生物化學(xué)工程基礎(chǔ)(第三章代謝作用與發(fā)酵)

1、 第三章第三章 代謝作用與發(fā)酵代謝作用與發(fā)酵nfermentation :廣廣義的講就是利用義的講就是利用微生物或生物化微生物或生物化學(xué)學(xué)的手段，將各的手段，將各種種物質(zhì)物質(zhì)加以加以改變改變，然后利用由此取然后利用由此取得的得的能量能量及及代謝代謝中間體中間體，而得到，而得到各種有用的物質(zhì)。各種有用的物質(zhì)。一、糖的概念 糖即碳水化合物，是多羥基醛與多羥基酮及其衍生物或多聚物.它主要是由綠色植物經(jīng)光合作用形成的,主要是由C、H、O構(gòu)成的。二、糖的分類 根據(jù)水解后產(chǎn)生單糖殘基的多少分為四大類單糖寡糖多糖結(jié)合糖1.單糖：不能再水解的糖D-D-葡萄糖葡萄糖CHOCCCCCH2OHHOHOHHHOHHO

2、H123456CHOCCCCCH2OPO3H2HOHOHHHOHHOH6-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖 D-D-果果糖糖CH2OHCCCCCH2OHOOHHHOHHOH123456CH2OHCCCCCH2OPO3H2OOHHHOHHOH6-6-磷酸果磷酸果糖糖CH2OHCCCCCH2OPO3H2OOHHHOHHOH核糖核糖HOHCHOCCCCH2OHHOHHOH321455-5-磷酸核糖磷酸核糖HOHCHOCCCCH2OPO3H2HOHHOH核酮糖核酮糖CH2OHCCCCH2OHOHOHHOH321455-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖CH2OHCCCCH2OPO3H2OHOHHOH核酮糖核酮糖 戊酮糖

3、戊酮糖甘油醛甘油醛OHCHOCH2OHHC1233-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛OHCHOCH2OPO3H2HC甘油醛甘油醛 丙醛糖丙醛糖二羥丙酮二羥丙酮CH2OHCH2OHC=O123磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮CH2OHCH2OPO3H2C=O二羥丙酮二羥丙酮 丙酮糖丙酮糖葡萄糖是體內(nèi)糖代謝的中心（1）葡萄糖是食物中糖(如淀粉)的消化產(chǎn)物（2）葡萄糖在生物體內(nèi)可轉(zhuǎn)變成其它的糖， 如核糖、果糖、半乳糖、糖原等；（3）葡萄糖是哺乳動物及胎兒的主要供能物質(zhì)（4）葡萄糖可轉(zhuǎn)變?yōu)榘被岷椭舅岬奶脊羌?.雙糖雙糖雙糖：由兩個相同或不同的單糖組成,常見的有乳糖、蔗糖、麥芽糖等.OCH2OHHHOHHHOHHO

4、HOOHOH2CHOHHOHHHOHH14麥芽糖-D-D-葡萄糖苷葡萄糖苷- -（1414）-D-D-葡萄糖葡萄糖HCH2OHHOHOHHCH2OHOOOHOH2CHOHHOHHHOHH112OOCH2OHHOHHOHHHOHHOCH2OHHHOHHHOHOHH14-D-D-葡萄糖苷葡萄糖苷- -（1212）- -D-D-果糖果糖-D-D-半乳糖苷半乳糖苷- -（1414）- -D-D-葡萄糖葡萄糖乳糖蔗糖3.多糖定義：水解產(chǎn)物含6個以上單糖常見的多糖淀粉、糖原、纖維素等淀粉淀粉(starch)OHHOCH2OHCH2OHOOOOCH2CH2OHOOOOHOOOO藍(lán)色藍(lán)色: :-1,4-1,4

5、-糖苷鍵糖苷鍵紅色紅色: :-1,6-1,6-糖苷鍵糖苷鍵直鏈淀粉直鏈淀粉支鏈淀粉支鏈淀粉糖原糖原(glycogen)非還原端非還原端還原端還原端糖原在體內(nèi)的作用糖原是體內(nèi)糖的貯存形式 糖原貯存的主要器官是肝臟和肌肉組織肝糖原： 含量可達(dá)肝重的5%(總量為90-100g)肌糖原： 含量為肌肉重量的1-2%(總量為200-400g) 人體內(nèi)糖原的貯存量有限，一般不超過500g.肝細(xì)胞中的糖原顆粒糖原顆粒纖維素纖維素 作為植物的骨架作為植物的骨架-1,4-糖苷鍵糖苷鍵4.結(jié)合糖糖與非糖物質(zhì)的結(jié)合物常見的結(jié)合糖有：糖脂：是糖與脂類的結(jié)合物糖蛋白：是糖與蛋白質(zhì)的結(jié)合物 第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)酵的類型發(fā)酵的類

6、型 根據(jù)微生物的種類不同，可分為好氧性根據(jù)微生物的種類不同，可分為好氧性發(fā)酵、厭氧性發(fā)酵和兼性厭氧性發(fā)酵。發(fā)酵、厭氧性發(fā)酵和兼性厭氧性發(fā)酵。 （1）好氧性發(fā)酵）好氧性發(fā)酵(aerobic fermentation)：在發(fā)酵過程中需要通入一定量的無菌空氣，在發(fā)酵過程中需要通入一定量的無菌空氣，滿足微生物呼吸需要。滿足微生物呼吸需要。 e.g. Bacillus subtilis -amylase Corynebacterium 265-inosinic acid Asp.niger Uv06-citric acid C.glutamicum As1299-glutamic acid（2） 厭氧性

7、發(fā)酵厭氧性發(fā)酵(anaerobic fermentation) ：在發(fā)酵過程中不需要供給無菌空氣。在發(fā)酵過程中不需要供給無菌空氣。 e.g. lactic acid bacteria -lactic acid Bacillus clostridium -acetone-butanol（3）兼性發(fā)酵兼性發(fā)酵 (facultative fermentation) ： 在有氧、無氧條件下均能生活。如酒精酵母，在缺氧在有氧、無氧條件下均能生活。如酒精酵母，在缺氧條件下進行厭氣性發(fā)酵積累酒精，而在有氧條件下則進行條件下進行厭氣性發(fā)酵積累酒精，而在有氧條件下則進行好氧發(fā)酵，大量繁殖菌體細(xì)胞。好氧發(fā)酵，大量

