微生物发酵机理 (2)
发酵工程(2)第二章 工业微生物菌种的选育与扩大培养
华根霉 ( Rhizopus chinentis )
酿酒所必须的重要霉菌，也是 酸性蛋白酶和腐乳生产中的重要菌 种。
2、毛霉 ( Mucor )
鲁氏毛霉 ( Mucor rouxianus ) 能糖化淀粉且能生成少量酒精；能产生
6、醋酸菌 (Acetobacter)
➢ 不形成芽孢，G－，好气性 ➢ 可生产醋酸.
7、棒状杆菌 (Corynebacterium) ➢ 是谷氨酸和其他氨基酸的高产菌.
8、短杆菌 (Brevibacterium)
氨基酸、核苷酸工业生产中常用的菌种，也是酶法 合成生产辅酶A的菌种.
9、黄单胞菌 (Xanthomonas)
5、假丝酵母 (Candida)
➢能形成假丝，液体培养时能 形成浮膜。 ➢可生产SCP、甘油、脂肪酶。
6、红酵母 (Rhodotorula)
➢有明显的红色或黄色色 素，很多种因生荚膜而形 成粘质状菌落。 ➢可由菌体提取大量脂肪、 -胡萝卜素。
7、棉病针孢酵母 ( Nematspora gossypii )
2、葡萄汁酵母 (Saccharomyces uvarum)
与酿酒酵母相似，主要的区别在于葡萄汁酵母能发酵 棉子糖和蜜二糖。
3、汉逊酵母 (Hansenula)
此属酵母多能产生乙酸乙酯，从而增加产品的香 味，可用于酿酒和食品工业。
4、球拟酵母 (Toruiopsis)
此属酵母有些种能产生不同比例的甘油、赤藓 糖、阿拉伯糖；有的能利用烃类生产蛋白质。
复筛 不纯 第四次平板分离
第三次菌种保藏
第四次原种斜面
初步工艺条件摸索
再复筛
发酵工程 第二章 发酵工业微生物菌种制备原理和技术讲解
种类：分属于子囊菌纲、担子菌纲及半知菌 类，目前已知的酵母菌有56属，大约500多种， 与其他类群比，种类要少得多。
分布：酵母菌主要分布在含糖质较高的偏酸 性环境，诸如果品、蔬菜、花蜜和植物叶子上， 特别是葡萄园和果园的土壤中，因而称为糖菌 （Sugar fungus）。
裂殖酵母
5. 担子菌——蘑菇（mushroom）
6. 藻类
许多国家已把藻类作为人类保健食品和饲料。 螺旋藻
可通过藻类将CO2转变为石油；国外还有从“藻 类农场”获得氢能的报道。
三、工业微生物的来源
根据资料直接向有关科研单位、高等院校、工 厂或菌种保藏部门索取或购买 从发酵制品中分离目的菌株 自然界中分离筛选新的微生物菌种 菌种选育：自然选育、人工诱变、原生质体融 合、基因工程改造
第一节 发酵工业常用的微生物菌种
我们的周围存在着多种多 样的微生物，它们和我们 的生活密切相关。
目前已知微生物约有10万种，分布在以下各界中：
原核生物界：例如细菌、蓝藻 真菌界：例如酵母菌 原生生物界：例如草履虫、变形虫 病毒：例如艾滋病毒、脊髓灰质炎病毒
发酵工业对菌种的要求
能在廉价培养基上迅速生长，目的代谢产物产量高 培养条件易于控制 生长速度和反应速度快，发酵周期短 满足代谢控制的要求 抗噬菌体和杂菌的能力强 遗传性状稳定，菌种不易变异退化 发酵过程产生泡沫少 对前体物质有耐受能力，不作为碳源利用 不是病原菌，不产生有害的生物活性物质
如何在后续的操作中使这种可能性实现？
从自然界中分离培养微生物是菌种选育的重要 和基础的步骤。
到目前为止，还没有一种分离培养方法能揭示 一个试样中所包含的所有微生物总数和种类。
在任一试样中所存在的微生物仅为极少数特定种 类的菌株；在工业微生物筛选过程中，应及时调 整检测方法，以与各种不同类型的生长和代谢之 微生物相适应。
微生物发酵简答题
简答题1、请简述发酵工程发展史上的四个转折点。
答：第一个转折点：非食品工业；第二个转折点：青霉素→抗菌素发酵工业；第三个转折点：切断支路代谢:酶的活力调控,酶的合成调控(反馈控制和反馈阻遏),解除菌体自身的反馈调节, 突变株的应用,前体、终产物、副产物等；近代转折点：基因、动物、海洋2、请简述20世纪70年代现代生物技术取得的标志性进展有哪些？答：细胞融合技术、基因操作技术等生物技术发展，打破了生物种间障碍，能定向地制造出新的有用的微生物；基因组与基因组功能；细胞大规模培养──微生物、动植物细胞、藻类细胞等。
3、请简述工业化生产对菌种的要求有哪些？答：能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物；有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强；遗传性能要相对稳定；不易感染它种微生物或噬菌体；生产菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关）；生产特性要符合工艺要求。
4、请简述菌种选育与分子改造的目的与方法。
