1、乙醇甘油發(fā)酵發(fā)酵作用概念：發(fā)酵是指在沒(méi)有外源電子受體時(shí)，微生物將有機(jī)物氧化放出的電子直接交給底物本身未完全氧化的某一中間產(chǎn)物，產(chǎn)生各種不同的代謝產(chǎn)物，同時(shí)放出能量。在發(fā)酵工業(yè)上，發(fā)酵是指任何利用厭氧或好氧微生物來(lái)生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物的一類生產(chǎn)方式。在發(fā)酵條件下有機(jī)化合物氧化不徹底，發(fā)酵的結(jié)果仍積累某些有機(jī)物，因此，發(fā)酵過(guò)程的氧化是與有機(jī)物的還原偶聯(lián)在一起的，主要通過(guò)底物水平磷酸化作用，其產(chǎn)能水平低。在發(fā)酵過(guò)程中，有機(jī)物被氧化時(shí)生成的NAD(P)H不經(jīng)過(guò)呼吸鏈傳遞直接將電子和氫交給丙酮酸或其衍生物，使NAD(P)H+H+重新氧化為NAD(P)+，就可以進(jìn)入新一輪的糖酵解過(guò)程。發(fā)酵類型 發(fā)酵類型：在上

2、述途徑中均有還原型氫供體NADH+H+和NADPH+H+產(chǎn)生，但產(chǎn)生的量并不多，如不及時(shí)使它們氧化再生，糖的分解產(chǎn)能將會(huì)中斷，這樣微生物就以葡萄糖分解過(guò)程中形成的各種中間產(chǎn)物為氫（電子）受體來(lái)接受NADH+H+和NADPH+H+的氫（電子），于是產(chǎn)生了各種各樣的發(fā)酵產(chǎn)物。根據(jù)發(fā)酵產(chǎn)物的種類有乙醇發(fā)酵、乳酸發(fā)酵、丙酸發(fā)酵、丁酸發(fā)酵、混合酸發(fā)酵、丁二醇發(fā)酵及乙酸發(fā)酵等。發(fā)酵平衡發(fā)酵時(shí)，發(fā)酵底物（如葡萄糖）能產(chǎn)生許多不同的末端產(chǎn)物，這些末端產(chǎn)物有些是具有更高氧化態(tài)的，而有些是具有更高還原態(tài)的，末端產(chǎn)物的平均氧化水平與底物的氧化水平相平衡，這表明發(fā)酵過(guò)程是能夠保持氧化-還原平衡的。如從葡萄糖的乙醇發(fā)酵

3、就可看出底物與產(chǎn)物的氧化-還原平衡。對(duì)發(fā)酵過(guò)程的氧化-還原平衡要求限制了發(fā)酵降解的有機(jī)化合物種類，即底物既不能有太高的氧化水平，也不能有太高的還原水平，碳水化合物是主要的發(fā)酵底物。乙醇發(fā)酵和甘油發(fā)酵1酵母菌發(fā)酵（1）酵母菌的第一型發(fā)酵（乙醇發(fā)酵）酵母菌的乙醇發(fā)酵是一種研究最早、發(fā)酵機(jī)制最清楚的發(fā)酵類型。在厭氧條件下，酵母菌可將葡萄糖經(jīng)EMP途徑降解為2個(gè)丙酮酸，然后在乙醇發(fā)酵的關(guān)鍵酶-丙酮酸脫羧酶的催化下，丙酮酸脫羧生成乙醛，接著在醇脫氫酶的作用下，EMP途徑中生成的NADH將乙醛還原為乙醇。每分子葡萄糖發(fā)酵生成2個(gè)乙醇和2個(gè)CO2，并凈得2個(gè)ATP，即C6H12O6+2ADP+2Pi 2C2