8、繁殖菌體細(xì)胞。好氧發(fā)酵罐厭氧發(fā)酵罐 糖酵解途徑及特點糖酵解途徑及特點EMPEMP途徑大致可分途徑大致可分 1 1，6-6-二磷酸果二磷酸果糖的生成；糖的生成； 1 1，6-6-二磷酸果二磷酸果糖分解為兩個磷酸糖分解為兩個磷酸丙糖；丙糖； 磷酸丙糖轉(zhuǎn)化為磷酸丙糖轉(zhuǎn)化為丙酮酸；丙酮酸；glycolysis 1. 動物、植物、微生物細(xì)胞中動物、植物、微生物細(xì)胞中G分解產(chǎn)生能量的共同途分解產(chǎn)生能量的共同途徑徑 2. EMP的每一步都是由酶催化的。己糖激酶；磷酸果的每一步都是由酶催化的。己糖激酶；磷酸果糖激酶（該酶受糖激酶（該酶受ATP、檸檬酸的抑制，為、檸檬酸的抑制，為AMP所激活）所激活）；丙酮酸激

9、酶；丙酮酸激酶；3-磷酸甘油醛脫氫酶（受碘乙酸抑制）磷酸甘油醛脫氫酶（受碘乙酸抑制）；烯醇化酶（受氟化物抑制）。；烯醇化酶（受氟化物抑制）。 3. 當(dāng)以其他糖類作為碳源和能源時，先通過少數(shù)幾步反當(dāng)以其他糖類作為碳源和能源時，先通過少數(shù)幾步反應(yīng)轉(zhuǎn)化為糖酵解途徑的中間產(chǎn)物，應(yīng)轉(zhuǎn)化為糖酵解途徑的中間產(chǎn)物，然后沿著糖酵解途徑然后沿著糖酵解途徑進行降解。進行降解。 4. 丙酮酸的不同去路。反應(yīng)中生成的丙酮酸的不同去路。反應(yīng)中生成的NADH2不能積存，不能積存，必須被重新氧化為必須被重新氧化為NAD后，才能繼續(xù)不斷地推動全部反后，才能繼續(xù)不斷地推動全部反應(yīng)應(yīng)。 在無氧在無氧條件下條件下： 在在乳酸菌乳酸菌

10、中受乳酸脫氫酶的作用，丙酮酸作中受乳酸脫氫酶的作用，丙酮酸作為受氫體而被還原為乳酸，即同型為受氫體而被還原為乳酸，即同型乳酸發(fā)酵；乳酸發(fā)酵； 在在酵母菌酵母菌中，丙酮酸受丙酮酸脫羧酶的作用中，丙酮酸受丙酮酸脫羧酶的作用生成乙醛，乙醛在乙醇脫氫酶的作用下作為受氫體生成乙醛，乙醛在乙醇脫氫酶的作用下作為受氫體被還原為乙醇，即被還原為乙醇，即酒精發(fā)酵酒精發(fā)酵； 在在梭狀芽孢桿菌梭狀芽孢桿菌中，丙酮酸脫羧生成乙酰中，丙酮酸脫羧生成乙酰COACOA，然后經(jīng)一系列變化生成丁酰，然后經(jīng)一系列變化生成丁酰COACOA、丁醛，兩者、丁醛，兩者作為受氫體被還原生成丁醇，生成物中還有丙酮、作為受氫體被還原生成丁醇，

11、生成物中還有丙酮、乙醇，所以稱為乙醇，所以稱為丙酮丙酮- -丁醇發(fā)酵丁醇發(fā)酵。 在有氧條件條件下：在有氧條件條件下： 丙酮酸進入線粒體，脫氫和脫羧生成乙酰丙酮酸進入線粒體，脫氫和脫羧生成乙酰COACOA，在，在TCATCA循環(huán)中脫氫，并氧化形成循環(huán)中脫氫，并氧化形成CO2和和 H H2 2O O，或者各種代謝物，或者各種代謝物，NADH2經(jīng)呼吸鏈將氫傳遞給經(jīng)呼吸鏈將氫傳遞給氧生成水。氧生成水。 另外，乙酰輔酶另外，乙酰輔酶A A在生物合成過程中作為在生物合成過程中作為C2化合物加以利用，形成脂肪等?；衔锛右岳茫纬芍镜?。在好氧條件下在好氧條件下 丙酮酸丙酮酸進入進入TCA環(huán)，進行代環(huán)，進

12、行代謝，產(chǎn)生各種謝，產(chǎn)生各種好好氧代謝產(chǎn)物氧代謝產(chǎn)物如檸如檸檬酸、氨基酸、檬酸、氨基酸、酶制劑、抗生素酶制劑、抗生素等等 ，或完全氧化，或完全氧化獲得能量。獲得能量。淀粉葡萄糖丙酮酸CO2+H2OATP生物體內(nèi)氧化分步驟進行生物體內(nèi)氧化分步驟進行 三羧酸循環(huán)一定需要三羧酸循環(huán)一定需要氧氧才能才能進行。在三羧酸循環(huán)中脫下的進行。在三羧酸循環(huán)中脫下的氫氫，形成，形成NADH 和和 FADH2，然后，然后再逐步傳遞給再逐步傳遞給氧。氧。丙酮酸三個二氧化碳三個二氧化碳三羧酸循環(huán) 微生物的代謝途徑微生物的代謝途徑： 淀粉淀粉 葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸完全氧化完全氧化 CO2+H2O 不完全氧化不完全氧

13、化 不定向代謝不定向代謝 產(chǎn)物產(chǎn)物TCAO2-O2乙醇（酵母、細(xì)菌）、甘油（酵母）乙醇（酵母、細(xì)菌）、甘油（酵母）乳酸（乳酸菌）、己酸（細(xì)菌乳酸（乳酸菌）、己酸（細(xì)菌 ）丁醇（梭狀芽孢桿菌）、丙酸丁酸（細(xì)菌）丁醇（梭狀芽孢桿菌）、丙酸丁酸（細(xì)菌）控制控制EMP 微生物發(fā)酵過程即為微生物發(fā)酵過程即為生生物反應(yīng)過程物反應(yīng)過程，是指由微生物，是指由微生物在生長繁殖過程中所引起的在生長繁殖過程中所引起的生化反應(yīng)過程。生化反應(yīng)過程。 一、酵母菌的酒精發(fā)酵一、酵母菌的酒精發(fā)酵 Q： 酒精酵母的呼吸作酒精酵母的呼吸作用用？第一節(jié)第一節(jié) 厭氧發(fā)酵機制與代謝調(diào)控厭氧發(fā)酵機制與代謝調(diào)控巴斯德 (Louis Pas

