作碳源、氮源和能源。
嗜盐菌紫膜的光合作用特点：
无O2条件下进行；
不产O2； 最简单的光合磷酸化反应； 无叶绿素和细菌叶绿素，光合色素是紫膜上的 视紫红质。
生物合成三要素（简单小分子， ATP，NADPH） 如何获得？
氧化磷酸化：好氧菌，兼性厌氧菌 底物水平磷酸化：厌氧菌，兼性厌氧菌 光合磷酸化：光合微生物 HMP：化能异养型 耗ATP逆电子链传递：化能自养型， 紫色和绿色光合细菌 光合作用（非循环光合磷酸化）：蓝细菌 异养型：从环境中吸取 自养型：同化CO2
红色部分（红膜）
嗜盐菌 细胞膜 主要含细胞色素和黄素蛋白等用于氧化磷酸化的呼吸链载体
紫色部分（紫膜） 在膜上呈斑片状（直径约0.5 mm）独立分布，其总面积约占 细胞膜的一半，主要由细菌视紫红质组成。
实验发现，在波长为550-600 nm的光照下，嗜盐菌ATP的合成速率 最高，而这一波长范围恰好与细菌视紫红质的吸收光谱相一致。
（1）自养微生物的CO2固定
1）Calvin循环（Calvin cycle）
循环中特有酶：磷酸核酮糖激酶和核酮糖羧化酶。循环分三个阶段 ： ①羧化反应 （核酮糖-1,5-二磷酸通过核酮糖羧化酶将CO2固定，转变为 2个甘油酸-3-磷酸，重复3次，产生6个C3化合物 ） ②还原反应（甘油酸-3-磷酸被还原成甘油醛-3-磷酸 ） ③CO2受体的再生 （1个甘油醛-3-磷酸逆EMP途径生成葡萄糖，其余5 个再生出3个核酮糖-1,5-二磷酸分子，以便重新接受CO2分子 ）。
5.2.2微生物的代谢
结论：体积越小，相对表面积越大
微生物代谢的特点
资料2
大肠杆菌每小时分解的糖是自身重量的 2000倍。 乳酸杆菌每小时产生的乳酸是自身重量 的1000-10000倍。
产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆 强100倍，比食用牛强10万倍。
结论： 微生物的代谢异常旺盛
一、微生物的代谢产物
初级代谢产物
中间产物Ⅱ
甲硫氨酸
苏氨酸
赖氨酸
思考：
1、 赖氨酸是必需氨基酸吗？有什么用途？ 2.黄色短杆菌合成赖氨酸的代谢调节属于哪种调节 方式？ 天冬氨酸 3. 天冬氨酸激酶的活性在什么条 天冬氨酸激酶 件下才会被抑制？怎样解除？ 中间产物Ⅰ 4、合成苏氨酸需要什么条件？ 中间产物Ⅱ 5、怎样才能抑制苏氨 高丝氨酸 酸的合成？ 脱氢酶 高丝氨酸 6、改变微生物的遗传 特性可采用哪些方法？ 甲硫氨酸 苏氨酸、赖氨酸
人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸
天冬氨酸
人工诱变的 菌种不能产生 高丝氨酸 脱氢酶
天冬氨酸激酶
中间产物Ⅰ
高丝氨酸
中间产物Ⅱ
不能合成
甲硫氨酸 苏氨酸
可以大 量积累
赖氨酸
人工控制谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸
葡萄糖
中间产物
α-酮戊二酸
谷氨酸脱氢酶 抑制 NH4+ 谷氨酸
在谷氨酸的生 产过程中，可采用 一定的手段改变谷 氨酸棒状杆菌 细胞膜 __ 的透性 ______，使谷氨酸 能迅速排放到细胞 外面，从而解除了 谷氨酸 谷氨酸对 ________ 脱氢酶 _______的抑制作用， 提高谷氨酸的产量。
结束！
控制措施
具体方式
改变微生物遗传特性 诱变处理，选择符合生产要求的菌种 溶解氧 控 制 发 酵 条 件 PH值
细菌的代谢途径和生物矿化
细菌的代谢途径和生物矿化细菌是一类微生物生物体，能够根据不同环境中的养分进行代谢。
细菌的代谢途径分为三类：有氧呼吸、厌氧呼吸和发酵。
细菌代谢途径的不同会产生不同的代谢产物，这些代谢产物在工业、医疗、农业等领域中都有着广泛的应用价值。
一、有氧呼吸有氧呼吸是指在氧气存在的条件下，细菌将有机物氧化成二氧化碳和水，同时释放出能量。
细菌中常见的有氧呼吸细菌有泛菌属、病原菌属等。
有氧呼吸是一种高效的代谢方式，能够充分利用有机物内的能量，生成大量ATP（三磷酸腺苷）。
二、厌氧呼吸与有氧呼吸相反，厌氧呼吸是在缺氧条件下进行的代谢过程。
在厌氧呼吸中，细菌将有机物氧化成二氧化碳、硫化氢、亚硝酸（NO2-）等代谢产物，同时释放出能量。
细菌中常见的厌氧呼吸细菌有古菌属、艰难菌属等。
厌氧呼吸相比有氧呼吸效率较低，但是可以在缺氧环境中生存，对于一些极端环境下的细菌来说是一种重要的代谢途径。
三、发酵发酵是指在没有外界氧气的条件下，细菌通过代谢有机物产生能量和代谢产物的过程。
发酵对于很多微生物和生物的生存和繁殖都有着重要的意义。
