发酵工程发酵机制

发酵工程发酵机制第一页，共八十九页，编辑于2023年，星期五发酵机制：微生物通过其代谢活动，利用基质（底物）合成人们所需要的代谢产物的内在规律积累的产物转化产物微生物酶代谢产物嫌气发酵：酒精、甘油、乳酸、丙酮、丁醇等好气发酵：有机酸、氨基酸、蛋白质、核苷酸、抗生素、维生素等微生物菌体第二页，共八十九页，编辑于2023年，星期五代谢产物初级代谢产物：次级代谢产物：★初级代谢产物：

微生物因生长和繁殖需要而合成的必须的物质，包括糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸、以及由这些物质聚合而成的高分子化合物，如多糖、蛋白质、酯类和核酸等。

★次级代谢产物：

指微生物由初级代谢产生的中间产物出发合成的一些功能不明确、化学结构特殊、对细胞的生长繁殖并非重要的产物，包括抗生素、色素和毒素等。第三页，共八十九页，编辑于2023年，星期五代谢控制发酵：人为的改变微生物的代谢调控机制，使有用的代谢产物过量的积累。发酵机制研究的内容：1.微生物的生理代谢规律（就是各种代谢产物合成途径及代谢调节机制）；2.环境因素对代谢方向的影响及改变微生物代谢方向的措施；第四页，共八十九页，编辑于2023年，星期五第一节糖嫌气性发酵产物积累机制嫌气发酵产物：酒精发酵、甘油发酵、同型乳酸发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵等

生物丁醇设备第五页，共八十九页，编辑于2023年，星期五一、糖酵解途径及调节机制葡萄糖经EMP途径：C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD2CH3COCOOH+2ATP+2NADH2第六页，共八十九页，编辑于2023年，星期五葡萄糖ATP6-P-葡萄糖6-P-果糖1.6-二P果糖3-P-甘油醛3-P-甘油酸丙酮酸乙酰CoA琥珀酸CoA草酰乙酸乳酸乙醇GTPATPADPCitAlaNADH2NADATPATPF·APEPNADHADPADPADPATPcAMPATP抑制PEP：磷酸烯醇丙酮酸Ala：丙氨酸F·A：脂肪酸Cit：柠檬酸图：糖酵解和糖新生的控制己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶1.6-二P果糖第七页，共八十九页，编辑于2023年，星期五1、糖酵解途径（EMP）的特点：①.除兰绿藻之外的几乎所有生物葡糖分解的共同途径,广泛存在于各种细胞中，每个反应都不需氧。②分为两个阶段③糖酵解有10多个反应，都在酶的作用下完成：a.激酶b.变位酶c.异构酶d.脱氢酶④.其他糖类（如淀粉、乳糖等）作为碳源和能源时，通过葡萄糖或其他中间产物并入EMP途径。第八页，共八十九页，编辑于2023年，星期五3-磷酸甘油醛1·3-二磷酸甘油酸NAD+＋HNADH2所形成的NADH2要迅速被氧化成NAD，以使糖酵解反应继续进行。释放出的H2被不同受体接受，从而形成不同的产物。⑤.丙酮酸去路不同（不同微生物利用丙酮酸，生成不同代谢产物）第九页，共八十九页，编辑于2023年，星期五在无氧条件下，丙酮酸主要发生如下变化：（1）乳酸菌：乳酸——同型乳酸发酵（2）酵母：乙醇——酒精发酵（3）梭状芽孢杆菌：先后生成丁酰CoA、丁醛、丁醇、丙酮、乙醇——丙酮丁醇发酵。第十页，共八十九页，编辑于2023年，星期五

2、糖酵解调节机制调节点主要是三个激酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶，所催化的三个反应是不可逆的，只参与糖酵解，不参与糖的新生。而激酶的活性是受细胞能荷调节的。第十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期五[(ATP)+1/2(ADP)]/[(ATP)+(ADP)+(AMP)]

为一定的比例，该比例叫能荷。当体系中ATP含量高时，ATP抑制磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶的活性，使酵解减少。当需要能量时，ATP分解为ADP、AMP，这样ATP减少，ADP增加、AMP增加→能荷降低→激酶活性增大；无机磷也是调节者，它能解除6-磷酸葡萄糖对己糖激酶的抑制，加快糖酵解。第十二页，共八十九页，编辑于2023年，星期五葡萄糖ATP6-P-葡萄糖6-P-果糖1.6-二P果糖3-P-甘油醛3-P-甘油酸丙酮酸乙酰CoA琥珀酸CoA草酰乙酸乳酸乙醇GTPADPAMPATPADPCitAlaNADH2NADATPATPF·APEPNADHADPADPADPATPcAMPATP抑制激活PEP：磷酸烯醇丙酮酸Ala：丙氨酸F·A：脂肪酸Cit：柠檬酸图：糖酵解和糖新生的控制第十三页，共八十九页，编辑于2023年，星期五二、酒精发酵机制1、乙醇产生的机理（酵母菌Ⅰ型发酵）以丙酮酸脱羧产生的乙醛作为H受体产生乙醇。第十四页，共八十九页，编辑于2023年，星期五2、巴斯德效应