14、teur)曲頸瓶實驗 1.1.無生命的無生命的水浸液能產(chǎn)生水浸液能產(chǎn)生微生物微生物 2. 2. 產(chǎn)生微產(chǎn)生微生物需要種子生物需要種子，空氣才能產(chǎn)，空氣才能產(chǎn)生微生物生微生物( (一一) ) 自然發(fā)酵學(xué)說自然發(fā)酵學(xué)說1 1、否定了生命、否定了生命“自然發(fā)生自然發(fā)生”學(xué)說；學(xué)說；2 2、解決了當(dāng)時工、農(nóng)、醫(yī)方面提出的許多、解決了當(dāng)時工、農(nóng)、醫(yī)方面提出的許多難題，推動了生產(chǎn)的發(fā)展：難題，推動了生產(chǎn)的發(fā)展：3 3、奠定了微生物學(xué)的理論基礎(chǔ)，、奠定了微生物學(xué)的理論基礎(chǔ)，4 4、創(chuàng)造了一些微生物學(xué)實驗方法、創(chuàng)造了一些微生物學(xué)實驗方法 水浸液燒開后不會腐敗，不燒開會腐??；水浸液燒開后不會腐敗，不燒開會腐??；

15、如果去掉瓶塞，燒開后也會腐敗。如果去掉瓶塞，燒開后也會腐敗。 說明：無生命的水浸液不能產(chǎn)生微生物說明：無生命的水浸液不能產(chǎn)生微生物, ,產(chǎn)產(chǎn)生微生物需要種子，空氣才能產(chǎn)生微生物生微生物需要種子，空氣才能產(chǎn)生微生物( (二二) ) 酒精發(fā)酵是生物化學(xué)現(xiàn)象酒精發(fā)酵是生物化學(xué)現(xiàn)象 酒精發(fā)酵是純化學(xué)的現(xiàn)象酒精發(fā)酵是純化學(xué)的現(xiàn)象(不同的觀點不同的觀點) A “酵母的作用并不是由于它的生命活動，相反酵母的作用并不是由于它的生命活動，相反恰恰是由于它的分解恰恰是由于它的分解” B “酵母體內(nèi)含有一種酶，它能使糖變成酒精和酵母體內(nèi)含有一種酶，它能使糖變成酒精和二氧化碳二氧化碳” C “酒精發(fā)酵并不是非有活酵母

16、參加不可酒精發(fā)酵并不是非有活酵母參加不可” 巴士德試驗證明巴士德試驗證明酒精發(fā)酵是生物與化學(xué)相結(jié)合的酒精發(fā)酵是生物與化學(xué)相結(jié)合的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 巴士德試驗巴士德試驗nA A： 將可發(fā)酵性的汁液放在燒瓶中，用棉塞塞好，將可發(fā)酵性的汁液放在燒瓶中，用棉塞塞好，加入煮沸滅菌，任何情況下沒有酒精發(fā)酵。加入煮沸滅菌，任何情況下沒有酒精發(fā)酵。nB B：加入少量的酵母到汁液中，很快引起酒精發(fā)：加入少量的酵母到汁液中，很快引起酒精發(fā)酵，而且酵母數(shù)量增加。酵，而且酵母數(shù)量增加。nC C：將酵母燒成灰，然后加入到燒瓶的汁液中，：將酵母燒成灰，然后加入到燒瓶的汁液中，則不起發(fā)酵現(xiàn)象。則不起發(fā)酵現(xiàn)象。 說明：發(fā)酵是酵母

17、細(xì)胞生命活動的結(jié)果。說明：發(fā)酵是酵母細(xì)胞生命活動的結(jié)果。 發(fā)酵現(xiàn)象是由微生物引起的。發(fā)酵現(xiàn)象是由微生物引起的。 結(jié)論結(jié)論 發(fā)酵是能量來源的過程，是在缺氧條件下新發(fā)酵是能量來源的過程，是在缺氧條件下新陳代謝的主要方式，是酵母菌、乳酸菌等微生物固陳代謝的主要方式，是酵母菌、乳酸菌等微生物固有的呼吸作用的方式。有的呼吸作用的方式。 酒精發(fā)酵是生物與化學(xué)相結(jié)合的一種現(xiàn)象，也酒精發(fā)酵是生物與化學(xué)相結(jié)合的一種現(xiàn)象，也就是說生物體是化學(xué)反應(yīng)的所在地，在生物體內(nèi)將就是說生物體是化學(xué)反應(yīng)的所在地，在生物體內(nèi)將糖轉(zhuǎn)變?yōu)榫凭投趸?，另一方面，這種化學(xué)反糖轉(zhuǎn)變?yōu)榫凭投趸迹硪环矫妫@種化學(xué)反應(yīng)必須有生物體酵

18、母參加。應(yīng)必須有生物體酵母參加。 Q: Q: 發(fā)酵作用和呼吸作用有何區(qū)別？發(fā)酵作用和呼吸作用有何區(qū)別？(三三)空氣對酵母菌作用的影響空氣對酵母菌作用的影響n1.1.在敞口玻璃容器盛有液層很薄的可發(fā)酵性糖液在敞口玻璃容器盛有液層很薄的可發(fā)酵性糖液 L/SL/S1 14 4 （ LL酵母的干重，酵母的干重，S S是耗糖量）是耗糖量）n2.2.在長頸玻璃瓶盛有半瓶可發(fā)酵性汁液在長頸玻璃瓶盛有半瓶可發(fā)酵性汁液 L/SL/S1 12020n3.3.在在2 2中將瓶的開口拉成曲頸細(xì)玻璃管中將瓶的開口拉成曲頸細(xì)玻璃管 L/SL/S1 12525n4.4.同同3 3，將液體裝滿，將液體裝滿 L/SL/S1 1

19、7575n5.5.將可發(fā)酵的汁液加熱煮沸，驅(qū)逐所含的空氣，見入酵將可發(fā)酵的汁液加熱煮沸，驅(qū)逐所含的空氣，見入酵母，用抽氣的方式將容器裝滿，于側(cè)管放一發(fā)酵栓，在母，用抽氣的方式將容器裝滿，于側(cè)管放一發(fā)酵栓，在無氧的條件下發(fā)酵，無氧的條件下發(fā)酵， L/SL/S1 1175175n 酵母培養(yǎng)液中的空氣越少，則分解的糖越多，酵母培養(yǎng)液中的空氣越少，則分解的糖越多，而酵母自然繁殖的數(shù)量越少，酵母在分解糖的過而酵母自然繁殖的數(shù)量越少，酵母在分解糖的過程中起著向催化劑的作用。即酵母進行嫌氣性生程中起著向催化劑的作用。即酵母進行嫌氣性生活，分解許多糖變成酒精，而它得到的能量卻很活，分解許多糖變成酒精，而它得到