细菌的发酵方式主要分为乳酸发酵、酒精发酵、丙酮酸发酵等。
乳酸发酵是细菌将糖转化成乳酸的过程，酒精发酵是细菌将糖转化成酒精的过程，而丙酮酸发酵是将有机物转化成丙酮酸和二氧化碳的过程。
除了代谢途径之外，细菌在生理和生态学上还有一个特殊的能力：生物矿化。
生物矿化是指生物体在化学、物理、生物学等方面的相互作用下，使用在环境中存在的小分子形成矿物质的过程。
在细菌中生物矿化的主要机制包括异养作用和自养作用。
异养作用是指一些化合物（如铁、镁、钛等）在细菌体内被转化成一些矿物质（如磷酸钙、碳酸钙等）。
这种过程主要是通过细菌体表的特殊分泌物将这些化合物转化成固态物质。
自养作用则是指细菌体内的无机盐被转化成矿物质的过程，与异养作用相比，自养要少见。
但这种机制在一些极端环境、浅层地层和深海生物地球化学中却发挥着重要的作用。
细菌的代谢途径和生物矿化是细菌生存中不可或缺的过程。
微生物的代谢
感谢观看
代谢产物
初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖。 脂类、维生素等。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不 停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。
次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非 是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素。毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物 不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机 化合物，种类很多，常用的有链霉素、青霉素、红霉素和四环素等。
在生产实际中，人们将通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程叫做发酵。发酵的种类很多。根据 培养基的物理状态，可分为固体发酵和液体发酵；根据所生成的产物，可分为抗生素发酵、维生素发酵和氨基酸 发酵等；根据发酵过程对氧的需求情况，可分为厌氧发酵（如酒精发酵、乳酸发酵）和需氧发酵（如抗生素发酵、 氨基酸发酵）。
人工控制
人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件（即发酵条件）等。例如， 黄色短杆菌能够利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。其中，赖氨酸是一种人和高等动物的必需氨基酸， 在食品、医药和畜牧业上的需要量很大。在黄色短杆菌的代谢过程中，当赖氨酸和苏氨酸都累计过量时，就会抑 制天冬氨酸激酶的活性，使细胞内难以积累赖氨酸；而赖氨酸单独过量就不会出现这种现象。例如，在谷氨酸的 生产过程中，可以采取一定的手段改变细胞膜的透性，是谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除谷氨酸对谷氨 酸脱氢酶的抑制作用，提高谷氨酸的产量。
发酵工程—5.微生物的代谢和调节工程
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
二、酶合成的调节（酶量）
1 、 微
酶合成的调节是一种通过调节酶的合成量进 而调节微生物的代谢速率。
生 物
这是一种在基因水平上（在原核生物中主
的 要在转录水平上）的代谢调节。
代 谢
有诱导调节和阻遏调节。
类
型
和
自
我
调
节
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
个同功酶发生抑制作用。
物 的 代
如：大肠杆菌天冬氨族氨基酸合成途径 中，有三个同工酶天冬氨酸激酶ⅠⅡ Ⅲ分
谢 类
别受赖氨酸、苏氨酸、硫氨酸反馈调节
型
和
自
我
调
节
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
1 、 微 生 物 的 代 谢 类 型 和 自 我 调 节
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
型 和
顺序诱导:先合成能分解底物的酶，再依次合
自 成分解各中间代谢物的酶，以达到对较复杂
我 调
代谢途径的分段调节。
节
