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1、乙醇甘油发酵,发酵作用,概念：发酵是指在没有外源电子受体时，微生物将有机物氧化放出的电子直接交给底物本身未完全氧化的某一中间产物，产生各种不同的代谢产物，同时放出能量。在发酵工业上，发酵是指任何利用厌氧或好氧微生物来生产有用代谢产物的一类生产方式。在发酵条件下有机化合物氧化不彻底，发酵的结果仍积累某些有机物，因此，发酵过程的氧化是与有机物的还原偶联在一起的，主要通过底物水平磷酸化作用，其产能水平低。在发酵过程中，有机物被氧化时生成的NAD(P)H不经过呼吸链传递直接将电子和氢交给丙酮酸或其衍生物，使NAD(P)H+H+重新氧化为NAD(P)+，就可以进入新一轮的糖酵解过程。,发酵类型,发酵类型
2、：在上述途径中均有还原型氢供体NADH+H+和NADPH+H+产生，但产生的量并不多，如不及时使它们氧化再生，糖的分解产能将会中断，这样微生物就以葡萄糖分解过程中形成的各种中间产物为氢（电子）受体来接受NADH+H+和NADPH+H+的氢（电子），于是产生了各种各样的发酵产物。根据发酵产物的种类有乙醇发酵、乳酸发酵、丙酸发酵、丁酸发酵、混合酸发酵、丁二醇发酵及乙酸发酵等。,发酵平衡,发酵时，发酵底物（如葡萄糖）能产生许多不同的末端产物，这些末端产物有些是具有更高氧化态的，而有些是具有更高还原态的，末端产物的平均氧化水平与底物的氧化水平相平衡，这表明发酵过程是能够保持氧化-还原平衡的。如从葡萄糖
3、的乙醇发酵就可看出底物与产物的氧化-还原平衡。对发酵过程的氧化-还原平衡要求限制了发酵降解的有机化合物种类，即底物既不能有太高的氧化水平，也不能有太高的还原水平，碳水化合物是主要的发酵底物。,乙醇发酵和甘油发酵,1酵母菌发酵（1）酵母菌的第一型发酵（乙醇发酵）酵母菌的乙醇发酵是一种研究最早、发酵机制最清楚的发酵类型。在厌氧条件下，酵母菌可将葡萄糖经EMP途径降解为2个丙酮酸，然后在乙醇发酵的关键酶-丙酮酸脱羧酶的催化下，丙酮酸脱羧生成乙醛，接着在醇脱氢酶的作用下，EMP途径中生成的NADH将乙醛还原为乙醇。每分子葡萄糖发酵生成2个乙醇和2个CO2，并净得2个ATP，即C6H12O6+2ADP+
4、2Pi 2C2H5OH+2CO2+2ATP 这是酵母菌的正常乙醇发酵，又称酵母的第一型发酵。当发酵条件改变时，酵母菌进行第二型和第三型发酵，产生甘油。,（2）酵母菌的第二型发酵（甘油发酵）在进行乙醇发酵的酵母代谢时，若在培养基中加入亚硫酸氢钠，则发酵就会从乙醇发酵转向甘油发酵。这是因为亚硫酸氢钠可与乙醛发生加成反应生成难溶的磺化羟基乙醛，即CH3CHO+NaHSO3 CH3CHOH致使乙醛不能作为NADH2的受氢体，所以不能形成乙醇，而迫使用磷酸二羟丙酮代替乙醛作为受氢体，生成-磷酸甘油。-磷酸甘油进一步在-磷酸甘油酯酶作用下水解脱磷酸而生成甘油，这称为酵母的第二型发酵。总反应式为,SO3Na
5、,C6H12O6+NaHSO3 CH2OHCHOHCH2OH + CH3CHOH+CO2,由上述反应式可以看出，利用亚硫酸盐发酵生产甘油时，每分子葡萄糖只产生1分子甘油，不产生ATP，为了提供维持菌体生长所需的能量，必须控制亚硫酸氢钠的加入量（亚适量水平），以保证一部分的糖可以进行乙醇发酵，否则酵母菌将因为得不到能量而停止生长。（3）酵母菌的第三型发酵（甘油发酵）在弱碱性条件下（pH7.6），酵母菌的乙醇发酵也会转向甘油发酵，这就是酵母菌的第三型发酵。此时，乙醛因得不到足够的氢而积累，2个乙醛分子间会发生歧化反应，1分子乙醛作为氧化剂被还原成乙醇，另一个则作为还原剂被氧化为乙酸，即,SO3Na
6、,CH3CHO NADH+H+ CH3COOHCH3CH2OH NAD+ CH3CHO在此型发酵中，乙醛不能作为正常的氢受体，氢受体也由磷酸二羟丙酮担任，生成甘油。发酵终产物为甘油、乙醇和乙酸，总反应式是2C6H12O6+H2O CH3COOH+CH3CH2OH+2CO2+2CH2OHCHOHCH2OH这种发酵方式不能产生能量，只能在非生长的情况下进行。由于此型发酵中有乙酸产生，如果不注意发酵过程中的pH控制，会因乙酸的积累而导致pH下降，使得甘油发酵重新回到乙醇发酵。可添加碳酸钠以保持pH值，产生更多的甘油。,2细菌的乙醇发酵不同的细菌进行乙醇发酵时，其发酵途径也各不相同。如运动发酵单细胞和