在厌氧条件下,向高速发酵的培养基中通入氧气,则葡萄糖消耗减少,抑制发酵产物积累的现象称为巴斯德效应。即呼吸抑制发酵的作用。

原因、机制：

假说一:至今最为有力的假说：

即发酵系统中的一种酶——磷酸果糖激酶的反应为ATP和柠檬酸所抑制，但由于氧的供给而发生呼吸作用（进入TCA），结果使ATP和柠檬酸的浓度增大（有氧进行柠檬酸循环，产生柠檬酸和相对更多的ATP），使这个酶受到抑制，因而发酵作用也受到抑制。第十五页，共八十九页，编辑于2023年，星期五假说二：由呼吸引起ADP（ADP→ATP）量的降低，导致对此物质必需的发酵系统的磷酸甘油酸激酶和磷酸丙酮酸激酶的反应降低,因而发酵过程减弱。

假说三：由于呼吸引起NADH量的降低，使丙酮酸还原为乳酸的反应减弱，使得发酵过程减弱。第十六页，共八十九页，编辑于2023年，星期五3、酒精发酵中副产物的生成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）酯甲醇第十七页，共八十九页，编辑于2023年，星期五（1）杂醇油的生成

是碳原子数大于2的脂肪族醇类的统称，主要由正丙醇、异丁醇、异戊醇和活性戊醇组成，这些高级醇是构成酒类风味的重要组成成分之一，当其过量时会影响产品质量，是酒类产品中质量指标之一，应予以控制。a.氨基酸氧化脱氨作用试验证明转氨基是在相应氨基酸与α-酮戊二酸间进行①

酒精发酵中高级醇的形成途径第十八页，共八十九页，编辑于2023年，星期五亮氨酸+-酮戊二酸异戊醇第十九页，共八十九页，编辑于2023年，星期五b、由葡萄糖直接生成酵母通过糖代谢生成－酮酸，然后发生下述反应：－酮酸（碳原子低的）活性乙醛ɑ－酮酸（碳原子高的）还原、异构、脱水醇＋缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸醇第二十页，共八十九页，编辑于2023年，星期五c、由苏氨酸生成正丙醇

苏氨酸ɑ－氨基－2－丁烯酸脱水酶ɑ－丁酮酸脱氨脱羧醛正丙醇还原第二十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期五②、影响杂醇油形成的条件◆菌种◆培养基组成◆发酵条件第二十二页，共八十九页，编辑于2023年，星期五（2）琥珀酸的生成在发酵液中加入谷氨酸，可增加琥珀酸的产量（3）酯类的生成（4）糠醛、甲醇等的生成第二十三页，共八十九页，编辑于2023年，星期五4、酒精发酵工艺淀粉质原料：薯类原料（红薯干、山芋干、木薯干、马铃薯等）；谷物原料（玉米、小麦、大麦、稻米等）糖质原料：废糖蜜；甜菜；甘蔗；甜高梁等；纤维质原料：木材加工下脚料；森林工业下脚料；农作物秸杆；甘蔗渣；废甜菜丝等⑴酒精的原料：

第二十四页，共八十九页，编辑于2023年，星期五酒精酵母（Saccharomycescerevisiae）；其它潜力的酒精发酵微生物：粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomycespombe

)：

适合纤维、半纤维水解液的酒精发酵，有些菌株具有强絮凝性，可用于高强度清液酒精发酵。发酵运动单胞菌（Zymomonasmobilis）：

1911败坏的苹果酒分离得

糖吸收速率比酵母快1~2倍；酒精得率比酵母高；絮凝性颗粒酒精发酵强度是常规的10倍以上，是清液酒精发酵最有竞争力的菌种

⑵常用菌种：

第二十五页，共八十九页，编辑于2023年，星期五Ⅰ、α-淀粉酶：水解淀粉使生成糊精Ⅱ、外切-1，4-α-葡萄糖苷酶：从多糖非还原末端切割α-1，4-葡萄糖苷键，生成葡萄糖；行业称糖化酶Ⅲ、纤维素酶：水解纤维素生成葡萄糖和其它纤维二糖；Ⅳ、果胶酶：使果胶质分解，醪液黏度明显下降，在浓醪发酵工艺有重要意义；⑶酒精生产常用酶制剂：