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
2．阻遏
1
在微生物的代谢过程中，当代谢途径中
、 微
某末端产物过量时，除用反馈抑制的方式
生 来抑制该途径中关键酶的活性以减少末端
物 的
产物的生成外，还通过阻遏作用来阻碍代
生 物 代
素等。 特征：
谢
不同的微生物初级代谢产物基本相同；
初级代谢产物合成过程是连续不断的，
与菌体的生长呈平行关系。
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
次级代谢产物
定义：微生物生长到一定阶段才产生的化
食品微生物学 第三章微生物的生理 第四节微生物的代谢
第三章
微生物的生理
3.1 微生物的营养 3.2 微生物的生长 3.3 微生物生长的控制 3.4 微生物的代谢
微生物的生理
3.4 微生物的代谢
代谢（metabolism）是微生物细胞与外界环境不断进行 物质交换的过程，即微生物细胞不停地从外界环境中吸收适 当的营养物质，在细胞内合成新的细胞物质并储存能量，这 是微生物生长繁殖的物质基础，同时它又把衰老的细胞和不 能利用的废物排出体外。因而它是细胞内各种生物化学反应 的总和。由于代谢活动的正常进行，保证的微生物的生长繁 殖，如果代谢作用停止，微生物的生命活动也就停止。因此 代谢作用与微生物细胞的生存和发酵产物的形成紧密相关。 微生物的代谢包括微能量代谢和物质代谢两部分。
微生物的生理
第四阶段：2-磷酸甘油酸转变为丙酮酸。这一阶段包括 以下两步反应：
① 2-磷酸甘油酸在烯醇化酶的催化下生成磷酸烯醇式丙 酮酸。
反应中脱去水的同时引起分子内部能量的重新分配，形 成一个高能磷酸键，为下一步反应做了准备。
微生物的生理
② 磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下，转变为 丙酮酸。
GDP+ Pi GTP 琥珀酰CoA 琥珀酸硫激酶 琥珀酸 + CoASH
琥珀酰CoA在琥珀酸硫激酶的催化下，高能硫酯键被水 解生成琥珀酸，并使二磷酸鸟苷（GDP）磷酸化形成三磷酸 鸟苷（GTP）。这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸 化。
微生物的生理
⑥琥珀酸脱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生成延胡索酸
FAD
FADH2
琥珀酸
NAD+
NADH +H+
苹果酸
草酰乙酸
苹果酸脱氢酶
TCA循环的总反应式如下：
微生物的代谢途径和调控机制
微生物的代谢途径和调控机制微生物是一种非常常见而又重要的生物，它们在生态系统中有着重要的作用。
微生物的代谢途径和调控机制是微生物研究中不可忽视的一部分。
本文将从微生物的代谢途径和调控机制两个方面展开论述。
微生物的代谢途径微生物的代谢途径是指微生物在自身体内进行能量代谢的一系列反应，包括有氧呼吸、厌氧呼吸和发酵等。
其中，有氧呼吸是指微生物利用氧气作为终端电子受体，将有机物完全氧化成为二氧化碳和水，并产生能量。
厌氧呼吸则是指微生物在氧气不足的条件下，利用其他物质作为电子受体，将有机物部分氧化，并产生能量。
而发酵则是指微生物在氧气缺乏时，将有机物在不需要外部电子受体的条件下，分解成酸、醇和气体等产物，并产生能量。
微生物的代谢途径对于微生物的生存和繁殖有着至关重要的作用。
不同的微生物对于不同种类物质的代谢能力不同，这也是微生物能够适应不同环境的原因之一。
例如，某些微生物能够代谢硫、铁等金属离子，从而在海洋底部形成硫化物流，而某些细菌则能够将氮气转化为氨，提供生态系统的必需氮源。
微生物的调控机制微生物的代谢途径需要受到调控才能保证生命过程的正常。
微生物的调控机制包括转录调控、翻译调控和代谢调控等。
其中，转录调控是指微生物可以通过正反馈和负反馈机制，调控基因的表达量。
翻译调控则是指微生物可以通过启动子和转录因子等控制RNA的合成和mRNA的稳定性，影响蛋白质的表达量。
而代谢调控则是指微生物通过代谢产物的反馈和前体物的调节，调控酶的活性和基因表达，从而控制代谢途径的进行。
微生物的调控机制不仅对维持其生命活动有着重要的作用，同时也对于人类的健康有着深远的影响。
以大肠杆菌为例，它是肠道中普遍存在的微生物，当体内钙浓度过低时，大肠杆菌就会通过感应系统调控Calcium Transporter (CaT)的表达量，从而增加体内钙的吸收，保证人体的健康。
总结微生物的代谢途径和调控机制是微生物研究中的重要内容。
