乙醛 HSO3
磷酸丙糖 异构酶
NADH+H+
Pi
磷酸二 羟丙酮
NADH+H+
α-磷 酸甘油
NAD+ H2O
甘油
发酵工艺原理及设备
不加亚硫酸氢钠时，磷酸二羟丙酮也可作为还原辅酶I的氢受体，形成磷酸 甘油，因此正常的酵母菌也有极少量的甘油生成。
C H 2O P C O +NADH+H
+
C H 2O P C HO H C H 2O H
发酵工艺原理及设备
双歧发酵
两个关键酶 ：6-磷酸果糖酮解酶和5-磷酸木酮糖磷酸酮解酶；
�双歧反应
2葡萄糖→3乙酸＋2甘油醛-3-P；（非氧化脱氢） 甘油醛-3-P→甘油酸-3-P→PEP→丙酮酸→乳酸（氧化脱氢）
�总反应式
葡萄糖＋2ADP＋2Pi→乳酸＋乙酸＋CO2＋2ATP
�理论转化率：50% �主要菌种：两歧双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum）
C H 2O H C HO H C H 2O H
C H 2O H
不加亚硫酸氢钠
发酵工艺原理及设备
(二) 碱法甘油发酵（酵母菌的Ⅲ型发酵）
酒精酵母的发酵液在保持碱性(pH值7.6以上)的条件下，发酵产生的乙 醛不能作为正常的受氢体，而是2分子乙醛之间发生歧化反应，相互氧 化还原，生成等量的乙醇和乙酸。此时，由3-磷酸甘油醛脱氢生成的 NADH2用来还原磷酸二羟丙酮，并进而生成甘油。
发酵工艺原理及设备
发酵类型 同型乳酸 发酵
途径 EMP
产物 乳酸
菌种代表 保加利亚乳杆 菌、乳酸链球 菌
异型乳酸 发酵
HMP 双歧
乳酸、乙酸、 乙醇、CO2等
肠膜明串珠菌、 短乳杆菌、双 歧杆菌等
发酵工艺原理及设备
沼气发酵
生物化学本质来说，就 是一种由产甲烷菌进行 的甲烷形成过程。分为 四个阶段
3、巴斯德效应的机制： （1）PFK的调节 � PFK受ATP、柠檬酸、其他高能化合物的抑制与AMP、 ADP的激活 � 有氧条件下，大量生成柠檬酸、ATP，反馈阻遏PFK 的合成和活性； � F -６-P积累，导致６－磷酸葡萄糖积累； � G-６-P反馈抑制己糖激酶，导致葡萄糖利用率降低 （2）丙酮酸激酶的活性降低 � 好气条件下，１,６－二磷酸果糖减少，丙酮酸激酶 活性降低，导致磷酸烯醇式丙酮酸积累，己糖激酶 的活性被反馈抑制。
发酵工艺原理及设备
利用Z.mobilis等细菌生产酒精
优点：代谢速率高；产物转化率高；菌体生成少 代谢副产物少；发酵温度高；
缺点：pH5较易染菌；耐乙醇力较酵母低
发酵工艺原理及设备
三 甘油的发酵机制
(一) 亚硫酸盐法甘油发酵（酵母菌的Ⅱ型发酵）
在发酵液中加入亚硫酸氢钠(NaHS03)，乙醛就与NaHS03起加 OH 成作用，生成难溶的结晶状亚硫酸钠加成物( CH CHOSO Na )，这 样就使乙醛不能作为受氢体，而迫使磷酸二羟丙酮作为受氢 体，在α-磷酸甘油脱氢酶(NAD为辅酶)催化下生成α-磷酸 甘油，α-磷酸甘油水解便生成α-甘油，
CH2OH 2C6H12O6+H2O 2CHOH +C2H5OH+CH3COOH+2CO2 CH2OH
发酵工艺原理及设备
2ATP 2ADP 2ATP 2ADP CO2
乙酸 乙 醇
葡 萄 糖
1,6-二 磷酸 果糖
3-磷酸 甘油醛
NAD+
丙酮酸
乙 醛
磷酸丙糖 异构酶
NADH+H+
加Na2CO3或NaOH
发酵工艺原理及设备
①酵母型酒精发酵 ②同型乳酸发酵 ③丙酸发酵 ④混合酸发酵 ⑤2,3—丁二醇发酵
丙酮酸的发酵产物
⑥丁酸发酵
发酵工艺原理及设备
二 酒精发酵机制
葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸 丙酮酸脱羧生成乙醛 乙醛脱氢生成乙醇
发酵工艺原理及设备
酵母菌的乙醇发酵：
C6H12O6
2ATP
EMP
NAD
2CH3COCOOH NADH2
+H+
+H+
6
NAD NADH 9 AT P ADP NAD NADH 乳酸 +H + +H +
发酵工艺原理及设备
葡萄糖
ATP ADP
1. 6-磷酸果糖解酮酶 2. 转二羟基丙酮基酶
6－磷酸果糖
6－磷酸果糖
1
4－磷酸赤藓糖
Pi
3. 转羟乙醛基酶 4. 5－磷酸核糖异构酶
乙酰磷酸
2
3－磷酸甘油醛 7－磷酸景天庚酮糖
2CH3CHO -2CO2
2CH3CH2OH
乙醇脱氢酶
※该乙醇发酵过程只在pH3.5~4.5以及厌氧的条件下发生。
发酵工艺原理及设备
EMP途径，酵母菌的Ⅰ型发酵 C6H12O6+2ADP+2H3PO4→2C2H5OH+2CO2+2ATP
①葡萄糖分解为乙醇的过程是一个无氧呼吸过程 ②携带还原当量的辅酶I通过乙醛反应而重新被氧化的 ③反应中净的2分子ATP ④葡萄糖无氧分解时放出热量 ⑤需辅酶和辅酶因子参与
1．水解阶段 2．发酵阶段 3．产乙酸阶段 4．产甲烷阶段
发酵工艺原理及设备
其他厌氧代谢产物的发酵
1. 2.