7、厌氧发酵单胞菌是利用ED途径分解葡萄糖为丙酮酸，丙酮酸脱羧生成乙醛，乙醛又被还原生成乙醇。由于发酵是经ED途径，所以每分子葡萄糖只能产生1分子ATP，产能是酵母乙醇发酵的一半，产生的乙醇仍是2分子。对于某些生长在极端酸性条件下的严格厌氧菌，如胃八叠球菌和兼性厌氧的肠杆菌则是利用EMP途径进行乙醇发酵。,甘油发酵,甘油发酵生产现状 应用领域：广泛用于化工、医药、化妆品、食品加工和日常生活等诸多方面，约在2000多种产品中含有甘油成分。 生产方法：天然油脂皂化和水解；丙烯氯化法和丙烯氧化法 ；微生物发酵法,我国与国外差距 （1）残糖高， （2）规模化较少，市场构成与西方发达国家差异 中国：涂料，4
8、9%；医药食品，10% 美国：涂料，10%；医药食品， 54%,第一节 甘油发酵生产菌种 绝大多数为酵母菌。 1945年Nicherson等筛选出产酸结合酵母，1958年Peterson发现柳氏结合酵母，1960年报道木兰球拟酵母I2B2只产甘油而无其他副产物，1960年Dawson研究了用耐高渗透压酵母连续生产甘油的新工艺，受到人们的高度重视。,第二节 甘油发酵工艺 厌氧条件下，酵母大量的将葡萄糖转变成乙醇，而产物中只有很少的甘油，在酵母菌的其他厌氧发酵产品中（白酒、葡萄酒、黄酒等），甘油的含量也很少。,酒精发酵（酵母的第型发酵）alcoholic fermation,甘油发酵（酵母的第型发
9、酵）,利用糖酵解途径进行甘油发酵,酒精发酵之初： 即： -磷酸甘油脱氢酶 磷酸二羟丙酮+NADH+H+ -磷酸甘油+NAD+ 磷酯酶 -磷酸甘油+H2O 甘油+Pi,当有了乙醛作为受氢体，代谢途径的流向就不再朝甘油方向了。将受氢体乙醛除去，则势必造成发酵液中甘油的积累。,2ATP 2CO2 NaHSO3 2ATP 3-磷酸甘油醛 丙酮酸乙醛 乙醛加 成物 PiG 1，6-二磷酸果糖 2H EMP途径 磷酸二羟丙酮 -磷酸甘油 甘油,一、亚硫酸盐法甘油发酵(酵母菌的型发酵),二、碱法甘油发酵(酵母菌的型发酵),三、发酵法甘油生产过程1、原料 淀粉质、糖质和纤维质 。2、工艺路线 （1）厌氧亚硫酸
10、盐法 所用原料为淀粉质或糖蜜、亚硫酸钠及其他营养盐。培养基灭菌后冷却降温接入酿酒酵母，于3032控温发酵23d，发酵液即可进入提取阶段回收甘油。,厌氧甘油发酵缺点 菌体死亡率较高，碱性条件；无能量产生； 转化率较低，按照上述能量平衡计算，糖与甘油的转化率不可能超过50%，加上酵母增殖需要消耗一部分糖，发酵液中残留一部分糖，实际转化率远低于50%，导致了厌氧发酵生产甘油的成本较高。,好氧发酵 适当好氧条件下，糖酵解产生的丙酮酸可以通过TCA循环来增加其产能水平，一方面减少3磷酸甘油醛向乙醛方向进行，增加底物向产物转化的比例；另一方面，增加了细胞能量水平，减少了细胞的死亡率，有利于提高发酵的速率，
11、缩短发酵周期。但是，这种有限的好氧发酵，使得丙酮酸进行TCA循环的同时，也增加了TCA循环过程中的许多中间性产物的产生，这对于甘油的提取带来了不利的影响。,（2）耐高渗透压酵母好氧发酵法,（3）影响发酵的因素 随生产菌种和原料的变化，影响甘油产率和菌种发酵速度的因素可归纳为：C、N源的种类和配比，金属盐的选择，发酵温度，pH及通风量的确定等。,两种方法,亚硫酸盐法:,碱法甘油发酵:,酵母酒精发酵的发酵液pH值调至碱性，保持在pH7.6以上，则2分子乙醛之间发生歧化反应，1分子被还原成乙醇，1分子被氧化成乙酸。乙醛失去了作为受氢体的作用，NADH+H+ 只好用于还原磷酸二羟丙酮，并生成甘油,将亚硫酸氢钠(NaHSO3)加入发酵液中，能与乙醛发生加成反应，生成难溶的结晶状产物，使乙醛不能再作为受氢体，迫使NADH+H+ 用于磷酸二羟丙酮的还原，生成甘油,甘油合成机制,酵母在一定条件下培养，可以利用糖分生成甘油,酵母的第二型发酵,加入亚硫酸氢钠，与乙醛起加成作用 生成难溶的乙醛亚硫酸氢钠加成物,谢谢,