通过对微生物的代谢途径和调控机制的研究，不仅可以更好地了解微生物对环境的适应性和生命活动的本质，同时也可以为生物技术和人类健康等方面提供有益的参考和支持。
发酵过程中的微生物代谢途径
发酵过程中的微生物代谢途径发酵是一种利用微生物代谢途径来生产有用产物的过程。
在发酵过程中，微生物通过对底物的降解和合成来获得能量和生长所需物质。
微生物的代谢途径主要包括糖酵解、无氧的乳酸发酵、醇发酵、酒精发酵和有氧代谢等。
糖酵解是一种常见的微生物代谢途径，它可以将葡萄糖降解为乳酸、乙醇或酸（例如乳酸发酵、醇发酵）。
糖酵解分为两个阶段：糖的降解和生成乙酸、溶解氢氧化物等产物。
在糖的降解阶段，糖被通过一系列的酶催化反应分解成丙酮磷酸和乙醛，然后进一步代谢生成乙酸、乙醇或酒精。
乳酸发酵是糖酵解的一种常见形式，它主要发生在乳酸杆菌等一些厌氧菌中。
乳酸发酵的终产物是乳酸，乳酸的生成不需要氧气，因此乳酸发酵可以在厌氧条件下进行。
醇发酵是另一种常见的微生物代谢途径，它将糖类或其他有机物质代谢生成醇。
这种发酵也是在缺氧条件下进行的，并且醇发酵的产物种类多样。
例如，谷物中的糖类可以发酵生成乙醇和二氧化碳，酵母菌可以将糖类发酵生成酒精，大肠杆菌可以将葡萄糖发酵生成乙醇和乳酸。
酒精发酵是一种产生酒精和二氧化碳的微生物代谢途径，酵母菌是最常见的进行酒精发酵的微生物。
酒精发酵中，糖类通过一系列的酶催化反应被分解成丙酮酸和乙醛，然后进一步代谢生成乙醇和二氧化碳。
酒精发酵具有很高的能量输出效率，因此被广泛应用于酿造业和发酵食品加工中。
除了无氧代谢途径，微生物还可以通过有氧代谢来获得能量和生长所需物质。
在有氧条件下，微生物利用氧气将底物完全氧化，产生能量和二氧化碳、水等无害的代谢产物。
有氧代谢包括三个主要过程：糖类的降解、柠檬酸循环和呼吸链。
在糖类的降解过程中，葡萄糖被分解成丙酮磷酸，并在柠檬酸循环中通过一系列酶催化反应生成二氧化碳和水。
细胞在呼吸链中生成ATP，并将氧气还原为水。
微生物在发酵过程中的代谢途径和底物种类的选择主要受到环境条件的影响。
例如，在缺氧条件下，微生物通过无氧代谢途径来获得能量，而在有氧条件下则通过有氧代谢途径来代谢底物。
微生物与食品发酵
微生物与食品发酵微生物是一类非常微小的生物体，包括细菌、真菌和酵母等。
在食品加工和制作过程中，微生物起着至关重要的作用，特别是在食品发酵中。
食品发酵是利用微生物的代谢反应来改善食品的品质、味道和保存性的过程。
一、微生物对食品发酵的作用1. 产生酶：微生物可以产生各种酶，例如淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等。
这些酶可以分解食材中的复杂物质，将其转化为更简单的物质，方便人体吸收和消化。
2. 发酵代谢：微生物通过发酵代谢来改变食材的性质。
比如，乳酸菌发酵牛奶会产生乳酸，使牛奶呈酸性，增加其保鲜期。
另外，酵母菌的发酵可以产生二氧化碳，使面团膨胀发酵，制作出松软的面包。
3. 产生芳香物质：微生物在发酵过程中会产生各种芳香物质，如酮、醇、醛等。
这些化合物可以赋予食品特殊的风味和香气。
4. 抑制食材变质：一些微生物可以产生抑菌物质，抑制其他有害微生物的繁殖，延长食品的保鲜期。
二、常见的发酵食品及其微生物1. 酸奶：酸奶是利用乳酸菌对牛奶发酵制成的。
乳酸菌在发酵过程中将乳糖转化为乳酸，使牛奶变酸。
酸奶富含活性乳酸菌，有助于调节肠道菌群平衡，增强免疫力。
2. 白酒：白酒是利用酒曲中的酵母菌对谷物进行发酵制成的。
酵母菌在发酵过程中将谷物中的淀粉转化为酒精和二氧化碳，形成了酒精，赋予了白酒其特有的香气和味道。
3. 酱油：酱油是利用酱母对大豆和小麦粉进行发酵制成的。
酱母是一种含有多种微生物的发酵剂，包括大豆霉、面霉和酵母等。
在发酵过程中，这些微生物分解大豆中的蛋白质和淀粉，形成酱油中的氨基酸和糖类物质。
4. 咖啡：咖啡是利用咖啡豆发酵制成的。
咖啡豆在采摘后要进行发酵，以去除豆膜和豆浆，使豆子呈现出咖啡的独特风味。
5. 奶酪：奶酪是利用乳酸菌和霉菌对牛奶发酵制成的。
乳酸菌发酵使牛奶变酸，霉菌则负责产生特殊的风味和质地。
三、发酵过程的条件与控制成功的食品发酵过程需要合适的温度、湿度和发酵时间等条件。
1. 温度：不同的微生物对温度有不同的要求。
微生物的代谢
能进行同型乳酸发酵的细菌如嗜热链 球菌 保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌等;
聚乳酸PLA简介：