20、的能量卻很少，自由繁殖的數(shù)量很少。少，自由繁殖的數(shù)量很少。n 在釀造酒的生產(chǎn)中，必須控制在釀造酒的生產(chǎn)中，必須控制 通風(fēng)，通風(fēng)，使酵母發(fā)芽繁殖，生成使酵母發(fā)芽繁殖，生成 的酵母細(xì)胞，的酵母細(xì)胞，能夠在一定的能夠在一定的 時間內(nèi)，將時間內(nèi)，將 全部全部發(fā)酵成發(fā)酵成 。如果通風(fēng)過渡，就會由于。如果通風(fēng)過渡，就會由于酵母的酵母的 生活而損失酒精。生活而損失酒精。 ( 四四) 酒精生成機制酒精生成機制(1 ) 葡萄糖葡萄糖（glucose） EMP 丙酮酸（丙酮酸（pyruvic acid） 己糖磷酸化作用己糖磷酸化作用 EMP 六碳糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿继橇继寝D(zhuǎn)變?yōu)槿继橇姿岜橇姿岜?丙酮酸丙酮酸 (2

21、) 丙酮酸乙醇丙酮酸乙醇 丙酮酸（丙酮酸（pyruvic acid ）脫羧脫羧乙醛（乙醛（acetaldehyde） 乙醛乙醛 還原還原 乙醇乙醇 （alcohol） 酵母菌在無氧的條件下，通過以上酵母菌在無氧的條件下，通過以上12步反應(yīng)，步反應(yīng)，1分子分子G生成生成分子的乙醇，分子的乙醇，分子的分子的CO2和和 2分子分子ATP。 2CH3COCOOH 4ATP Mg2+ 2ATP 2CO2 2CH3CHO NADH+H+ NAD+ C6H12O6 2C2H5OH 1. 從乙醇，無氧氣參與，是無氧呼吸過程。從乙醇，無氧氣參與，是無氧呼吸過程。 2. 有脫氫反應(yīng)，脫下的氫有輔酶攜帶。還原型有脫

22、氫反應(yīng)，脫下的氫有輔酶攜帶。還原型 NADH+H+通過與乙醛反應(yīng)而重新被氧化的。通過與乙醛反應(yīng)而重新被氧化的。 3. 從乙醇，凈得從乙醇，凈得ATP 。 4. 發(fā)酵過程的某些反應(yīng)需輔酶和輔助因子。發(fā)酵過程的某些反應(yīng)需輔酶和輔助因子。返 (五五) 酒精發(fā)酵中付產(chǎn)物的形成酒精發(fā)酵中付產(chǎn)物的形成 主產(chǎn)物（主產(chǎn)物（product） ：酒精（：酒精（alcohol） 副產(chǎn)物（副產(chǎn)物（by product ）：）： 二氧化碳（二氧化碳（carbon dioxide） 甘油（甘油（glycerol） 乙醛（乙醛（acetaldehyde） 瑚珀酸（瑚珀酸（ succinic acid ） 乙酸（乙酸（ace

23、tic acid） 酯（酯（ester） 高級醇（高級醇（higher alcohol） 雙乙酰（雙乙酰（diacetyl）(1)雙乙酰（雙乙酰（diacetyl）合成途徑）合成途徑n直接由乙酰輔酶和活性乙醛縮合而成。直接由乙酰輔酶和活性乙醛縮合而成。n由由 -乙酰乳酸的非酶分解產(chǎn)生雙乙酰乙酰乳酸的非酶分解產(chǎn)生雙乙酰CH3CHO-TPP + CH3SCOA CH3COCOCH3 + COA雙乙酰是酵母合成纈氨酸時派生出來的，雙乙酰是啤酒雙乙酰是酵母合成纈氨酸時派生出來的，雙乙酰是啤酒的重要風(fēng)味指標(biāo)，啤酒中的雙乙酰的含量取決于生成量的重要風(fēng)味指標(biāo)，啤酒中的雙乙酰的含量取決于生成量與排除量之間的平

24、衡（與排除量之間的平衡（風(fēng)味閾值為風(fēng)味閾值為為為0.1ppm ）CH3CHO-TPPCH3COCOOH -乙酰乳酸乙酰乳酸 纈氨酸纈氨酸雙乙酰雙乙酰2,3-丁二醇非酶氧化酵母還原降低啤酒中雙乙酰的措施降低啤酒中雙乙酰的措施:.提高麥汁中氨基氮的含量；提高麥汁中氨基氮的含量；.利用酵母的還原作用，將雙利用酵母的還原作用，將雙乙酰轉(zhuǎn)變成乙酰轉(zhuǎn)變成2,3-丁二醇；丁二醇；.利用二氧化碳的洗滌作用，利用二氧化碳的洗滌作用，排除雙乙酰。排除雙乙酰。+4. 加入加入 -乙酰乳酸脫羧酶乙酰乳酸脫羧酶;5. 使用基因工程構(gòu)建的含有使用基因工程構(gòu)建的含有 -乙酰乳酸脫羧酶的酵母菌乙酰乳酸脫羧酶的酵母菌株株（2）

25、 酯類物質(zhì)酯類物質(zhì)n啤酒的香味啤酒的香味n果酒的香味果酒的香味酒花香酒花香麥芽香麥芽香發(fā)酵過程形成的各種酯類的香味發(fā)酵過程形成的各種酯類的香味果香果香發(fā)酵香發(fā)酵香陳釀香陳釀香形成途徑：形成途徑：通式：通式：R-CO-SCOA +R OH RCOOR +COA-SHR-CO-SCOA脂肪酸的激活作用脂肪酸的激活作用酮酸的氧化作用酮酸的氧化作用n在在ATP的作用下，使脂肪酸活化的作用下，使脂肪酸活化n酮酸的氧化作用酮酸的氧化作用R-COOH + ATP + COA-SH RCOSCOA + AMP + PPi RCOCOOH + NAD +COASH RCO-SCOA + NADH2 + CO2

26、影響因素影響因素:不同的酵母菌種，發(fā)酵時形成的酯量是不同的；不同的酵母菌種，發(fā)酵時形成的酯量是不同的；發(fā)酵溫度高，有利于酯類的形成；發(fā)酵溫度高，有利于酯類的形成；接種量大，酯類的形成量低。接種量大，酯類的形成量低。 （3） 含硫化合物含硫化合物 麥芽制造、麥汁制備都能生成揮發(fā)性的含硫化合麥芽制造、麥汁制備都能生成揮發(fā)性的含硫化合物，但這些物質(zhì)在煮沸時被消除掉了，因此，啤酒中物，但這些物質(zhì)在煮沸時被消除掉了，因此，啤酒中的含硫化合物大都是在發(fā)酵過程中形成的。的含硫化合物大都是在發(fā)酵過程中形成的。 非揮發(fā)性的，揮發(fā)性含硫化合物的來源非揮發(fā)性的，揮發(fā)性含硫化合物的來源含硫化合物含硫化合物 揮發(fā)性的（