丙酮丁醇发酵 己酸的发酵
发酵工艺原理及设备
C6H12O6+ADP+H3PO4→2C2H5OH+2CO2+ATP
两者途径不同，产能水平也不同
发酵工艺原理及设备
菌种：运动发酵单胞菌等 ED途径:(Enter-Doudorff Pathway)
葡萄糖 +ATP
2H 2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂 解途径 2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸
3-磷酸甘油醛 2H 2ATP 丙酮酸 2CO2 乙醛
丙酮酸
乙醛
2乙醇
发酵工艺原理及设备
�☆酵母菌（在pH3.5-4.5时）的乙醇发酵 ~ 脱羧酶 丙酮酸 乙醛 ~ 脱氢酶 乙醇
通过EMP途径产生乙醇，总反应式为： C6H12O6+2ADP+2Pi 2C2H5OH+2CO2+2ATP
�☆细菌(Zymomonas mobilis)的乙醇发酵 通过ED途径产生乙醇，总反应如下： 葡萄糖+ADP+Pi 2 乙醇+2CO2+ATP
2、影响杂醇油形成的条件
①菌种：杂醇油的生成量与菌种的醇脱氢酶活性 有关，该酶活力高，杂醇油的生成量大。 工程菌（缺少氨基酸转移酶基因、支链氨基 酸营养缺陷型）高级醇产量低。 ②培养基组成： 培养基中有分支链氨基酸存在，有利于高级 醇的生成。 培养基中氮的水平高，杂醇油生成量降低， 因为无机氮将酮酸转化为氨基酸。 培养基中氨基酸组成也有关，玉米中异亮氨 酸、亮氨酸多，生成的异戊醇多。 ③发酵条件：温度高，有利于高级醇的生成。
Pi
磷酸二 羟丙酮
NADH+H+
α-磷 酸甘油
NAD+ H2O
甘油
发酵工艺原理及设备
四 乳酸的发酵机制
分为： 同型乳酸发酵 异型乳酸发酵
两者发酵菌种不同，发酵机制不同，发酵产物也不同。
发酵工艺原理及设备
乳酸细菌能利用葡萄糖及其他相应的可发酵的糖产生乳酸，称为乳酸发酵。 由于菌种不同，代谢途径不同，生成的产物有所不同，将乳酸发酵又分为 同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双歧杆菌发酵。 同型乳酸发酵：（经EMP途径） 异型乳酸发酵：（经PK途径） 双歧杆菌发酵: （经HPK途径—磷酸己糖解酮酶途径）
发酵工艺原理及设备
葡萄糖
异型乳酸发酵 两条途径： 1. 6-磷酸葡萄糖酸 途径
1
AT P ADP 乙醇 NAD 8 NAD NADH +H + 乙醛 NAD 7 NADH 乙 酰 CoA +H
+
6-磷 酸 葡 萄 糖 © 2 NADH 6-磷 酸 葡 萄 糖 酸 á NAD 3 NADH 5-磷 酸 核 酮 糖 乙酰磷酸 4 5 5-磷 酸 木 酮 糖 3-
�
发酵工艺原理及设备
（2）由葡萄糖直接生成
�
糖代谢→α-酮酸（C原子较低的）→α-酮酸 （C原子较高的） α-酮酸脱羧、加氨形成少一个碳原子的高级 醇 或α-酮酸加氨缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸等 →相应的醇。
�
�
（3）正丙醇的形成
�
苏氨酸→α-氨基-2-丁烯酸→α-丁酮酸→醛 →正丙醇
发酵工艺原理及设备
发酵工艺原理及设备
二、琥珀酸的形成： � 发酵液中加入谷氨酸，有利于琥珀酸的形成 � 总反应：葡萄糖 + 谷氨酸 → 琥珀酸+ 2甘油+CO2+NH3 三、酯类的生成： 醇与酸酯化 四、糠醛、甲醇： 淀粉水解为葡萄糖的分解反应 果胶水解反应
发酵工艺原理及设备
2. 细菌的酒精发酵(假单胞菌，ED途径）
发酵工艺原理及设备
同型乳酸发酵
利用EMP途径生成的丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADH，使NADH重新氧化为 NAD+，以确保反应的继续进行。
NADH+H+
NAD+
乳酸脱氢酶
发酵工艺原理及设备
葡萄糖 2AT P 2AD P 3-磷 酸 甘 油 醛 2N AD 2N AD H +H + 1,3-二 磷 酸 甘 油 酸 4AD P 4AT P 丙酮酸 NADH + H + NAD 乳酸
1,6-二-磷酸-果糖 ●——— ———1,6-
草酰乙酸
柠檬酸
发酵工艺原理及设备