多个乳酸分子在一起;OH与别的分子 的-COOH脱水缩合，-COOH与别的分子 的-OH脱水缩合，就这样，它们手拉手形 成了聚合物，叫做聚乳酸; 聚乳酸的热稳 定性好，加工温度170～230℃，有好的 抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤 压 纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸 制成的产品除能生物降解外，生物相容性、 光泽度、透明性、手感和耐热性好，因此 用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和 非织造物等，主要用于服装、工业和医疗 卫生等领域。
一 多糖的分解
α淀粉酶
β淀粉酶
淀
粉麦芽糖或葡萄糖
糖化型 淀粉酶
液化型 淀粉酶
异淀粉酶
各类型淀粉酶单独或配合使用时;可以将淀粉降解为小分子 的葡萄糖 麦芽糖、糊精等，广泛地应用于烘焙工业、淀粉制糖 工业、啤酒酿造、酒精工业等;
纤维素酶
纤维素
葡萄糖
单细胞蛋白 新型饲料 酒精生产
B
－H/e
C
－H/e
CO2
脱氢
经电子传递链 ①有氧呼吸 12O2
H2O
H/e
②无氧呼吸 NO3, SO4-,CO2
A B或C
③发酵
NO2, SO3-,CH4
AH2 BH2或CH2
发酵产物：乙醇、乳酸等
递氢
受氢
呼吸与发酵的根本区别在于：电子载体不是将电子直接传 递给底物降解的中间产物;而是交给电子传递系统，逐步释 放出能量后再交给最终电子受体;
(完整版)微生物的代谢及其调控
1微生物的代谢微生物代谢包含微生物物质代谢和能量代谢。
1.1 微生物物质代谢微生物物质代谢是指发生在微生物活细胞中的各样分解代谢与合成代谢的总和。
1.1.1 分解代谢分解代谢是指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量。
—般可将分解代谢分为TP。
三个阶段：第一阶段是将蛋白质、多糖及脂类等大分子营养物质降解成氨基酸、单糖及脂肪酸等小分子物质；第二阶段是将第一阶段产物进一步降解成更加简单的乙酰辅酶 A 、丙酮酸以及能进入三羧酸循环的某些中间产物，在这个阶段会产生一些ATP、NADH 及 FADH2；第三阶段是经过三羧酸循环将第二阶段产物完好降解生成CO2，并产生ATP、NADH 及FADH2。
第二和第三阶段产生的ATP、NADH 及FADH2 经过电子传达链被氧化，可产生大批的 ATP。
1.1.1.1 大分子有机物的分解（ 1）淀粉的分解淀粉是很多种微生物用作碳源的原料。
它是葡萄糖的多聚物，有直链淀粉和支链淀粉之分。
一般天然淀粉中，直链淀粉约占20％，支链淀粉约占80％。
直链淀粉为α一 l、 4 糖苷键构成的直链分子；支链淀粉不过在支点处由α—1、6糖苷键连结而成。
微生物对淀粉的分解是由微生物分泌的淀粉酶催化进行的。
淀粉酶是一类水解淀粉糖苷键酶的总称。
它的种类好多，作用方式及产物也不尽同样，主要有液化型淀粉酶、糖化型淀粉酶（包含β—淀粉酶、糖化酶、异淀粉酶）。
以液化型淀粉酶为例，这种酶能够随意分解淀粉的。
α-l、4 糖苷键，而不可以分解α-1、 6 糖苷键。
淀粉经该酶作用此后，黏度很快降落，液化后变为糊精，最后产物为糊精、麦芽糖和少许葡萄糖。
因为这种酶能使淀粉表现为液化，淀粉黏度急速降落，故称液化淀粉酶；又因为生成的麦芽糖在光学上是α型，所以又称为“ α—淀粉酶。
（ 2）纤维素的分解纤维素是葡萄糖由β— 1，4 糖苷键构成的大分子化合物。
它宽泛存在于自然界，是植物细胞壁的主要构成成分。
微生物的生长与代谢途径
微生物的生长与代谢途径微生物是指无法看见肉眼的微小生命体，它们可以分为细菌、真菌、病毒、藻类、原生动物等多种类型。
微生物虽小，但是在自然界中发挥着不可或缺的作用，它们不仅可以进行生物分解和有害物质降解，还能够对人类的健康和生存环境起到积极的影响。
微生物实现这些功能主要依靠其独特的生长与代谢途径。
一、微生物的基本生长方式微生物主要通过三种方式进行生长，即单倍体有丝分裂、双倍体无丝分裂和单倍体无丝分裂。
其中单倍体无丝分裂是最常见的一种方式，它适用于大部分细菌和真菌的生长和繁殖。
在这种方式下，微生物的DNA会反复复制，逐渐形成两份完全相同的染色体，然后物质逐渐分散，紧接着细胞膜合拢并且分裂成两个新的细胞体，两个新的细胞体完全相同，等待下一次分裂。
二、微生物的代谢途径微生物的代谢途径通常被分为呼吸代谢和发酵代谢两种方式，后者通常适用于无氧环境下的微生物。
下面将详细介绍微生物的两种代谢途径。