4、H5OH+2CO2+2ATP 這是酵母菌的正常乙醇發(fā)酵，又稱酵母的第一型發(fā)酵。當(dāng)發(fā)酵條件改變時(shí)，酵母菌進(jìn)行第二型和第三型發(fā)酵，產(chǎn)生甘油。（2）酵母菌的第二型發(fā)酵（甘油發(fā)酵）在進(jìn)行乙醇發(fā)酵的酵母代謝時(shí)，若在培養(yǎng)基中加入亞硫酸氫鈉，則發(fā)酵就會(huì)從乙醇發(fā)酵轉(zhuǎn)向甘油發(fā)酵。這是因?yàn)閬喠蛩釟溻c可與乙醛發(fā)生加成反應(yīng)生成難溶的磺化羥基乙醛，即CH3CHO+NaHSO3 CH3CHOH致使乙醛不能作為NADH2的受氫體，所以不能形成乙醇，而迫使用磷酸二羥丙酮代替乙醛作為受氫體，生成-磷酸甘油。-磷酸甘油進(jìn)一步在-磷酸甘油酯酶作用下水解脫磷酸而生成甘油，這稱為酵母的第二型發(fā)酵?？偡磻?yīng)式為SO3NaC6H12O6+N

5、aHSO3 CH2OHCHOHCH2OH + CH3CHOH+CO2 由上述反應(yīng)式可以看出，利用亞硫酸鹽發(fā)酵生產(chǎn)甘油時(shí)，每分子葡萄糖只產(chǎn)生1分子甘油，不產(chǎn)生ATP，為了提供維持菌體生長(zhǎng)所需的能量，必須控制亞硫酸氫鈉的加入量（亞適量水平），以保證一部分的糖可以進(jìn)行乙醇發(fā)酵，否則酵母菌將因?yàn)榈貌坏侥芰慷Ｖ股L(zhǎng)。（3）酵母菌的第三型發(fā)酵（甘油發(fā)酵）在弱堿性條件下（pH7.6），酵母菌的乙醇發(fā)酵也會(huì)轉(zhuǎn)向甘油發(fā)酵，這就是酵母菌的第三型發(fā)酵。此時(shí)，乙醛因得不到足夠的氫而積累，2個(gè)乙醛分子間會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)，1分子乙醛作為氧化劑被還原成乙醇，另一個(gè)則作為還原劑被氧化為乙酸，即SO3Na CH3CHO NAD

6、H+H+ CH3COOHCH3CH2OH NAD+ CH3CHO在此型發(fā)酵中，乙醛不能作為正常的氫受體，氫受體也由磷酸二羥丙酮擔(dān)任，生成甘油。發(fā)酵終產(chǎn)物為甘油、乙醇和乙酸，總反應(yīng)式是2C6H12O6+H2O CH3COOH+CH3CH2OH+2CO2+2CH2OHCHOHCH2OH這種發(fā)酵方式不能產(chǎn)生能量，只能在非生長(zhǎng)的情況下進(jìn)行。由于此型發(fā)酵中有乙酸產(chǎn)生，如果不注意發(fā)酵過(guò)程中的pH控制，會(huì)因乙酸的積累而導(dǎo)致pH下降，使得甘油發(fā)酵重新回到乙醇發(fā)酵?？商砑犹妓徕c以保持pH值，產(chǎn)生更多的甘油。2細(xì)菌的乙醇發(fā)酵不同的細(xì)菌進(jìn)行乙醇發(fā)酵時(shí)，其發(fā)酵途徑也各不相同。如運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單細(xì)胞和厭氧發(fā)酵單胞菌是利用ED

7、途徑分解葡萄糖為丙酮酸，丙酮酸脫羧生成乙醛，乙醛又被還原生成乙醇。由于發(fā)酵是經(jīng)ED途徑，所以每分子葡萄糖只能產(chǎn)生1分子ATP，產(chǎn)能是酵母乙醇發(fā)酵的一半，產(chǎn)生的乙醇仍是2分子。對(duì)于某些生長(zhǎng)在極端酸性條件下的嚴(yán)格厭氧菌，如胃八疊球菌和兼性厭氧的腸桿菌則是利用EMP途徑進(jìn)行乙醇發(fā)酵。 甘油發(fā)酵甘油發(fā)酵生產(chǎn)現(xiàn)狀 應(yīng)用領(lǐng)域：廣泛用于化工、醫(yī)藥、化妝品、食品加工和日常生活等諸多方面，約在2000多種產(chǎn)品中含有甘油成分。 生產(chǎn)方法：天然油脂皂化和水解；丙烯氯化法和丙烯氧化法 ；微生物發(fā)酵法 我國(guó)與國(guó)外差距 （1）殘?zhí)歉撸?（2）規(guī)?；^少，市場(chǎng)構(gòu)成與西方發(fā)達(dá)國(guó)家差異 中國(guó)：涂料，49%；醫(yī)藥食品，10% 美