答：目的：防止菌种退化；解决生产实际问题；提高生产能力；提高产品质量；开发新产品。
方法：基因突变：自然选育、诱变育种；基因重组：杂交、原生质体融合、基因工程；基因的直接进化：点突变、易错PCR、同序法DNA Shuffling 等.5、请简述工业生产对发酵培养基的要求。
答：1.培养基能够满足产物最经济的合成。
2.发酵后所形成的副产物尽可能的少。
3.培养基的原料应因地制宜，价格低廉；且性能稳定，资源丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产上的供应。
4. 所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响通气、提取、纯化及废物处理等。
6、请解释在发酵培养基中添加产物促进剂为什么能够提高产量？答：促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方面的。
有些促进剂本身是酶的诱导物；有些促进剂是表面活性剂，可改善细胞的透性，改善细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产；也有人认为表面活性剂对酶的表面失活有保护作用；有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。
第六章 微生物发酵机理
中较前面的一个中间产物所促进。 代谢中间产物的反馈激活：代谢中间产物对该代谢途径
的前面的酶起激活作用。
2、酶活性的调节（细调）
② 酶活性的抑制（inhibition）：代谢调节过程中所发生 的抑制现象主要是可逆的，大多是反馈抑制
1、酶合成的调节（粗调）
③酶合成调节的遗传机制：操纵子学说
操纵子是指基因组DNA分子的一个片段，这个片断 由启动子、调节基因、操纵基因和结构基因组成。
诱导型操纵子：效应物存在导致基因表达。 阻遏型操纵子：效应物存在导致基因表达的关闭。
乳糖操纵子的诱导机制
P R PO
z
ya
半乳糖苷 酶
半乳糖 苷渗透 酶
在有两种或两种以上的末端产物的分支合成代谢途径中 ，调节方式较复杂，其共同特点是每个分支途径的末端 产物控制分支点后的第一个酶，同时每个末端产物又对 整个途径的第一个酶有部分的抑制作用，分支代谢的反 馈调节方式有多种:
顺序反馈抑制（sequential feedback inhibition） 同工酶的反馈抑制（isoenzyme feedback inhibition） 协同反馈抑制（concerted feedback inhibition） 累积反馈抑制（cumulative feedback inhibition） 超相加反馈抑制（cooperative feedback inhibition）
第六章 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 好养发酵产物的合成机制
第一节 微生物基础物质代谢
一、微生物对培养基中碳源的代谢 二、微生物对培养基中氮源的代谢 三、微生物的能量代谢
第二章发酵工业微生物菌种制备原理和技术-PPT
筛选一些具有特殊性质得微生物时,需根据该微生物独特 得生理特性到相应得地点采样(极端环境)。如:
高温酶产生菌:温度较高得南方,或温泉、火山爆发处 及北方得堆肥中采集样品;
低温酶产生菌:寒冷得地方,如南北极地区、冰窖、深 海中采样;
耐压菌:海洋底部采样。 耐高渗透压酵母菌:通常到甜果、蜜饯或甘蔗渣堆积处
菌种纯化就是指在特定环境中只让1种来自同一祖先得微生物 群体生存得技术。
菌株分离、筛选虽为两个环节,但却不能绝然分开,因为分离中 得一些措施本身就具有筛选作用。工业微生物产生菌得筛选 一般包括两大部分:一就是从自然界分离所需要得菌株,二就是 把分离到得野生型菌株进一步纯化并进行代谢产物鉴别。
3、分离思路
从自然界筛选
B、采样季节:以温度适中,雨量不多得秋初为好。
C、采土方式:在选好适当地点后,用小铲子除去表土,取 离地面5-15cm处得土约10g,盛入清洁得牛皮纸袋或塑 料袋中,扎好,标记,记录采样时间、地点、环境条件等, 以备查考。为了使土样中微生物得数量与类型尽少变 化,宜将样品逐步分批寄回,以便及时分离。
别出来。
抗生素筛选
6、生产性能得测定
由于纯种分离后,得到得菌株数量非常大,如果对每 一菌株都作全面或精确得性能测定,工作量十分巨大, 而且就是不必要得。一般采用两步法,即初筛与复筛, 经过多次重复筛选,直到获得1～3株较好得菌株,供 发酵条件得摸索与生产试验,进而作为育种得出发菌 株。这种直接从自然界分离得到得菌株称为野生型 菌株,以区别于用人工育种方法得到得变异菌株(亦 称突变株)。