第二十六页，共八十九页，编辑于2023年，星期五⑷淀粉质原料酒精生产工艺：

②预处理：

除杂：用磁铁、风选、筛选，除去原料中金属、石块、泥土、草屑等杂质；粉碎：锤碎机、万能磨碎机，粉碎至预定细度，过1~2mm筛；第二十七页，共八十九页，编辑于2023年，星期五

将粉碎了的原料加水制成粉浆，加热，使粉浆中淀粉糊化，为进一步将淀粉变成可发酵性糖作准备；粉浆制备（生产上叫“拌料”）中温蒸煮：加入高温液化酶，蒸汽加热105℃，45min③水热处理：

糖化酶，将糊化了的淀粉变成可发酵性糖；④糖化：

第二十八页，共八十九页，编辑于2023年，星期五

发酵方法：A间歇发酵（大多数淀粉质原料酒精厂采用）糖化醪冷却到28~30℃，泵入发酵罐，接入10%酒母（或0.15%活化的酒用活性干酵母），保温28~30℃，60h,进行酒精发酵，然后蒸馏。B连续发酵在一组发酵罐中进行，发酵开始时，糖化醪加入发酵罐首罐同时加入足够数量的酒母，满罐后进行间歇发酵，当发酵至主发酵后期，开始不断地流加糖化醪，发酵醪开始从首罐流往随后的发酵罐，当发酵醪从最后一个发酵罐流出时，发酵已经结束，送去蒸馏。C高强度酒精发酵：包括固定化酵母、细菌酒精发酵、浓醪发酵等几种技术；⑤发酵：

第二十九页，共八十九页，编辑于2023年，星期五目的：将酒精等挥发性物质与酒糟分开，得到粗酒精蒸气（称为蒸馏）；

粗酒精蒸气经过精馏达到增浓、除杂，得成品酒精（如工业酒精、食用酒精、精馏酒精、高纯度酒精、无水酒精等）（称为精馏）蒸馏工艺：三塔流程（醪塔、精塔、甲醇塔和一系列冷却设备。⑥蒸馏：

第三十页，共八十九页，编辑于2023年，星期五三、甘油的合成机制

在酵母菌中，乙醇脱氢酶活性很强，乙醛作为氢受体被还原成乙醇，所以，乙醇发酵中甘油的生成量很少。1.加入某种抑制剂：阻止乙醛作为氢受体时，磷酸二羟丙酮替代乙醛作为氢受体形成甘油。NaHSO3可作为抑制剂：乙醛+NaHSO3

乙醛·亚硫酸氢钠（磺化乙醛）↓第三十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期五2ATP2ADP2ADP2ATPCO2NaHSO3NAD﹢NADH+H﹢NADH+H＋NAD﹢H2OPi酵母菌Ⅱ型发酵葡萄糖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HSO3α-磷酸甘油甘油第三十二页，共八十九页，编辑于2023年，星期五2.改变发酵条件：酵母菌在碱性（pH7.6）条件下，两分子乙醛发生歧化反应，生成等量的乙酸和乙醇；这时磷酸二羟丙酮成为氢受体。这样，发酵产生的总的产物为甘油、乙醇、乙酸。

（酵母菌Ⅲ型发酵）第三十三页，共八十九页，编辑于2023年，星期五葡萄糖1、6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛丙酮酸乙醛乙醇磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油甘油NADH+HNADH﹢﹢酵母菌Ⅲ型发酵2ADP2ATPCO2乙酸加Na2CO3或NaOH第三十四页，共八十九页，编辑于2023年，星期五四、乳酸发酵机制乳酸发酵同型乳酸发酵：乳酸菌异型乳酸发酵：如肠膜明串珠菌、两歧双歧杆菌1、同型乳酸发酵多数乳酸菌不具有脱羧酶，丙酮酸不能脱羧生成乙醛，而能在乳酸脱氢酶作用下作为氢受体被还原成乳酸。第三十五页，共八十九页，编辑于2023年，星期五2、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（磷酸酮解途径，与上不同）葡萄糖2ATP4ATP2ADP4ADP3-磷酸甘油醛1·3-二磷酸甘油酸丙酮酸乳酸2NADNADNADH+H2NADH+H++第三十六页，共八十九页，编辑于2023年，星期五葡萄糖ATPADP6－磷酸葡萄糖1NADNADH＋H＋6－磷酸葡萄糖酸2NADNADH＋H＋5－磷酸核酮糖35－磷酸木酮糖乙酰磷酸乙酰乙酰CoANADH＋H＋NAD乙醛NADH＋H＋NAD乙醇3－磷酸甘油醛乳酸ADPATPNADNADH＋H＋NADNADH＋H＋48576图：6－磷酸葡萄糖酸途径（肠膜明串珠菌）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.醇脱氢酶第三十七页，共八十九页，编辑于2023年，星期五葡萄糖ATPADP6－磷酸果糖6－磷酸果糖ADPPi4－磷酸赤藓糖3－磷酸甘油醛7－磷酸景天庚酮糖5－磷酸木酮糖5－磷酸核糖乙酰磷酸ATP乙酸5－磷酸木酮糖5－磷酸核酮糖乙酰磷酸2分子3－磷酸甘油醛乳酸ADPATPNAD＋NADH＋H＋NAD＋NADH＋H＋ADPATP3分子乙酸Bifidus途径（双歧途径）（两歧双歧杆菌）13245676-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第三十八页，共八十九页，编辑于2023年，星期五第二节柠檬酸发酵机制