8、國(guó)：涂料，10%；醫(yī)藥食品， 54%第一節(jié) 甘油發(fā)酵生產(chǎn)菌種 絕大多數(shù)為酵母菌。 1945年Nicherson等篩選出產(chǎn)酸結(jié)合酵母，1958年P(guān)eterson發(fā)現(xiàn)柳氏結(jié)合酵母，1960年報(bào)道木蘭球擬酵母I2B2只產(chǎn)甘油而無(wú)其他副產(chǎn)物，1960年Dawson研究了用耐高滲透壓酵母連續(xù)生產(chǎn)甘油的新工藝，受到人們的高度重視。第二節(jié) 甘油發(fā)酵工藝 厭氧條件下，酵母大量的將葡萄糖轉(zhuǎn)變成乙醇，而產(chǎn)物中只有很少的甘油，在酵母菌的其他厭氧發(fā)酵產(chǎn)品中（白酒、葡萄酒、黃酒等），甘油的含量也很少。 酒精發(fā)酵（酵母的第型發(fā)酵）alcoholic fermation甘油發(fā)酵（酵母的第型發(fā)酵）利用糖酵解途徑進(jìn)行甘油發(fā)酵酒

9、精發(fā)酵之初： 即： -磷酸甘油脫氫酶 磷酸二羥丙酮+NADH+H+ -磷酸甘油+NAD+ 磷酯酶 -磷酸甘油+H2O 甘油+PiCNADH +H+-磷酸甘油當(dāng)有了乙醛作為受氫體，代謝途徑的流向就不再朝甘油方向了。將受氫體乙醛除去，則勢(shì)必造成發(fā)酵液中甘油的積累。 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途徑 磷酸二羥丙酮 -磷酸甘油 甘油 一、亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵(酵母菌的型發(fā)酵)二、堿法甘油發(fā)酵(酵母菌的型發(fā)酵) 三、發(fā)酵法甘油生產(chǎn)過(guò)程1、原料 淀粉質(zhì)、糖質(zhì)和纖維質(zhì) 。2、工藝路線 （1）厭氧亞硫酸鹽法 所用原

10、料為淀粉質(zhì)或糖蜜、亞硫酸鈉及其他營(yíng)養(yǎng)鹽。培養(yǎng)基滅菌后冷卻降溫接入釀酒酵母，于3032控溫發(fā)酵23d，發(fā)酵液即可進(jìn)入提取階段回收甘油。厭氧甘油發(fā)酵缺點(diǎn) 菌體死亡率較高，堿性條件；無(wú)能量產(chǎn)生； 轉(zhuǎn)化率較低，按照上述能量平衡計(jì)算，糖與甘油的轉(zhuǎn)化率不可能超過(guò)50%，加上酵母增殖需要消耗一部分糖，發(fā)酵液中殘留一部分糖，實(shí)際轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)低于50%，導(dǎo)致了厭氧發(fā)酵生產(chǎn)甘油的成本較高。好氧發(fā)酵 適當(dāng)好氧條件下，糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸可以通過(guò)TCA循環(huán)來(lái)增加其產(chǎn)能水平，一方面減少3磷酸甘油醛向乙醛方向進(jìn)行，增加底物向產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的比例；另一方面，增加了細(xì)胞能量水平，減少了細(xì)胞的死亡率，有利于提高發(fā)酵的速率，縮短發(fā)酵周期。但是，這種有限的好氧發(fā)酵，使得丙酮酸進(jìn)行TCA循環(huán)的同時(shí)，也增加了TCA循環(huán)過(guò)程中的許多中間性產(chǎn)物的產(chǎn)生，這對(duì)于甘油的提取帶來(lái)了不利的影響。（2）耐高滲透壓酵母好氧發(fā)酵法 （3）影響發(fā)酵的因素 隨生產(chǎn)菌種和原料的變化，影響甘油產(chǎn)率和菌種發(fā)酵速度的因素可歸納為：C、N源的種類和配比，金屬鹽的選擇，發(fā)酵溫度，pH及通風(fēng)量的確定等。兩種方法亞硫酸鹽法:堿法甘油發(fā)酵:酵母酒精發(fā)酵的發(fā)酵液pH值調(diào)至堿性，保持在pH7.6以上，則2分子乙醛之間發(fā)生歧化反應(yīng)，1分子被還原成乙醇，1分子被氧化成乙酸。乙醛失去了作為受氫體的作用，NADH+H+