采样。如有人曾在花蜜中分离到一株能耐30%高糖得耐 高渗透压得酵母菌。
(3)含微生物样品得富集培养(优化得过程) ----施加选择性压力分离法
微生物发酵原理
微生物发酵原理
微生物发酵的基本过程包括生长阶段和产物生成阶段。
在生长阶段，微生物在
适宜的温度、pH值、营养物质和氧气等条件下进行生长，增殖数量。
而在产物生
成阶段，微生物开始产生有用的化合物，如酒精、醋酸、抗生素等。
这一过程是通过微生物的代谢活动完成的，包括糖类、脂肪类、氨基酸类等物质的代谢过程。
微生物在发酵过程中，会分泌酶类物质，对底物进行催化作用，从而产生所需的有机物。
微生物发酵的影响因素主要包括微生物菌种的选择、培养条件、底物种类和发
酵过程的控制等。
首先，微生物菌种的选择对发酵过程至关重要，不同的微生物对不同的底物有着特异的代谢途径和产物生成能力。
其次，培养条件如温度、pH值、氧气供应等也会直接影响微生物的生长和代谢活动。
此外，底物的种类和浓度也是影响微生物发酵的重要因素。
最后，发酵过程的控制包括对发酵罐内温度、搅拌速度、通气量等参数的调控，这些都会影响微生物的生长和产物生成。
微生物发酵在食品加工、药物生产和环境保护等领域有着广泛的应用。
在食品
加工中，酵母菌发酵可以产生酒精，细菌发酵可以产生酸奶、酸菜等食品。
在药物生产中，抗生素、酶类药物等大多是通过微生物发酵生产的。
此外，微生物发酵还可以用于废水处理、生物肥料制备等环境保护领域。
综上所述，微生物发酵原理是一种重要的生物化学过程，它涉及到微生物的生长、代谢和产物生成等方面。
了解微生物发酵的原理，有助于我们更好地利用微生物资源，开发新型的食品、药物和环境保护技术。
希望本文的介绍能够对读者有所帮助，谢谢阅读！。
发酵工程原理知识点总结
发酵工程原理知识点总结发酵工程是一门研究微生物在发酵过程中生长、代谢和产物形成的工程学科。
其研究内容包括发酵微生物的筛选与培养、优化发酵条件、发酵过程监控与控制、发酵产物提取纯化与分离、罐内动力学和发酵机理等。
以下是发酵工程原理的相关知识点总结：1.发酵微生物的筛选与培养：(1)选材原则：产物多、投资少、筛选简单、培养容易、操纵方便；(2)常用的微生物包括细菌、酵母、霉菌等；(3)需考虑微生物生长的条件，如pH、温度、氧气供应等；(4)历经菌种筛选、单菌菌种的分离和纯化、菌种的贮藏等步骤；2.发酵条件的优化：(1)pH的控制：不同微生物对pH的要求不同，可以通过酸碱控制剂来调节pH；(2)温度的控制：温度是细胞生长和代谢的重要因素，一般通过水浴或发酵罐内加热来实现温度控制；(3)氧气供应的控制：氧气是许多微生物生长和代谢必需的，可以通过氧气流量的调节或增加曝气器的表面积来提供充足的氧气；(4)发酵液的搅拌速度和离心速度：搅拌可增强氧气传递和培养液的混合，离心可实现发酵产物的分离和提纯；3.发酵过程监控与控制：(1)发酵过程中需要监测的重要指标包括微生物生长速率、酸碱度、氧气浓度、温度、发酵产物浓度等；(2)监控手段有离线分析法、在线分析法和非破坏性检测法；(3)通过对监测指标的控制，实现对发酵过程的控制与优化，如调节酸碱度、温度以及添加营养物质来提高产量和产物质量；4.发酵产物的提取纯化与分离：(1)通过离心和过滤等物理方法，去除微生物和固体颗粒；(2)通过萃取、渗析、蒸馏、结晶等方法来提纯产物；(3)产物的纯化和分离过程需要进行监测和控制，以确保产物的纯度和产量；5.罐内动力学和发酵机理：(1)罐内动力学研究微生物的生长和代谢过程，了解微生物在不同发酵过程中的特性；(2)通过建立数学模型，可以预测发酵过程中微生物产物的生成速率和浓度变化；(3)对发酵机理的研究有助于进一步优化发酵条件，提高产物的产量和质量；以上是发酵工程原理的一些主要知识点总结。
第六章发酵机理
（一）.EMP途径
反应步骤：10步
反应简式：耗能阶段
产能阶段
C6
2C3
2ATP
2NADH+H+ 2丙酮酸 4ATP 2ATP
总反应式： C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi
2CH3COCOOH+2NADH+2H++2ATP+2H2O
特点：基本代谢途径，产能效率低，提供多种中间代谢物作 为合成代谢原料，有氧时与TCA环连接，无氧时丙酮酸 及其进一步代谢产物乙醛被还原成各种发酵产物，与发 酵工业有密切关系。
过生物氧化来进行产能代谢。
异养微生物的生物氧化: 异养微生物氧化有机物的方式，根 据氧化还原反应中电子受体的不同 可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种方 式。
发酵(fermentation)是指微生物细胞将有机 物氧化释放的电子直接交给底物本身未完 全氧化的某种中间产物，同时释放能量并 产生各种不同的代谢产物。