柠檬酸又名枸橼酸，有机酸中第一大酸，由于物理性能、化学性能、衍生物的性能，是广泛应用于食品、医药、日化等行业最重要的有机酸。

。

天然柠檬酸在自然界中分布很广，天然的柠檬酸存在于植物如柠檬、柑橘、菠萝等果实和动物的骨骼、肌肉、血液中。人工合成的柠檬酸是用砂糖、糖蜜、淀粉、葡萄等含糖物质发酵而制得的，可分为无水和水合物两种。纯品柠檬酸为无色透明结晶或白色粉末，无臭，有一种诱人的酸味。第三十九页，共八十九页，编辑于2023年，星期五用途1）食品工业：温和爽快的酸味，普遍用于各种饮料、汽水、葡萄酒、糖果、点心、饼干、罐头、果汁、乳制品等食品的制造。

2）化工、制药和纺织业：

化学分析用试剂、色谱分析试剂及生化试剂；、络合剂，掩蔽剂；柠檬酸和改性柠檬酸可制成一种无甲醛防皱整顿剂，用于纯棉织物的防皱整理。不仅防皱效果好，而且成本低第四十页，共八十九页，编辑于2023年，星期五3）化妆品行业：属于果酸的一种，主要作用是加快角质更新，常用于乳液、乳霜、洗发精、美白用品、抗老化用品、青春痘用品等。

4）其它行业：“西餐之王”，杀菌及芽孢；仔猪断奶；煤炭烟气脱硫

柠檬酸的生产：

1874年首次从柠檬汁中提出柠檬酸并结晶成固体；1913年首次实现利用黑曲霉发酵生成柠檬酸。第四十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期五一、柠檬酸合成途径葡萄糖丙酮酸柠檬酸乙酰-CoA草酰乙酸EMP途径氧化脱羧羧化第四十二页，共八十九页，编辑于2023年，星期五第四十三页，共八十九页，编辑于2023年，星期五（一）、糖酵解及丙酮酸代谢的调节1、正常情况下，柠檬酸、ATP对磷酸果糖激酶有抑制作用，而AMP、无机磷、NH4+

对该酶则有激活作用，特别是NH4+

还能解除柠檬酸、ATP对磷酸果糖激酶的抑制作用。铵离子浓度与柠檬酸生成速度有密切关系，正是由于细胞内NH4+

浓度升高，使磷酸果糖激酶对细胞内积累的大量柠檬酸不敏感。二、柠檬酸生物合成的代谢调节第四十四页，共八十九页，编辑于2023年，星期五淀粉葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖磷酸丙糖磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸CO2CO2CO2NH4+PiK+AMPATP第四十五页，共八十九页，编辑于2023年，星期五2.比较底物锰充足、锰缺乏时分批培养物的最大活力时发现，锰缺乏时黑曲霉的组成（合成）代谢受损伤，这与柠檬酸的积累有关。

锰缺乏时，细胞内NH4＋浓度高，氨基酸浓度高（蛋白合成受阻，导致升高）。因此，锰离子效应是通过NH4＋升高而减少柠檬酸对磷酸果糖激酶的抑制来实现的。第四十六页，共八十九页，编辑于2023年，星期五3.现已证明，某些真菌的丙酮酸激酶是酵解途径的第2个调节点，但关于黑曲霉未被证实。第四十七页，共八十九页，编辑于2023年，星期五TCA循环在柠檬酸积累中所起作用可归纳为：（1）大量生成草酰乙酸是积累柠檬酸的关键（2）丙酮酸羧化酶和柠檬酸合成酶基本上不受代谢调节的控制或其控制极微弱，而且这两个反应的平衡保证了草酰乙酸的提供，增加了柠檬酸的合成能力（二）三羧酸循环的调节第四十八页，共八十九页，编辑于2023年，星期五

