《发酵工程》第4章 发酵机制.ppt

第四章 发酵的机制 学 时：6 教学内容： 了解己糖发酵产物的积累机制 了解氨基酸发酵生产的机制和代谢调控 了解核苷酸类物质的代谢调控 了解抗生素等次生代谢产物的积累和代谢调控机制 第一节 糖嫌气性发酵产物积累机制 嫌气发酵产物：酒精发酵、甘油发酵、同型乳酸发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵等 一、 糖酵解途径及调节机制 葡萄糖经EMP途径： C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD 2CH3COCOOH+2ATP+2NADH2 在无氧条件下，丙酮酸主要发生如下变化： （1）乳酸菌：乳酸——同型乳酸发酵 （2）酵母： 乙醇 ——酒精发酵 （3）梭状芽孢杆菌：先后生成丁酰CoA、丁醛、丁醇、丙酮、乙醇——丙酮丁醇发酵。 2、糖酵解调节机制 调节点主要是三个激酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶，所催化的三个反应是不可逆的，只参与糖酵解，不参与糖的新生。而激酶的活性是受细胞能荷调节的。 [(ATP)+1/2(ADP)]/[(ATP)+(ADP)+(AMP)] 为一定的比例，该比例叫能荷。当体系中ATP含量高时，ATP抑制磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶的活性，使酵解减少。 当需要能量时，ATP分解为ADP、AMP，这样ATP减少，ADP增加、AMP增加→能荷降低→激酶活性增大； 无机磷也是调节者，它能解除6-磷酸葡萄糖对己糖激酶的抑制，加快糖酵解。 （1）杂醇油的生成 b、由葡萄糖直接生成 酵母通过糖代谢生成?－酮酸，然后发生下述反应： c、由苏氨酸生成正丙醇 ②、影响杂醇油形成的条件 ◆菌种 ◆培养基组成 ◆发酵条件 （2）琥珀酸的生成 在发酵液中加入谷氨酸，可增加琥珀酸的产量 （3）酯类的生成 （4）糠醛、甲醇等的生成 4、酒精发酵工艺 淀粉质原料：薯类原料（红薯干、山芋干、木薯干、马铃薯等）；谷物原料（玉米、小麦、大麦、稻米等） 糖质原料：废糖蜜；甜菜；甘蔗；甜高梁等； 纤维质原料：木材加工下脚料；森林工业下脚料；农作物秸杆；甘蔗渣；废甜菜丝等 酒精酵母（Saccharomyces cerevisiae）； 其它潜力的酒精发酵微生物： 粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe )： 适合纤维、半纤维水解液的酒精发酵，有些菌株具有强絮凝性，可用于高强度清液酒精发酵。 发酵运动单胞菌（Zymomonas mobilis）： 1911 败坏的苹果酒分离得糖吸收速率比酵母快1~2倍；酒精得率比酵母高；絮凝性颗粒酒精发酵强度是常规的10倍以上，是清液酒精发酵最有竞争力的菌种 Ⅰ、α-淀粉酶：水解淀粉使生成糊精 Ⅱ、外切-1，4-α-葡萄糖苷酶：从多糖非还原末端切割α-1，4-葡萄糖苷键，生成葡萄糖；行业称糖化酶 Ⅲ、纤维素酶：水解纤维素生成葡萄糖和其它纤维二糖； Ⅳ、果胶酶：使果胶质分解，醪液黏度明显下降，在浓醪发酵工艺有重要意义； 将粉碎了的原料加水制成粉浆，加热，使粉浆中淀粉糊化，为进一步将淀粉变成可发酵性糖作准备； 粉浆制备（生产上叫“拌料”） 中温蒸煮：加入高温液化酶，蒸汽加热105℃，45min 发酵方法： A 间歇发酵（大多数淀粉质原料酒精厂采用） 糖化醪冷却到28~30℃，泵入发酵罐，接入10%酒母（或0.15%活化的酒用活性干酵母），保温28~30℃，60h,进行酒精发酵，然后蒸馏。 B 连续发酵 在一组发酵罐中进行，发酵开始时，糖化醪加入发酵罐首罐同时加入足够数量的酒母，满罐后进行间歇发酵，当发酵至主发酵后期，开始不断地流加糖化醪，发酵醪开始从首罐流往随后的发酵罐，当发酵醪从最后一个发酵罐流出时，发酵已经结束，送去蒸馏。 C 高强度酒精发酵：包括固定化酵母、细菌酒精发酵、浓醪发酵等几种技术； 目的：将酒精等挥发性物质与酒糟分开，得到粗酒精蒸气（称为蒸馏）； 粗酒精蒸气经过精馏达到增浓、除杂，得成品酒精（如工业酒精、食用酒精、精馏酒精、高纯度酒精、无水酒精等）（称为精馏） 蒸馏工艺：三塔流程（醪塔、精塔、甲醇塔和一系列冷却设备。 第二节 柠檬酸发酵机制 柠檬酸又名枸橼酸，有机酸中第一大酸，由于物理性能、化学性能、衍生物的性能，是广泛应用于食品、医药、日化等行业最重要的有机酸。 。 天然柠檬酸在自然界中分布很广，天然的柠檬酸存在于植物如柠檬、柑橘、菠萝等果实和动物的骨骼、肌肉、血液中。 人工合成的 柠檬酸是用砂糖、糖蜜、淀粉、葡萄等含糖物质发酵而制得的， 可分为无水和水合物两种。纯品柠檬酸为无色透明结晶或白色粉末