磷酸戊糖酮解途径（PK）途径 磷酸己糖酮解途径（HK）途径
磷酸戊糖酮解途径
葡萄糖
6-P-葡萄糖 6-P-葡萄糖酸
5 -P-核酮糖
异构化作用
5 -P-木酮糖
ATP ADP
NAD+ NADH+H+
NAD+ NADH+H+
磷酸戊糖酮解酶
3 -P-甘油醛
NAD+
2ADP+Pi
NADH+H+
2ATP
丙酮酸
-2H
•HMP途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活动 对其中间产物的需要量相关。
（三）ED途径
又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG） 裂解途径。
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主讲：鲍成满
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1
微生物发酵机理：是指微生物通过其代谢活 动，利用基质合成人们所需要的产物的内 在规律。
代谢控制发酵：人为地改变微生物的代谢调 控机制，使有用中间代谢产物过量积累。
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2
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
PK途径将1分子葡萄糖转变为1分子乳酸、1分子 CO2和一分子乙醇或乙酸。
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9
EMP途径
乳酸
(12) +2H+
丙酮酸
ATP
葡萄糖
(1)
己糖激
A酶DP
葡萄糖-6-磷酸 (2)
乙醇
(14) 2NAD+
果糖-6-磷酸 ATP
Mg2+
磷酸果
(3) ADP
糖激酶 果糖-1，6-二磷酸
2CO2 (11)
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
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16
根据代谢物脱下的氢的最初受体不同，分为 NADH呼吸链和FADH2呼吸链
1NADH----3ATP
FADH2
1FADH----2ATP
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17
3 光能微生物的能量代谢 光合细菌中存在菌绿素 通过环式光合磷酸化作用产生ATP。
黄素单核苷酸 FMN
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13
FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)的生物化学功能： 主要使饱和酰基衍生物脱氢形成α,β-不饱和酰 基衍生物。
R NNO
C O O H H 2 C
N
N H
C H 2 H O O C
O
e n zy m e
F A D (黄 色 )
NNO
N H N HO F A D H 2(无 色 )
C O O H H C
C H H O O C
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14
辅酶 A用HSCoA表示；其乙酰 化产物： CH3COSCoA，是一个新陈代谢的调节者，也 可以看作是新陈代谢的钥匙，在生物化学中占 有重要的位置。
O
H3C SCoA
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15
2 微生物的呼吸
将电子交给NAD（P）或FAD（或FMN） 等点子载体，通过电子传递链，经逐步释放 出能量后再交给最终电子受体。
4 化能自养微生物的能量代谢 无机物氧化获得ATP和NADH或NADPH
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第二节厌氧发酵产物的合成机制
微生物 菌体
微生物酶
厌氧发 酵产物
微生物发酵 主要产品
微生物 微生物的 代谢产物 生物转化
好氧发 酵产物
酒精 丙酮丁醇 氨基酸 蛋白质 柠檬酸 核苷酸 抗生素
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ADP ATP
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3
第一节 微生物基础物质代谢
一 微生物对培养基中碳源的代谢