1. 呼吸代谢微生物进行呼吸代谢时，需要在细胞内部通过氧化还原反应转化化学能，并将其贮存进入细胞内ATP。
ATP是细胞生存的主要能量来源，也是许多代谢过程的动力源。
微生物呼吸代谢的过程大致可分为三个阶段：第一阶段是膜电荷生成阶段，微生物利用外源性电子将能量转移入细胞膜中，并降低膜内电位。
这个阶段通常通过细胞内酶和呼吸细胞色素系来实现。
第二阶段是电子转移阶段，在这个阶段中，内部的酶酶与色素通常会依次传递电子，进一步减少氧化废物和尝试将电流引入细胞内。
最后是膜上色素酶机制，它使用膜上色素来催化最终的能量合成，将能量储存在ATP分子中。
此时，在膜内和膜外会形成巨大的质子梯度，同时这个梯度还能够驱动一些其他的代谢反应来进行形态、种群动态上的微调。
2. 发酵代谢发酵代谢是微生物在无氧环境下的另外一种代谢途径，这种代谢方式缺乏氧气作为电子受体，于是微生物将代谢产物再次还原为低能量形态，以产生ATP的能力为动力，同时也产生发酵过程中特殊的代谢产物。
食品营养与检测《7食品微生物发酵的代谢途径》
黑曲霉
米曲霉
灰绿青霉
第四页，共八页。
3乳酸发酵
乳酸是细菌发酵最常见的最终产物，一些能够产生大量乳酸的细菌称为乳 酸细菌。
在乳酸发酵过程中，发酵产物中只有乳酸的称为同型乳酸发酵；发酵产物 中除乳酸外，还有乙醇、乙酸及CO2等其它产物的，称为异型乳酸发酵。
乳酸发酵被广泛地应用于泡菜、酸菜、酸牛奶、乳酪以及青贮饲料中，由 于乳酸细菌活动的结果，积累了乳酸，抑制其他微生物的开展，使蔬菜， 牛奶及饲料得以保存。
第八页，共八页。
目录 Contents
1 酒精发酵 2 柠檬酸发酵 3 乳酸发酵 4 发酵类型
第一页，共八页。
1酒精发酵
进行酒精发酵的微生物主要是酵母菌，如 啤酒酵母等，此外还有少数细菌如发酵单 胞菌，嗜糖假单胞菌，解淀
2酒精发酵
酵母菌在无氧条件下，将葡萄糖经EMP途径分解为2分子丙酮酸， 然后在酒精发酵的关键酶——丙酮酸脱羧酶的作用下脱羧生成乙 醛和CO2，最后乙醛被复原为乙醇。
酒精发酵是酵母菌正常的发酵形式，又称第一型发酵，如果改变正常的发 酵条件，可使酵母进行第二型发酵和第三型发酵而产生甘油。
第三页，共八页。
2柠檬酸发酵
柠檬酸发酵广泛被用于制造柠檬酸盐、香精、饮料、糖果、发泡缓冲剂等，在食品工业中起重要的作 用。 能够累积柠檬酸的霉菌以曲霉属，青霉属和桔霉属为主。其中以黑曲霉、米曲霉、灰绿青霉、淡 黄青霉、光桔霉等产酸量最高。
第五页，共八页。
4发酵类型
常见的发酵种类：
由EMP途径的发酵：异型乳酸发酵
通过ED途径进行的发酵：细菌的酒精发酵〔异型酒精发酵〕
第六页，共八页。
谢谢观看！ Than you for watching
【生物科技公司】第五章微生物的代谢
（生物科技行业）第五章微生物的代谢第五章微生物的代谢一、代谢的概念1、代谢是细胞内发生的所有化学反应的总称，包括分解代谢和合成代谢，分解代谢产生能量，合成代谢消耗能量。
2、生物氧化：生物体内发生的一切氧化还原反应。
在生物氧化过程中释放的能量可被微生物直接利用，也可通过能量转换储存在高能化合物（如ATP）中，以便逐步被利用，还有部分能量以热的形式被释放到环境中。
生物氧化的功能为：产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物。
3、异养微生物利用有机物，自养微生物则利用无机物，通过生物氧化来进行产能代谢。
二、异养微生物产能代谢发酵生物氧化有氧呼吸呼吸无氧呼吸1、发酵：有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。
发酵过程中有机化合物只是部分地被氧化，因此，只释放出一小部分的能量。
发酵过程的氧化是与有机物的还原相偶联。
被还原的有机物来自于初始发酵的分解代谢，即不需要外界提供电子受体。
发酵的种类有很多，可发酵的底物有碳水化合物、有机酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为重要。
生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解（glycolysis）。
糖酵解是发酵的基础，主要有四种途径：EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。
主要发酵类型（1）酵母菌乙醇发酵的三种类型一型发酵：GlucosePyrAlcohol二型发酵：当环境中存在NaHSO4，与乙醛结合，而不能受氢，不能形成乙醇。