27、硫醇）揮發(fā)性的（硫醇） ：影響啤酒的風(fēng)味：影響啤酒的風(fēng)味 含量低時（含量低時（8-10ppb ），對啤酒的風(fēng)味起加成作），對啤酒的風(fēng)味起加成作用；含量高時，構(gòu)成啤酒的生青味和氧化味。用；含量高時，構(gòu)成啤酒的生青味和氧化味。 一般含硫化合物的閾值很低，如一般含硫化合物的閾值很低，如H2S ,為為ppb 。 二甲基硫是啤酒中重要的含硫化合物，它的含量二甲基硫是啤酒中重要的含硫化合物，它的含量因啤酒的類型不同而不同，它超過一定量，啤酒的風(fēng)因啤酒的類型不同而不同，它超過一定量，啤酒的風(fēng)味就失去了典型性。味就失去了典型性。 英國上面啤酒（英國上面啤酒（Ale） DMS 14 ppb 英國底面啤酒英國底面

28、啤酒 DMS 6027 ppb 歐洲大陸底面啤酒歐洲大陸底面啤酒 DMS 44114 ppb Q：含硫化合物的來源：含硫化合物的來源?二、二、 細(xì)菌的酒精發(fā)酵細(xì)菌的酒精發(fā)酵（alcoholic fermentation of bacteria) 菌種為運動發(fā)酵單孢菌（菌種為運動發(fā)酵單孢菌（Zymomonas Mobilis），少），少數(shù)假單胞桿菌（數(shù)假單胞桿菌（Pseudomonas），如林氏假單胞菌（），如林氏假單胞菌（Ps.lindneri）也能利用）也能利用G經(jīng)經(jīng)ED途徑進行酒精發(fā)酵。途徑進行酒精發(fā)酵。總反應(yīng)式為總反應(yīng)式為 C6H12O6+ADP+H3PO4 2C2H5OH+2CO2+A

29、TP產(chǎn)物和酵母菌的酒精發(fā)酵相同，但產(chǎn)能水平各異。產(chǎn)物和酵母菌的酒精發(fā)酵相同，但產(chǎn)能水平各異。 在末端假單胞菌中能使在末端假單胞菌中能使2分子丙酮酸脫羧分子丙酮酸脫羧，然后還原乙醛生成，然后還原乙醛生成2分子乙醇和分子乙醇和2分子分子CO2；而在其他假單胞菌中氫載體再氧化后，生；而在其他假單胞菌中氫載體再氧化后，生成成1分子的乙醇、分子的乙醇、1分子乳酸和分子乳酸和1分子分子CO2。 ED途徑途徑-脫氧酮糖酸途徑脫氧酮糖酸途徑 由部分由部分EMP途徑、部分途徑、部分HMP途徑組成。途徑組成。 ED途徑的途徑的 三個階段三個階段 1、G 氧化分解氧化分解 6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 +NADPH

30、（HMP） 2、6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 三碳糖三碳糖 6-P-葡萄糖酸脫水酶葡萄糖酸脫水酶 6-P-葡萄糖酸葡萄糖酸 2-酮酮-3-脫氧脫氧-6- P-葡萄糖酸葡萄糖酸 2-酮酮-3-脫氧脫氧-6- P-葡萄糖酸葡萄糖酸 丙酮酸丙酮酸+3-P-甘油醛甘油醛 3、氧化產(chǎn)能階段、氧化產(chǎn)能階段 3-P-甘油醛甘油醛 EMP 丙酮酸丙酮酸 總反應(yīng)式總反應(yīng)式 C6H12O6+NADP+ NAD+ ADP+ Pi 2CH3COCOOH+ NAD 2H+ NADP 2H +ATP 轉(zhuǎn)細(xì)菌酒精發(fā)酵的特點細(xì)菌酒精發(fā)酵的特點n代謝速度快；代謝速度快；n發(fā)酵周期短，比酵母菌的酒精產(chǎn)率高；發(fā)酵周期短，比酵母菌的

31、酒精產(chǎn)率高；n厭氧且耐高溫；厭氧且耐高溫；n能利用多種糖類能利用多種糖類n發(fā)酵工藝技術(shù)要求高發(fā)酵工藝技術(shù)要求高優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點：三、三、 乳酸發(fā)酵機制乳酸發(fā)酵機制 1. 同型乳酸發(fā)酵同型乳酸發(fā)酵：進行乳酸發(fā)酵的主要是細(xì)菌。進行乳酸發(fā)酵的主要是細(xì)菌。 它們利用糖經(jīng)糖酵解途徑生成丙酮酸，丙酮酸還它們利用糖經(jīng)糖酵解途徑生成丙酮酸，丙酮酸還原產(chǎn)生乳酸。發(fā)酵產(chǎn)物中只有乳酸的稱為同型乳酸發(fā)原產(chǎn)生乳酸。發(fā)酵產(chǎn)物中只有乳酸的稱為同型乳酸發(fā)酵，如乳鏈球菌（酵，如乳鏈球菌（Streptococcus lactics）、乳酪鏈球）、乳酪鏈球菌（菌（ Streptococcus cremoris）、）、干酪乳桿

32、菌（干酪乳桿菌（lactobacillus casei）、保加利亞乳桿菌（）、保加利亞乳桿菌（Lac. bulgaricus）等。）等。 同型乳酸發(fā)酵的特點：同型乳酸發(fā)酵的特點：1mol的的G產(chǎn)生產(chǎn)生2mol乳酸，理乳酸，理論轉(zhuǎn)化率是論轉(zhuǎn)化率是100%。另外有很少量的乙醇、乙酸和二。另外有很少量的乙醇、乙酸和二氧化碳等。氧化碳等。 2. 異型乳酸發(fā)酵異型乳酸發(fā)酵 發(fā)酵產(chǎn)物中除乳酸外同時還有乙酸、乙醇、二發(fā)酵產(chǎn)物中除乳酸外同時還有乙酸、乙醇、二氧化碳等，稱為異型乳酸發(fā)酵。如一些明串菌株（氧化碳等，稱為異型乳酸發(fā)酵。如一些明串菌株（Leuconostoc）及乳酸桿菌（）及乳酸桿菌（Lactobac

