厌氧发酵举例2013(三)

厌氧发酵发酵：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过程积累的产物微生物菌体酶代谢产物厌氧发酵：酒精、甘油、乳酸、丙酮、丁醇等好氧发酵：有机酸、氨基酸、蛋白质、核苷酸、抗生素、维生素等糖酵解途径及调节机制

葡萄糖经EMP途径：C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD2CH3COCOOH+2ATP+2NADH2糖酵解途径（EMP）的特点：1.是除兰绿藻之外的几乎所有生物葡糖分解的共同途径,广泛存在于各种细胞中，每个反应都不需氧。2.糖酵解有10多个反应，都在酶的作用下完成；3.其他糖类（如淀粉、乳糖等）作为碳源和能源时，通过葡萄糖或其他中间产物并入EMP途径。3-磷酸甘油醛1·3-二磷酸甘油酸NAD+＋HNADH2所形成的NADH2不能积存，要迅速被氧化成NAD，以使糖酵解反应继续进行。在不同的机体，在不同的环境下（如氧气的有无），丙酮酸的去路也不同，释放出的H2被不同受体接受，从而形成不同的产物。4.丙酮酸去路不同

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。酵母菌的酒精发酵

第一型发酵：无氧、中性或偏酸性条件

CH3COCOOHCH3CHO+CO2CH3CHO+NADH2CH3CH2OH+NAD

第二型发酵：无氧、有亚硫酸氢钠存在

乙醛与亚硫酸氢钠反应，磷酸二羟丙酮作为受氢体，产物为甘油。（甘油发酵）

第三型发酵：无氧、碱性条件乙醛发生岐化反应，磷酸二羟丙酮作为受氢体，产物为甘油、乙醇、乙酸。（碱法甘油发酵）脱羧酶乙醇脱氢酶

C6H12O62CH3COCOOH2CH3CHO2CH3CH2OHNADNADH2-2CO2EMP2ATP乙醇脱氢酶一、酒精发酵：产物：乙醇、CO2发生条件：无氧条件途径：EMP菌种：酵母菌该乙醇发酵过程在pH3.5~4.5及厌氧的条件下发生。（无氧）脱羧酶第一型发酵（还原）1.1酒精生成机制

(1)葡萄糖（glucose）

EMP

丙酮酸（pyruvicacid）

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（pyruvicacid）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

C6H12O6+2ADP+2H3PO4

2CH3CH2OH+2CO2+2ATP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%。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。巴斯德效应

在好氧条件下，酵母菌发酵能力降低（细胞内糖代谢降低，乙醇积累减少）；不仅存在于酵母中，也存在于具有呼吸和发酵能力的其他细胞中。在好氧条件下，糖代谢进入TCA循环产生更多ATPATP↑抑制磷酸果糖激酶的合成6-P-果糖↑（积累）6-P-葡糖↑（积累）反馈抑制己糖激酶抑制葡糖进入细胞内葡糖利用降低同时，在好氧条件，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↓磷酸稀醇式丙酮酸↑反馈抑制己糖激酶活性糖酵解速度↓酒精发酵中的副产物酵母菌酒精发酵主产物：乙醇、CO2副产物40多种醇（杂醇油）醛（糠醛）酸（琥珀酸）酯甲醇二、甘油发酵1.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。

CH2OHOHC6H12O6+NaHSO3→CHOH+CH3-

C-HOSO2Na+CO2

CH2OH

亚硫酸盐法1.过量的亚硫酸盐对酵母菌有毒性，其用量受限制；2.转化率低（总糖转化率20-25%)，提取甘油困难3.成本高，制备1Kg炸药级甘油消耗10-12Kg精制糖

停用2.碱法甘油发酵酒精酵母的发酵液在保持碱性（pH7.6以上）的条件下，乙醛不能作为正常的受氢体，乙醛在碱性溶液里２分子乙醛之间发生歧化反应，相互氧化还原，生成等量的乙醇和乙酸。此时，由３－磷酸甘油醛脱氢生成的NADH+H+用来还原磷酸二羟丙酮，并进而生成甘油．

CH2OH2C6H12O6+H2O

2CHOH+C2H5O

H+CH3COOH+2CO2

CH2OH

碱法甘油发酵的产品有甘油、乙醇、乙酸，也不产生ATP，所以此法只能在酵母的非生长情况下进行发酵。2.碱性法碱性条件下用酿酒酵母对淀粉、蔗糖、葡萄糖等进行厌氧发酵（副产物），甘油转化率和提取率都低3.

耐高渗压酵母法以淀粉或糖蜜为原料，通过耐高渗压酵母菌发酵的方法制取3、耐高渗压酵母法在高渗透压的环境下甘油是丝状真菌主要的渗透压调节剂

耐高糖浓度、耐高盐浓度得到耐高渗压酵母菌(假丝酵母），高产甘油菌株培养基：种子培养基中葡萄糖含量10%，发酵液中葡萄糖含量20-25%；玉米浆（磷源，限制性底物），0.2%（W/V)尿素，PH=3.5-4灭菌：摇瓶、摇瓶培养基

种子罐、发酵罐、培养基培养条件：发酵温度32-35℃，接种量5-10%（V/V),搅拌通气A、好氧发酵法目前普遍采用的甘油生产技术发酵液中甘油含量大于10%，总糖转化率大于45%提取甘油存在的问题：糖浓度由20%2%，酵母菌将甘油作为第二碳源，故在残糖浓度较高时终止发酵，转入提取工序，蒸馏时残糖焦化、结垢，包裹甘油工艺路线(絮凝除菌、离子交换树脂脱糖除杂）好氧、厌氧两步发酵前期好氧发酵（25%-2%)与后期厌氧发酵(2-0.5%)相结合好氧发酵后期停止供氧（残糖4%），必要时通二氧化碳，使酵母菌进行厌氧发酵，进一步消耗残糖，生成酒精和少量甘油发酵液中甘油浓度12%以上，残糖浓度小于0.5%副产物酒精三乳酸发酵

1、同型乳酸发酵：进行乳酸发酵的主要是细菌。细菌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，如乳酸链球菌（Streptococcuslactics）、乳酪链球菌（Streptococcuscremoris）、干酪乳杆菌（lactobacilluscasei）、保加利亚乳杆菌（Lac.bulgaricus）等。