磷酸二羟丙酮a-磷酸甘油甘油三型发酵：在碱性条件下，乙醛发生歧化反应产物：乙醇、乙酸和甘油。
（2）乳酸发酵同型乳酸发酵（EMP途径）：葡萄糖丙酮酸乳酸异型乳酸发酵（PK或HK途径，肠膜状明串珠菌）葡萄糖乳酸+乙酸或乙醇（HK途径）戊糖乳酸+乙酸（PK途径）两歧双歧途径（PK+HK途径，两歧双歧途杆菌）葡萄糖乳酸+乙酸（Hk和PK途径）（3）氨基酸发酵产能（Stickland反应）在少数厌氧梭菌如Clostridiumsporogenes,能利用一些氨基酸同时当作碳源、氮源和能源，其机制是通过部分氨基酸的氧化和另一些氨基酸的还原向偶联，这种以一种氨基酸做氢供体和以另一种氨基酸做氢受体而发生的产能的独特发酵类型，称为Stickland反应。
3第三章微生物的代谢调控理论及其在食品发酵与酿造中的应用(精)
（2） 协同反馈抑制
指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时才能 抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式。
例如，荚膜红假单胞菌中天门冬氨酸族氨基酸生 物合成途径中，天门冬氨酸激酶(AK)是受末端产物赖 氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制。
（3）合作反馈抑制
指两种末端产物同时存在时，可以起着比一种末 端产物大得多的反馈抑制作用。
2.1 无分支代谢途径的调节
无分支代谢途径的调节通常是在线形的代谢途径 中末端产物对催化第一步反应的酶活性有抑制作用。 例如，在大肠杆菌中，由苏氨酸(Thr)合成异亮氨 酸(IIeu)时，异亮氨酸对催化反应途径中的第一步反应 的苏氨酸脱氨酶(TD)有抑制作用。
2.2 有分支代谢途径的调节
在有两种或两种以上的末端产物的分支合成代 谢途径中，调节方式较复杂，其共同特点是每个分 支途径的末端产物控制分支点后的第一个酶，同时 每个末端产物又对整个途径的第一个酶有部分的抑 制作用，分支代谢的反馈调节方式有多种：
一、酶活性的调节
酶活性的调节是指在酶分子水平上的一种代谢调节， 它是通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率， 包括酶活性的激活和抑制
酶活性的激活系指在分解代谢途径中，后面的反应 可被较前面的中间产物所促进 酶活性的抑制主要是反馈抑制，它主要表现在某代 谢途径的末端产物（即终产物）过量时，这个产物可反 过来直接抑制该途径中第一个酶的活性，促使整个反应 过程减慢或停止，避免终产物的过多累积
- 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)。
3）产能效率即P/O比一般低于化能异养微生物。
P/O比：每消耗1mol的氧原子产生ATP的mol数。
教学ppt
10
以亚硝化细菌为例：
亚硝化细菌
硝化细菌 硝化细菌
1）亚硝化细菌（氨氧
化细菌）：可将NH3
氧化成
NO
2
N3 H O 2 2 H 2 e 氨 单 加 N 氧 2 O H 酶 H H 2 O N2 O H H H 2 O 羟 氨 教学p p氧 t H 化还 N 3 4 原 O H 酶 4 11 e
循环，又回到菌绿素，其间产生ATP；
② 产ATP；
③ 不产生氧。
教学ppt
21
教学ppt
22
光合细菌主要通过环式光合磷酸化作用产生ATP
电子传递的过程中造成了质子的跨膜 移动，为ATP的合成提供了能量。
通过电子的逆向传递产生还原力；
教学ppt
23
教学ppt
24
（2）非循环式光合磷酸化：高等植物和蓝细菌与光合细 菌不同，他们可以裂解水，以提供细胞合成的还原力。
一些异型乳酸发酵杆菌如肠膜明串珠菌，乳脂 明串珠菌等，因缺乏EMP途径中的若干重要酶— —醛缩酶和异构酶，其葡萄糖的降解完全依赖 HMP途径。
教学ppt
2
教学ppt
3
教学ppt
4
同型乳酸发酵反应试：
C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CHOHCOOH+2ATP
异型乳酸发酵反应试：
C6H12O6+ADP+Pi CH3CHOHCOOH+C2H5OH+CO2+ATP
（3）通过ED途径进行的发酵
通过EMP途径的酵母酒精发酵
酒精发酵三个类型 通过HMP途径的细菌酒精发酵(异型
乳酸发酵)
通过ED途径的细菌酒精发酵
教学ppt
5
①酵母的“同型酒精发酵”：酿酒酵母(EMP途径)