33、illus）。）。 6-磷酸葡萄糖酸途徑：磷酸葡萄糖酸途徑： 1mol的的G產(chǎn)生產(chǎn)生1mol的乳酸，理論轉(zhuǎn)化率是的乳酸，理論轉(zhuǎn)化率是50%。另外有比例較高的乙醇、乙酸和二氧化碳等。另外有比例較高的乙醇、乙酸和二氧化碳等。 C6H12O6 PK -OH2C-CHOH-CHO EMP CH3CHOHCOOH p Bifidus 途徑（雙歧途徑）：途徑（雙歧途徑）： 雙歧桿菌（雙歧桿菌（Bifidobacterium ）進行的進行的乳酸發(fā)乳酸發(fā)酵酵有兩個磷酸酮解酶參與。有兩個磷酸酮解酶參與。 在沒有氧化作用和脫氫作用下，在沒有氧化作用和脫氫作用下，2分子分子G分解為分解為3分子乙酸和分子乙酸和2分子

34、分子3-磷酸甘油醛，轉(zhuǎn)化為乳酸，轉(zhuǎn)化率磷酸甘油醛，轉(zhuǎn)化為乳酸，轉(zhuǎn)化率為為50%。 蘋果酸乳酸發(fā)酵也是由乳酸菌引起的，它是一種生蘋果酸乳酸發(fā)酵也是由乳酸菌引起的，它是一種生物降酸作用。物降酸作用。 在水果酒的生產(chǎn)中，除進行酒精發(fā)酵外，還必須進行蘋果在水果酒的生產(chǎn)中，除進行酒精發(fā)酵外，還必須進行蘋果酸乳酸發(fā)酵作用，只有在這種情況下，葡萄酒才能獲得成熟。酸乳酸發(fā)酵作用，只有在這種情況下，葡萄酒才能獲得成熟。四、四、 甘油合成機制甘油合成機制1. 亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵 酵母菌在酵母菌在酒精發(fā)酵酒精發(fā)酵時，如加入時，如加入亞硫酸氫鈉亞硫酸氫鈉等鹽類，等鹽類，它能與它能與乙醛起加成乙醛起加

35、成作用，生成難溶的結(jié)晶狀作用，生成難溶的結(jié)晶狀亞硫酸納加亞硫酸納加成物成物，這樣就使，這樣就使乙醛不能作為受氫體乙醛不能作為受氫體，而迫使磷酸二羥，而迫使磷酸二羥丙酮作為受氫體，在丙酮作為受氫體，在- 磷酸甘油脫氫酶（磷酸甘油脫氫酶（NAD為輔酶）為輔酶）催化下生成催化下生成- 磷酸甘油，后者在磷酸甘油，后者在- 磷酸甘油磷酸酯酶磷酸甘油磷酸酯酶催化下生成催化下生成- 甘油甘油。 CH2OH OH C6H12O6+NaHSO 3 CHOH +CH3- C -H OSO2Na+CO2 CH2 OH 1mol葡萄糖只產(chǎn)生1mol甘油，不產(chǎn)生ATP，整個過程無ATP積余，可見在甘油發(fā)酵過程中亞硫酸鹽

36、不能加得太多亞硫酸鹽不能加得太多，否則會使酵母菌因得不到能量而終止發(fā)酵，必須留一部分酒精發(fā)酵必須留一部分酒精發(fā)酵，以使獲得一些能量，供生命活動所需。 2ATP CO2 NaHSO 3 3-磷酸甘油醛丙酮酸乙醛乙醛亞硫酸鈉加成物葡萄糖1.6-二磷酸果糖 Pi 2H 磷酸二羥丙酮 - 磷酸甘油甘油 該過程也稱酵母菌的II型發(fā)酵。 Pi Q:為什么果酒中的甘油含量較高？為什么果酒中的甘油含量較高？2. 堿法甘油發(fā)酵堿法甘油發(fā)酵 酒精酵母的酒精酵母的發(fā)酵液在保持堿性（發(fā)酵液在保持堿性（pH7.6以上）以上）的條件的條件下，下，乙醛不能作為正常的受氫體乙醛不能作為正常的受氫體，乙醛在堿性溶液里，乙醛在堿

37、性溶液里分分子乙醛之間發(fā)生歧化反應(yīng)，相互氧化還原，子乙醛之間發(fā)生歧化反應(yīng)，相互氧化還原，生成生成等量的乙等量的乙醇和乙酸醇和乙酸。此時，由磷酸甘油醛脫氫生成的。此時，由磷酸甘油醛脫氫生成的 NADH+H+用來還原磷酸二羥丙酮，并進而生成甘油用來還原磷酸二羥丙酮，并進而生成甘油 CH2OH 2C6H12O6+H2O 2CHOH +C2H5OH+CH3COOH+2CO2 CH2 OH 堿法甘油發(fā)酵的產(chǎn)品有甘油、乙醇、乙酸，也不產(chǎn)生堿法甘油發(fā)酵的產(chǎn)品有甘油、乙醇、乙酸，也不產(chǎn)生ATP ，所以此法只能在酵母的非生長情況下進行發(fā)酵。，所以此法只能在酵母的非生長情況下進行發(fā)酵。五、五、 丙酸丁酸發(fā)酵丙酸丁

38、酸發(fā)酵1. 丙酸發(fā)酵機制丙酸發(fā)酵機制 自自1923年以來，微生物發(fā)酵生產(chǎn)丙酸的專利很多，所用的微年以來，微生物發(fā)酵生產(chǎn)丙酸的專利很多，所用的微生物集中在丙酸桿菌屬生物集中在丙酸桿菌屬(Propionibacterium)。丙酸生產(chǎn)的代謝途。丙酸生產(chǎn)的代謝途徑一般認(rèn)為經(jīng)徑一般認(rèn)為經(jīng)EMP途徑：途徑： 葡萄糖葡萄糖 EMPEMP 乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸蘋果酸蘋果酸富馬酸富馬酸琥珀酸琥珀酸丙酸丙酸 乙酸乙酸+ CO2丙酸和乙酸的生成比例，以菌種、培養(yǎng)條件而變化。丙酸和乙酸的生成比例，以菌種、培養(yǎng)條件而變化。 以葡萄糖為基質(zhì)發(fā)酵丙酸和乙酸的生成比大多在以葡萄糖為基質(zhì)發(fā)酵丙酸和乙酸的生成