淀粉、纤维素等，最重要的葡萄糖。 不同类型的微生物对葡萄糖分解方式和途径也
不一样： 厌氧分解：酒精、乳酸、丙酮和丁醇等 好氧分解：柠檬酸、谷氨酸和抗生素等
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4
二 微生物对培养基中氮源的代谢
氮源：蛋白质及其分解产物，无机含氮物，分 子态氮。
组氨酸 脯氨酸 精氨酸
核糖-5-磷酸
6-磷酸葡萄糖 磷酸二羟丙酮
亮氨酸 赖氨酸 酪酰氨 色氨酸 笨丙氨酸
异亮氨酸 亮氨酸 色氨酸
PEP 丙酮酸
乙酰乙酰CoA
草酰乙酸 苹果酸 延胡索酸 琥珀酸 琥珀酰CoA
-酮戊二酸
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甘油
脂肪酸
丙二单酰CoA
乙酰CoA
胆固醇
乙醛酸
柠檬酸
异柠檬酸
6
三、微生物的能量代谢
烯醇式丙酮酸
乙醛 +2H+
(4)
二羟丙酮 甘油醛磷酸 (5)3-磷酸
2ATP
丙酮酸
(10) 激酶
2(NADH+H+)
(6) 2Pi
1，3-二磷酸甘油酸
2ADP
(7)
2ADP
磷酸烯醇式丙酮酸
(9)
3-磷酸甘油酸 2ATP 2-磷酸甘油酸
2H2O
糖酵解全过教学程ppt （EMP途径）
10
三 羧 酸 循 环 反 应 过
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8
葡萄糖的分解途径主要有：EMP途径、HMP 途径、ED途径和PK途径等四种。
EMP途径将一分子葡萄糖转变成两分子丙酮酸 ；产生2分子ATP和2分子NADH。
HMP途径将一分子6-磷酸葡萄糖转变为1分子3磷酸甘油醛，3分子CO2和6分子NADPH。
ED途径将1分子葡萄糖转变为2分子丙酮酸，1分 子ATP，1分子NADPH和1分子NADH。
过程：蛋白质被肽酶分解生成氨基酸，经脱氨 作用生成有机酸，脱羧作用生成氨类。
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5
物 质 代 谢
蛋白质
核酸
淀粉、糖原
脂肪
氨基酸
核苷酸
1-磷酸葡萄糖
甘氨酸 天冬氨酸 谷氨酰氨
丙氨酸 甘氨酸 丝氨酰 苏氨酸 半胱氨酸
天冬氨酸 天冬酰氨
酪氨酸 天冬氨酸 苯丙酰氨
异亮氨酸 甲硫酰氨
苏氨酸 缬氨酸
谷氨酸 谷氨酰氨
ADP ATP
葡萄糖
Hexokinase
Phosphoglucose 6-磷酸葡萄糖 isomerase
6-磷酸果糖
Phospho fructokinase
1, 6-二磷酸果糖
ADP ATP
2Pi
NADH NAD
Aldolase
2–磷酸甘油酸
Phospho glycerate mutase
Phospho glycerate 3–磷酸甘油酸 kinase
5-磷酸核糖 C5
7-磷酸景天糖 C7
4-磷酸赤藓糖 C4
6-磷酸果糖 教学ppt C6
5-磷酸木酮糖 C5
3-磷酸甘油醛 C3
6-磷酸果糖 C6
12
电子载体：
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NADH (nicotinamide adenine dinucleotide)，又称辅酶Ⅰ (Co Ⅰ)
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate)， 又称辅酶Ⅱ (Co Ⅱ)
程
GTP
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(HMP)
6-磷酸葡萄糖(C6)×3
磷
3NADP+
6-磷酸葡萄糖脱氢酶
酸
3NADP+3H+ 6-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)×3
戊
糖
6-磷酸葡萄糖酸(C6)×3
3NADP+
6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶
途
3NADP+3H+
3CO2
径
5-磷酸核酮糖(C5) ×3
5-磷酸木酮糖 C5
3-磷酸甘 油醛 C3
微生物能量代谢：把最初能源转换成生命活动 能使用的通用能源ATP。
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）
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微生物能量的获取方式
1 微生物的厌氧发酵 ATP生成靠底物水平磷酸化
底物水平磷酸化：物质在生物氧化过程中生成的一些 含有高能键的化合物，它们可以不经电子传递链，而 直接偶联ATP或GTP的合成，这种反应称为底物水平 磷酸化。