第6章微生物发酵机理.ppt
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1、第6章 微生物发酵机理,微生物发酵机理,第一节 微生物基础物质代谢 第二节 厌氧发酵产物的合成机制 第三节 好氧发酵产物的合成机制,第一节 微生物基础物质代谢,物质代谢 能量代谢,物质代谢,微生物的能量代谢,日光 (光能营养菌) 最初能源 有机物(化能异养菌) ATP 还原态无机物(化能自养菌),中心任务是将外界环境中各种形式的最初能源转变成能量货币ATP。,化能异养微生物的能量代谢,底物失氢(电子) 传递体递氢(电子) 受体受氢(电子) 没有电子传递链 内源性有机物 发酵 有机物 有电子传递链 O2 有氧(好氧)呼吸 除O2外的无机物或延胡 索酸 无氧 呼吸,呼吸,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸,
2、ATP,ADP,果糖-6-磷酸,ATP,ADP,Mg2+,果糖-1,6-二磷酸,甘油醛- 3-磷酸,二羟丙酮 磷酸,2Pi,1,3-二磷酸甘油酸,2ADP,2ATP,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,2H2O,Mg2+,磷酸烯醇式丙酮酸,2ATP,2ADP,烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乳酸,2CO2,乙醛,+2H+,2NAD+,2(NADH+H+),+2H+,乙醇,糖酵解和酒精发酵的全过程,三羧酸循环反应过程,P105,GTP,呼吸链,1NADH-3ATP 1FADH-2ATP,FADH2,化能自养菌的能量代谢,化能自养菌的底物和呼吸链,底物有NH4+ 、H2S、S、NO2-、 SO32- 、 S2O
3、32- 、 Fe 、 H2等,NAD Fe Q Cytcc1 Cyt a1 Cyt aa3 O2 (NO3-),H2,NH4+ 、SO32- 、S2 - Fe、 S2O32- NO2-,ATP,ATP,ATP,ATP,NADH,光能微生物的能量代谢,循环光合磷酸化 非循环光合磷酸化 嗜盐菌紫膜光合磷酸化,只存在于能进行光合作用的生物中,具有叶绿素或细菌叶绿素,或者细菌视紫红质,循环光合磷酸化(环式光合磷酸化),一般光合细菌 细菌叶绿素 特点,可在厌氧条件下进行,只一个光反应系统 产物ATP,无NAD(P)H,也不产生分子氧。,返 回,非循环光合磷酸化,绿色植物、藻类和蓝细菌所共有的产ATP方式
4、。 特点:两个光系统 水光解提供电子 产物除ATP外, 产生NADPH和O2。,返 回,细菌视紫红质的光合作用,Bacteriorhodopsin,返 回,第二节 厌氧发酵产物的合成机制,酒精发酵机制 甘油发酵机制 乳酸发酵机制 沼气发酵机制,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸,ATP,ADP,果糖-6-磷酸,ATP,ADP,Mg2+,果糖-1,6-二磷酸,甘油醛- 3-磷酸,二羟丙酮 磷酸,2Pi,1,3-二磷酸甘油酸,2ADP,2ATP,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,2H2O,Mg2+,磷酸烯醇式丙酮酸,2ATP,2ADP,烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乳酸,2CO2,乙醛,+2H+,2NAD+,2(NA
5、DH+H+),+2H+,乙醇,糖酵解和酒精发酵的全过程,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,酒精发酵中的副产物,酒精发酵中的主要副产物,杂醇油的生成 琥珀酸的生成 酯类的生成 糠醛、甲醇等的生成,酵母菌中的乙醇脱氢酶活性很强,乙醛作为氢受体被还原成乙醇的反应进行得很彻底,因此,在乙醇发酵中甘油的生成量很少。,如果采取某些手段阻止乙醛作为氢受体时,磷酸二羟丙酮则替代乙醛作为氢受体形成甘油,这样发酵转为甘油发酵(酵母型发酵)。,NaHSO3可作为抑制剂:,乙醛 + NaHSO3 乙醛亚硫酸氢钠,甘油发酵机制,2ATP,2ADP,2