39、比大多在2：1左右。左右。問題：問題： （1）丙酸桿菌生產(chǎn)丙酸受終產(chǎn)物（丙酸和乙酸）抑制，故）丙酸桿菌生產(chǎn)丙酸受終產(chǎn)物（丙酸和乙酸）抑制，故難以使產(chǎn)物積累到較高程度，是一條較難進行的代謝途徑。難以使產(chǎn)物積累到較高程度，是一條較難進行的代謝途徑。（2）同時由于發(fā)酵液中丙酸濃度低，大量副產(chǎn)物存在使產(chǎn)）同時由于發(fā)酵液中丙酸濃度低，大量副產(chǎn)物存在使產(chǎn)物分離提取較困難。物分離提取較困難。 由于近年來丙酸供不應(yīng)求，石油價格原因，合成法成本上升由于近年來丙酸供不應(yīng)求，石油價格原因，合成法成本上升，人們對發(fā)酵法備受重視，如乳清滲透液、纖維素水解液和其，人們對發(fā)酵法備受重視，如乳清滲透液、纖維素水解液和其他廉價

40、原料。一批新型有效的發(fā)酵工藝和反應(yīng)器的出現(xiàn)使人們他廉價原料。一批新型有效的發(fā)酵工藝和反應(yīng)器的出現(xiàn)使人們對在不久將來發(fā)酵法大規(guī)模生產(chǎn)丙酸充滿信心。對在不久將來發(fā)酵法大規(guī)模生產(chǎn)丙酸充滿信心。 2. 2.丁酸發(fā)酵機制丁酸發(fā)酵機制 丁酸發(fā)酵是丁酸梭狀芽孢桿菌（丁酸發(fā)酵是丁酸梭狀芽孢桿菌（Clostridium butylricum）所進行的一類發(fā)酵，是專性）所進行的一類發(fā)酵，是專性厭氧厭氧性發(fā)酵。性發(fā)酵。丁酸是其特征性發(fā)酵產(chǎn)物。丁酸是其特征性發(fā)酵產(chǎn)物。 丁酸型發(fā)酵的產(chǎn)物有：丁醇、丙酮、乙醇、丁酸型發(fā)酵的產(chǎn)物有：丁醇、丙酮、乙醇、CO2、H2、乙酸和丁酸等。、乙酸和丁酸等。 它們利用糖經(jīng)糖酵解途徑產(chǎn)生丙

41、酮酸，由丙酮酸它們利用糖經(jīng)糖酵解途徑產(chǎn)生丙酮酸，由丙酮酸產(chǎn)生乙酰輔酶縮合進而還原成丁酸。產(chǎn)生乙酰輔酶縮合進而還原成丁酸。 分子的丙酮酸產(chǎn)生分子的乙酰分子的丙酮酸產(chǎn)生分子的乙酰CoA，縮合成乙，縮合成乙酰乙酰輔酶，后者被還原成酰乙酰輔酶，后者被還原成 羥丁酰羥丁酰CoA，脫水生，脫水生成乙烯基乙酰成乙烯基乙酰CoA，再還原成丁酰，再還原成丁酰CoA，最后生成丁酸，最后生成丁酸。 丙酮丙酮-丁醇梭狀芽孢桿菌（丁醇梭狀芽孢桿菌（Clostridium acetobutylicum）的）的發(fā)酵產(chǎn)物中除丁酸外，有丁醇、丙酮、乙酸、發(fā)酵產(chǎn)物中除丁酸外，有丁醇、丙酮、乙酸、CO2與與H2等。等。 發(fā)酵產(chǎn)物丙

42、酮由乙酰乙酸脫羧而生成。丁醇則由丁酸還原發(fā)酵產(chǎn)物丙酮由乙酰乙酸脫羧而生成。丁醇則由丁酸還原而成。而成。 根據(jù)發(fā)酵產(chǎn)物的不同有丙酮根據(jù)發(fā)酵產(chǎn)物的不同有丙酮-丁醇發(fā)酵；丁醇丁醇發(fā)酵；丁醇-異丙醇發(fā)酵異丙醇發(fā)酵；丁酸發(fā)酵；丙酮；丁酸發(fā)酵；丙酮-乙醇；乙醇； 丙酮丙酮-丁醇發(fā)酵化學(xué)反應(yīng)式如下丁醇發(fā)酵化學(xué)反應(yīng)式如下2CH3COCOOH 2CH3COSCoA CH3COCH2COSCoA CH3COCH2COSCoACH3COCH2COOH CH3COCH3 CH3CH2CH2COOH + 2H CH3CH2CH2CHO+H2O CH3CH2CH2CHO + 2H CH3CH2CH2CHOH（丁醇）（丁醇

43、）六、己酸的發(fā)酵機制六、己酸的發(fā)酵機制濃香型：己酸乙酯和丁酸乙酯；濃香型：己酸乙酯和丁酸乙酯；清香型：乙酸乙酯和乳清香型：乙酸乙酯和乳 酸乙酯；酸乙酯；醬香型：一般認(rèn)為是醬香型：一般認(rèn)為是4-乙基愈瘡木酚；乙基愈瘡木酚；兼香型：如西鳳酒。兼香型：如西鳳酒。 己酸乙酯是濃香型大曲酒的主體香氣成分己酸乙酯是濃香型大曲酒的主體香氣成分，是，是由已酸和乙醇酯化形成的。己酸的形成屬于合成發(fā)由已酸和乙醇酯化形成的。己酸的形成屬于合成發(fā)酵。在發(fā)酵過程中，乙醇和乙酸結(jié)合生成丁酸，丁酵。在發(fā)酵過程中，乙醇和乙酸結(jié)合生成丁酸，丁酸再與乙醇結(jié)合生成己酸。若乙醇和乙酸的比率不酸再與乙醇結(jié)合生成己酸。若乙醇和乙酸的比率

44、不同，則丁酸和已酸形成的比率也不同。同，則丁酸和已酸形成的比率也不同。 乙酸多時主要產(chǎn)物為丁酸：乙酸多時主要產(chǎn)物為丁酸： CH3CH2 OH+ CH3COOHCH3CH2CH2 COOH+ H2O 乙醇多時主要產(chǎn)物為己酸：乙醇多時主要產(chǎn)物為己酸： 2CH3CH2 OH+ CH3COOH CH3CH2CH2 CH2CH2 COOH+2 H2O在乙醇含量遠(yuǎn)高于乙酸的酒醅（在乙醇含量遠(yuǎn)高于乙酸的酒醅（fermenting grains）中，這個過程實際上是及其復(fù)雜的代謝過程。中，這個過程實際上是及其復(fù)雜的代謝過程。 酒醅（酒醅（fermenting grains）：固體發(fā)酵法釀造白酒時）：固體發(fā)酵法