C6H12O6+2ADP+2Pi 2C2H5OH+2CO2+2ATP
②细菌的“同型酒精发酵”：运动发酵单胞菌（ED途径）
教学ppt
25
教学ppt
26
教学ppt
27
（3）嗜盐菌紫膜的光合作用 只有嗜盐菌才有的无叶绿素或菌绿素参与的独特光合作用。
代表菌有盐生盐杆菌（Halobacterium Halobium）和 红皮盐杆菌（H.cutirbrum）。
教学ppt
28
教学ppt
29
第二节 微生物的耗能代谢
一、自养微生物的CO2固定 自养微生物在生物氧化所取得的能量主要用于的CO2的固定。 Calvin循环
1.化能自养型
化能自养菌为还原CO2而需要的ATP和还原力[H]是通过氧化无 机底物（NH4+、NO2-、H2S、S0、H2和Fe2+等）实现。 其产能的途径借助于经过呼吸链的氧化磷酸化反应得到。
绝大多数化能自养菌为好氧菌。
教学ppt
8
教学ppt
9
化能自养微生物的能量代谢特点：
1）无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系，即由脱氢酶 或氧化还原酶催化的无机底物脱氢或脱电子后，可直接 进入呼吸链传递。
光能营养型微生物
原核生物：蓝细菌
不产氧(仅原核生物有)：光合细菌(红螺菌目)
定义：指光能转变为化学能的过程。
1）循环式光合磷酸化：光合细菌主要通过环式光合磷酸化作用产 生ATP，这类细菌包括紫色硫细菌、绿色硫细菌、紫色非硫细菌、 绿色非硫细菌。
特点：
① 在光能驱动下，电子从菌绿素分子上逐出后，通过类似呼吸链的
键的化合物，这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合
成，这种产生ATP等高能分子的方式称为底物水平磷酸
化。
教学ppt
14
教学ppt
15
教学ppt
16
2.氧化磷酸化 定义：物质在生 物氧化过程中形 成的NADH和 FADH2可通过 位于线粒体内膜 或细胞质膜上的 电子传递给氧或 其他氧化型物 质，在这个过程 中偶联着ATP的 合成，这种产生 ATP的方式称氧 化磷酸化。
体），另一个氨基酸作为氢受体。
教学ppt
6
教学ppt
7
二、自养微生物的生物氧化、产能
化能无机营养型微生物：所需能量ATP通过还原态无
机物经过生物氧化产生，还原力[H]通过消耗ATP
自养微生物
和无机氢（H++e）的逆呼吸传递而产生。
光能自养型微生物：ATP和[H]通过循环光合磷酸化、
非循环光合磷酸化或通过紫膜的光合磷酸化来获得
教学ppt
12
2）硝化细菌（亚
硝酸氧化细菌）
可将
NO
2
氧化为
NO
3
教学ppt
13
(三）ATP的产生
底物水平磷酸化：发酵作用取得能量的唯一
方式
ATP的产生 氧化磷酸化 ：好氧呼吸和厌氧呼吸的微生物
光合磷酸化：光合细菌、藻类、绿色植物、
蓝细菌等
1.底物水平磷酸化:
定义：物质在生物氧化过程中。常生成一些含有高能
V-P（Vogos Prouskauer test）反应：区分大肠杆 菌与产气杆菌
教学ppt
1
（2）通过HMP途径的发酵——异型乳酸发酵 异型乳酸发酵（heterolactic fermentation）： 凡葡萄糖发酵后产生乳酸、乙醇（或乙酸）和CO2 等多种产物的发酵。 同型乳酸发酵（homolactic fermentation）： 只产生2分子乳酸的发酵。
C6H12O6+ADP+Pi
2C2H5OH+2CO2+ATP
③细菌的“异型酒精发酵”：肠膜明串珠菌（HMP途径）
C6H12O6+ADP+Pi CH3CHOHCOOH+C2H5OH+CO2+ATP
（4）氨基酸发酵产能—Stickland反应
Stickland反应：少数梭菌能在厌氧条件下，进行
氨基酸对的发酵。即一个氨基酸作为底物脱氢（即氢供
特点： ① 电子的传递途径属非循环式； ② 在有氧条件下进行； ③ 两个光合系统，其中色素系统Ⅰ（含叶绿素a）可利用 红光，色素系统Ⅱ（含叶绿素b）可利用蓝光； ④ 反应同时有ATP（产自系统Ⅱ）、还原力[H]（产自 系统Ⅰ）和O2； ⑤ 还原力NADPH2中的[H]来自H2O分子光解后的H+ 和e-。
教学pptLeabharlann 17教学ppt18
ATP的产生：
化学渗透偶联假说：电子传递过程中，导致膜内外出现质子浓度差， 从而将能量蕴藏在质子势中，质子势推动质子由膜外进入胞质，在 这个过程中通过存在于膜上的F1-F0ATPase偶联ATP的形成。
教学ppt
19
分子马达
教学ppt
20
3.光合磷酸化
产氧 真核生物：藻类及其他绿色植物