厭氧發(fā)酵舉例2013(三)

厭氧發(fā)酵發(fā)酵：微生物通過其代謝活動(dòng)，利用基質(zhì)（底物）合成人們所需要的代謝產(chǎn)物的過程積累的產(chǎn)物微生物菌體酶代謝產(chǎn)物厭氧發(fā)酵：酒精、甘油、乳酸、丙酮、丁醇等好氧發(fā)酵：有機(jī)酸、氨基酸、蛋白質(zhì)、核苷酸、抗生素、維生素等糖酵解途徑及調(diào)節(jié)機(jī)制

葡萄糖經(jīng)EMP途徑：C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD2CH3COCOOH+2ATP+2NADH2糖酵解途徑（EMP）的特點(diǎn)：1.是除蘭綠藻之外的幾乎所有生物葡糖分解的共同途徑,廣泛存在于各種細(xì)胞中，每個(gè)反應(yīng)都不需氧。2.糖酵解有10多個(gè)反應(yīng)，都在酶的作用下完成；3.其他糖類（如淀粉、乳糖等）作為碳源和能源時(shí)，通過葡萄糖或其他中間產(chǎn)物并入EMP途徑。3-磷酸甘油醛1·3-二磷酸甘油酸NAD+＋HNADH2所形成的NADH2不能積存，要迅速被氧化成NAD，以使糖酵解反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。在不同的機(jī)體，在不同的環(huán)境下（如氧氣的有無），丙酮酸的去路也不同，釋放出的H2被不同受體接受，從而形成不同的產(chǎn)物。4.丙酮酸去路不同

在無氧條件下

在乳酸菌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，即同型乳酸發(fā)酵；在酵母菌中，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被還原為乙醇，即酒精發(fā)酵；在梭狀芽孢桿菌中，丙酮酸脫羧生成乙酰COA，然后經(jīng)一系列變化生成丁酰COA、丁醛，兩者作為受氫體被還原生成丁醇，生成物中還有丙酮、乙醇，所以稱為丙酮-丁醇發(fā)酵。酵母菌的酒精發(fā)酵

第一型發(fā)酵：無氧、中性或偏酸性條件

CH3COCOOHCH3CHO+CO2CH3CHO+NADH2CH3CH2OH+NAD

第二型發(fā)酵：無氧、有亞硫酸氫鈉存在

乙醛與亞硫酸氫鈉反應(yīng)，磷酸二羥丙酮作為受氫體，產(chǎn)物為甘油。（甘油發(fā)酵）

第三型發(fā)酵：無氧、堿性條件乙醛發(fā)生岐化反應(yīng)，磷酸二羥丙酮作為受氫體，產(chǎn)物為甘油、乙醇、乙酸。（堿法甘油發(fā)酵）脫羧酶乙醇脫氫酶

C6H12O62CH3COCOOH2CH3CHO2CH3CH2OHNADNADH2-2CO2EMP2ATP乙醇脫氫酶一、酒精發(fā)酵：產(chǎn)物：乙醇、CO2發(fā)生條件：無氧條件途徑：EMP菌種：酵母菌該乙醇發(fā)酵過程在pH3.5~4.5及厭氧的條件下發(fā)生。（無氧）脫羧酶第一型發(fā)酵（還原）1.1酒精生成機(jī)制

(1)葡萄糖（glucose）

EMP

丙酮酸（pyruvicacid）

己糖磷酸化作用

EMP六碳糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿继橇姿岜潜?/p>

(2)丙酮酸乙醇丙酮酸（pyruvicacid）丙酮酸脫羧酶乙醛（acetaldehyde）乙醛乙醇脫氫酶乙醇（alcohol）

由葡萄糖生成乙醇的總反應(yīng)式為

C6H12O6+2ADP+2H3PO4

2CH3CH2OH+2CO2+2ATP則1mol葡萄糖生成2mol乙醇，理論轉(zhuǎn)化率為

2×46.05/180.1×100%=51.1%

但是在生產(chǎn)中大約有5%的葡萄糖用于合成酵母細(xì)胞和副產(chǎn)物，實(shí)際上乙醇生成量約為理論值的95%，則乙醇對(duì)糖的實(shí)際轉(zhuǎn)化率約為48.5%。酵母菌在無氧的條件下，通過以上12步反應(yīng)，1分子G生成２分子的乙醇，２分子的CO2和2分子ATP。巴斯德效應(yīng)