45、釀造白酒時在窖內(nèi)發(fā)酵的固體物料。在窖內(nèi)發(fā)酵的固體物料。 從配料、入窖溫度來控制其發(fā)從配料、入窖溫度來控制其發(fā)酵條件。酵條件。在大曲酒發(fā)酵過程中，淀粉質(zhì)原料首先被糖化，然在大曲酒發(fā)酵過程中，淀粉質(zhì)原料首先被糖化，然后有己酸菌將糖轉(zhuǎn)化成己酸、乙酸、后有己酸菌將糖轉(zhuǎn)化成己酸、乙酸、CO2和和H2O 。 己酸與乙醇酯化主要通過?；o酶己酸與乙醇酯化主要通過?；o酶A的形式進行，的形式進行，如下：如下：CH3CH2CH2 CH2CH2 COOH+ATP+CoASH CH3CH2CH2 CH2CH2 COSCoA+AMP+Pi + H2O CH3CH2CH2CH2CH2COSCoA+CH3CH2OH CH

46、3CH2CH2CH2CH2 COO C2H5+CoASH己酸乙酯己酸乙酯 但在大曲發(fā)酵中，通過上述途徑生成的己酸乙酯但在大曲發(fā)酵中，通過上述途徑生成的己酸乙酯只是一部分，另一部分則是通過芽孢桿菌利用乙酸乙只是一部分，另一部分則是通過芽孢桿菌利用乙酸乙酯為接受體，加入乙醇生成丁酸乙酯，然后再與乙醇酯為接受體，加入乙醇生成丁酸乙酯，然后再與乙醇反應(yīng)生成己酸乙酯：反應(yīng)生成己酸乙酯： CH3 COO C2H5 +CH3CH2 OH CH3CH2CH2 COO C2H5+ H2O CH3CH2CH2COOC2H5+CH3CH2OH CH3CH2CH2CH2CH2COO C2H5+ H2O 可以看出，乙醇

47、、乙酸和乙酸乙酯是成香的前體可以看出，乙醇、乙酸和乙酸乙酯是成香的前體物質(zhì)，其含量變化會導(dǎo)致酒質(zhì)量的波動。物質(zhì)，其含量變化會導(dǎo)致酒質(zhì)量的波動。 七、七、 沼氣發(fā)酵機制沼氣發(fā)酵機制 沼氣（沼氣（biogas） (甲烷，甲烷，methane) 甲烷發(fā)酵屬于厭氧消化甲烷發(fā)酵屬于厭氧消化(anaerobic digestion)處理，處理，是有機物厭氧分解過程中的主要過程。是有機物厭氧分解過程中的主要過程。 利用厭氧菌將工廠廢水、下水污泥中所含有的有機利用厭氧菌將工廠廢水、下水污泥中所含有的有機物進行分解，不用對培養(yǎng)基進行滅菌和純種培養(yǎng)和接種物進行分解，不用對培養(yǎng)基進行滅菌和純種培養(yǎng)和接種操作。它可以

48、作為好氧處理的前階段處理。操作。它可以作為好氧處理的前階段處理。甲烷氣體（沼氣）是生物燃?xì)獾闹饕蓡T甲烷氣體（沼氣）是生物燃?xì)獾闹饕蓡T （一）一） 甲烷發(fā)酵機理甲烷發(fā)酵機理 甲烷發(fā)酵是厭氧菌將碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等甲烷發(fā)酵是厭氧菌將碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等復(fù)雜的有機物最分解成甲烷和復(fù)雜的有機物最分解成甲烷和CO2，其反應(yīng)機理可分，其反應(yīng)機理可分以下兩個階段：以下兩個階段：第一個階段第一個階段：是有機聚合物先被一群產(chǎn)酸菌分解是有機聚合物先被一群產(chǎn)酸菌分解成各種脂肪酸。成各種脂肪酸。第二個階段：是在甲烷菌的作用下的產(chǎn)氣過程稱第二個階段：是在甲烷菌的作用下的產(chǎn)氣過程稱為甲烷發(fā)酵為甲烷發(fā)酵。有

49、機物的甲烷發(fā)酵是許多厭氧菌同時進行產(chǎn)酸和有機物的甲烷發(fā)酵是許多厭氧菌同時進行產(chǎn)酸和產(chǎn)氣的復(fù)合發(fā)酵。產(chǎn)氣的復(fù)合發(fā)酵。 復(fù)雜有機物復(fù)雜有機物 發(fā)酵細(xì)菌發(fā)酵細(xì)菌 可溶性簡單有機物可溶性簡單有機物 產(chǎn)酸菌產(chǎn)酸菌 揮發(fā)性脂肪酸揮發(fā)性脂肪酸 （丙酸，異丁酸，異戊酸）（丙酸，異丁酸，異戊酸） 專性質(zhì)子還原菌專性質(zhì)子還原菌 醋酸醋酸 H2+HCO3 純醋酸菌純醋酸菌C H4 甲烷菌甲烷菌 CH4 HCO3 H + HCO3 H2CO3 H2O+CO2 H2O復(fù)雜的有機物受到各類微生物復(fù)雜的有機物受到各類微生物(biogas producing bacteria)的作用，生成簡單的可溶性有機物，可溶的作用，生成

50、簡單的可溶性有機物，可溶性有機物經(jīng)產(chǎn)酸菌的代謝生性有機物經(jīng)產(chǎn)酸菌的代謝生H2 、醋酸和其它脂肪酸、醋酸和其它脂肪酸（35碳），丙酸等碳），丙酸等35個碳的脂肪酸，不能直接被個碳的脂肪酸，不能直接被甲烷菌轉(zhuǎn)化生成甲烷，而先要有一種專性質(zhì)子還原甲烷菌轉(zhuǎn)化生成甲烷，而先要有一種專性質(zhì)子還原菌或醋酸菌將它們轉(zhuǎn)化為醋酸和氫。菌或醋酸菌將它們轉(zhuǎn)化為醋酸和氫。甲烷菌將甲烷菌將H2 、HCO3 （生成碳酸鹽）或醋酸轉(zhuǎn)（生成碳酸鹽）或醋酸轉(zhuǎn)化為甲烷（化為甲烷（CH4），并產(chǎn)生），并產(chǎn)生ATP。生成碳酸鹽在溶液中和碳酸相平衡，后者生成碳酸鹽在溶液中和碳酸相平衡，后者與溶解態(tài)的與溶解態(tài)的CO2 相平衡，液相相平衡，液相CO2 又與氣相又與氣相CO2相平衡。相平衡。最終的產(chǎn)物是生物氣體（最終的