6、ADP,2ATP,CO2,NaHSO3,NAD,NADH+H,NADH+H,NAD,H2O,Pi,甘油发酵,葡萄糖,1.6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,丙酮酸,乙醛,乙醛HSO3,-磷酸甘油,甘油,乳酸发酵,乳酸菌的同型乳酸发酵(产物中只有乳酸),明串珠菌等的异型乳酸发酵(产物除乳酸外尚有乙醇,CO2),乳酸发酵机制,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸,ATP,ADP,果糖-6-磷酸,ATP,ADP,Mg2+,果糖-1,6-二磷酸,甘油醛- 3-磷酸,二羟丙酮 磷酸,2Pi,1,3-二磷酸甘油酸,2ADP,2ATP,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,2H2O,Mg2+,磷酸烯醇式丙酮酸,2A
7、TP,2ADP,烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乳酸,+2H+,2NAD+,2(NADH+H+),+2H+,同型乳酸发酵,异型乳酸发酵,分两种途径,1、6-磷酸葡糖酸途径(磷酸酮解途径),2、双歧途径(也是磷酸酮解途径),己糖激酶 6磷酸葡萄糖脱氢酶 6磷酸葡萄糖酸脱氢酶 4. 5磷酸核酮糖3差向异构酶 5. 磷酸解酮酶 6. 磷酸转乙酰酶 7. 乙醛脱氢酶 8. 醇脱氢酶,6-磷酸果糖解酮酶 转二羟基丙酮基酶 转羟乙醛基酶 5磷酸核糖异构酶 5磷酸核酮糖3差向异构酶 5磷酸木酮糖磷酸酮解酶 乙酸激酶,沼气发酵,1水解阶段 2发酵阶段 3产乙酸阶段 4产甲烷阶段,生物化学本质来说,就是一种由产甲烷菌进行
8、的甲烷形成过程。分为四个阶段,第三节 好氧发酵产物的合成机制,柠檬酸的发酵机制 氨基酸的发酵机制,柠檬酸的发酵机制,柠檬酸在食品中的应用 柠檬酸发酵微生物 柠檬酸发酵机理,1) 饮料与冰淇淋,柠檬酸广泛用于配制各种水果型的饮料以及软饮料 柠檬酸本身是果汁的天然成分之一,不仅赋于饮料水果风味,而且具有增溶、缓冲、抗氧化等作用,能使饮料中的糖、香精、色素等成分交融协调,形成适宜的口味和风味;添加柠檬酸可以改善冰淇淋的口味,增加乳化稳定性,防止氧化作用。,2) 果酱与酿造酒,柠檬酸在果酱与果冻中同样可以增进风味,并使产品抗氧化作用。由于果酱、果冻的凝胶性质需要一定范围的pH值,添加一定量的柠檬酸可以
9、满足这一要求。 当葡萄或其它酿酒原料成熟过度而酸度不足时,可以用柠檬酸调节,以防止所酿造的酒口味单薄。柠檬酸加到这些果汁中还有抗氧化和保护色素的作用,以保护果汁的新鲜感和防止变色。,3) 腌制品,各种肉类和蔬菜在腌制加工时,加入或涂上柠檬酸可以改善风味,除腥去臭,抗氧化。,4) 罐头食品,加入柠檬酸除了调酸作用之外,还有螯合金属离子的作用,保护其中的抗坏血酸,使之不被金属离子破坏。柠檬酸添加到植物油中也有类似的作用。,5) 豆制品及调味品,用含有柠檬酸的水浸渍大豆,可以脱腥并便于后续加工。柠檬酸可以用于大豆等豆类蛋白、葵花子蛋白的水解,生产出风味别致的调味品。它也可以用于成熟调味品(酱油等)的
10、调味。,6) 其它,柠檬酸在医药、化学等其它工业中也有一定的作用。柠檬酸铁胺可以用作补血剂;柠檬酸钠可用作输血剂;柠檬酸可制造食品包装用薄膜及无公害洗涤剂。,柠檬酸的消费领域: 饮料行业占4045 食品添加剂等占1520 洗涤剂占2030 医药占5 其它占10,2004年全球柠檬酸产量约120万吨,欧盟和美国为最大消费市场。,柠檬酸是目前世界上以生物化学方法生产,产量最大的有机酸。 我国是柠檬酸的第一大生产国,估计年产约50万吨 欧洲是柠檬酸的第二大生产地,产量约30万吨 美国柠檬酸年产量约25万吨,柠檬酸发酵微生物,黑曲霉,分生孢子头,柠檬酸发酵机理,TCA循环与乙醛酸循环 柠檬酸积累的代谢
11、调节 柠檬酸积累机理,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,柠檬酸,顺乌头酸,衣康酸,异柠檬酸,草酰琥珀酸,酮戊二酸,谷氨酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,葡萄糖,苹果酸,草酰乙酸,乙醛酸,乙酰辅酶A,1,2,3,3,16,4,5,15,6,7,8,9,10,12,11,14,13,TCA循环与乙醛酸循环,ATP,降低,关键酶,-酮戊二酸脱氢酶,顺乌头酸酶,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,柠檬酸,顺乌头酸,衣康酸,异柠檬酸,草酰琥珀酸,酮戊二酸,谷氨酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,葡萄糖,苹果酸,草酰乙酸,乙醛酸,乙酰辅酶A,1,2,3,3,16,4,5,15,6,7,8,9,10
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