在好氧條件下，酵母菌發(fā)酵能力降低（細(xì)胞內(nèi)糖代謝降低，乙醇積累減少）；不僅存在于酵母中，也存在于具有呼吸和發(fā)酵能力的其他細(xì)胞中。在好氧條件下，糖代謝進(jìn)入TCA循環(huán)產(chǎn)生更多ATPATP↑抑制磷酸果糖激酶的合成6-P-果糖↑（積累）6-P-葡糖↑（積累）反饋抑制己糖激酶抑制葡糖進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)葡糖利用降低同時(shí)，在好氧條件，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↑反饋抑制己糖激酶活性糖酵解速度↓酒精發(fā)酵中的副產(chǎn)物酵母菌酒精發(fā)酵主產(chǎn)物：乙醇、CO2副產(chǎn)物40多種醇（雜醇油）醛（糠醛）酸（琥珀酸）酯甲醇二、甘油發(fā)酵1.亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵酵母菌在酒精發(fā)酵時(shí)，如加入亞硫酸氫鈉等鹽類，它能與乙醛起加成作用，生成難溶的結(jié)晶狀亞硫酸納加成物，這樣就使乙醛不能作為受氫體，而迫使磷酸二羥丙酮作為受氫體，在α-磷酸甘油脫氫酶（NAD為輔酶）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

亞硫酸鹽法1.過量的亞硫酸鹽對(duì)酵母菌有毒性，其用量受限制；2.轉(zhuǎn)化率低（總糖轉(zhuǎn)化率20-25%)，提取甘油困難3.成本高，制備1Kg炸藥級(jí)甘油消耗10-12Kg精制糖

停用2.堿法甘油發(fā)酵酒精酵母的發(fā)酵液在保持堿性（pH7.6以上）的條件下，乙醛不能作為正常的受氫體，乙醛在堿性溶液里２分子乙醛之間發(fā)生歧化反應(yīng)，相互氧化還原，生成等量的乙醇和乙酸。此時(shí)，由３－磷酸甘油醛脫氫生成的NADH+H+用來還原磷酸二羥丙酮，并進(jìn)而生成甘油．

CH2OH2C6H12O6+H2O

2CHOH+C2H5O

H+CH3COOH+2CO2

CH2OH

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(jìn)行發(fā)酵。2.堿性法堿性條件下用釀酒酵母對(duì)淀粉、蔗糖、葡萄糖等進(jìn)行厭氧發(fā)酵（副產(chǎn)物），甘油轉(zhuǎn)化率和提取率都低3.

耐高滲壓酵母法以淀粉或糖蜜為原料，通過耐高滲壓酵母菌發(fā)酵的方法制取3、耐高滲壓酵母法在高滲透壓的環(huán)境下甘油是絲狀真菌主要的滲透壓調(diào)節(jié)劑

耐高糖濃度、耐高鹽濃度得到耐高滲壓酵母菌(假絲酵母），高產(chǎn)甘油菌株培養(yǎng)基：種子培養(yǎng)基中葡萄糖含量10%，發(fā)酵液中葡萄糖含量20-25%；玉米漿（磷源，限制性底物），0.2%（W/V)尿素，PH=3.5-4滅菌：搖瓶、搖瓶培養(yǎng)基

種子罐、發(fā)酵罐、培養(yǎng)基培養(yǎng)條件：發(fā)酵溫度32-35℃，接種量5-10%（V/V),攪拌通氣A、好氧發(fā)酵法目前普遍采用的甘油生產(chǎn)技術(shù)發(fā)酵液中甘油含量大于10%，總糖轉(zhuǎn)化率大于45%提取甘油存在的問題：糖濃度由20%2%，酵母菌將甘油作為第二碳源，故在殘?zhí)菨舛容^高時(shí)終止發(fā)酵，轉(zhuǎn)入提取工序，蒸餾時(shí)殘?zhí)墙够?、結(jié)垢，包裹甘油工藝路線(絮凝除菌、離子交換樹脂脫糖除雜）好氧、厭氧兩步發(fā)酵前期好氧發(fā)酵（25%-2%)與后期厭氧發(fā)酵(2-0.5%)相結(jié)合好氧發(fā)酵后期停止供氧（殘?zhí)?%），必要時(shí)通二氧化碳，使酵母菌進(jìn)行厭氧發(fā)酵，進(jìn)一步消耗殘?zhí)牵删凭蜕倭扛视桶l(fā)酵液中甘油濃度12%以上，殘?zhí)菨舛刃∮?.5%副產(chǎn)物酒精三乳酸發(fā)酵

1、同型乳酸發(fā)酵：進(jìn)行乳酸發(fā)酵的主要是細(xì)菌。細(xì)菌利用糖經(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)物中主要為乳酸的稱為同型乳酸發(fā)酵，如乳酸鏈球菌（Streptococcuslactics）、乳酪鏈球菌（Streptococcuscremoris）、干酪乳桿菌（lactobacilluscasei）、保加利亞乳桿菌（Lac.bulgaricus）等。