（3）TCA循环的阻断微弱（即顺乌头酸水合酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶活力降低），导致循环中间代谢物积累。由于各种酶处于平衡状态，使柠檬酸积累，当柠檬酸浓度超过一定水平时，就通过抑止异柠檬酸脱氢酶活力来提高自身的积累。第四十九页，共八十九页，编辑于2023年，星期五∴综合上述，柠檬酸的积累机制归纳：②

由于丙酮酸羧化酶是组成型酶，不被调节控制。（三）柠檬酸的积累机制：第五十页，共八十九页，编辑于2023年，星期五

③丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA和CO2固定两个反应的平衡，以及柠檬酸合成酶不被调节，增强了合成柠檬酸的能力。

④由于顺乌头酸水合酶在催化时建立了以下平衡：柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：3：7

同时控制Fe2+含量时，顺乌头酸酶活力降低，使柠檬酸积累。

第五十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期五⑤随着柠檬酸积累，pH降低到一定程度时，使顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶失活，更有利于柠檬酸的积累及排出细胞外。第五十二页，共八十九页，编辑于2023年，星期五三、乙醇和醋酸发酵柠檬酸机制（乙醛酸循环）由于丙酮酸脱羧生成乙酰CoA

的反应是不可逆的，因此，以乙醇和醋酸为原料能生成乙酰CoA

，却不能再生成丙酮酸进而生成草酰乙酸，草酰乙酸的供给只能由不同于糖生成柠檬酸的途径——乙醛酸循环来完成1958年，Kornberg等发现生长在标记醋酸和异柠檬酸上的黑曲霉生成了标记苹果酸，从而证明黑曲霉中存在乙醛酸循环。即乙酸或乙醇或烃类合成柠檬酸的途径。

第五十三页，共八十九页，编辑于2023年，星期五乙醇乙酸乙酰CoACoA烃类β-氧化草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸琥珀酸乙醛酸乙酰CoA苹果酸富马酸乙醛酸循环第五十四页，共八十九页，编辑于2023年，星期五第三节谷氨酸的发酵机制一、谷氨酸的生物合成途径及调节机制1、EMP途径、HMP途径谷氨酸生产菌存在着两种代谢途径：EMP、HMP；EMP/HMP=9/1。2、TCA、DCA和CO2固定作用

1）.TCA环（三羧酸循环）

2）.DCA环（乙醛酸循环）

3）.CO2固定

第五十五页，共八十九页，编辑于2023年，星期五图：谷氨酸棒杆菌的谷氨酸生物合成途径

谷氨酸的生物合成包括EMP、HMP、TCA、乙醛酸循环（DCA）和CO2固定作用等。在谷氨酸发酵中，DCA循环一方面可以作为TCA循环有缺陷时草酰乙酸的补充，特别是以醋酸和乙醇为原料的谷氨酸发酵，它是草酰乙酸的唯一补充来源

+NH4+第五十六页，共八十九页，编辑于2023年，星期五3、氨的导入

①α-酮戊二酸还原氨基化成谷氨酸

氨的导入有三种方式

③谷氨酸合成酶途径二、细胞膜通透性控制②由天冬氨酸或丙氨酸通过转氨基作用将氨基转给α-酮戊二酸生成

与谷氨酸合成过程的畅通和酶活性调节相比，细胞膜的通透性对于谷氨酸发酵更为重要。以下实验现象证实了这一点：

第五十七页，共八十九页，编辑于2023年，星期五（1）将黄色短杆菌№.2247菌株分别接种于生物素贫乏（3ug/L）和生物素丰富（30ug/L）的培养基中培养，然后分析培养基和菌体细胞内氨基酸的含量，结果（表5-3）表明：a.在生物素贫乏的培养基中积累大量谷氨酸，而在生物素丰富的培养基中几乎不积累；

b.生物素贫乏的细胞内谷氨酸含量少，而且容易被洗出，在生物素丰富的细胞内含有大量谷氨酸，而且不易被洗出，只有用表面活性剂处理才能洗出。

（2）在生物素丰富时，添加表面活性剂可以促进谷氨酸分泌。用溶菌酶消化细胞壁得到的类原生质体仍不能分泌谷氨酸，只有当细胞在低渗溶液中吸水破裂后才能排出谷氨酸。注：生物素是脂肪酸合成中乙酰CoA羧化酶的辅酶，催化→丙二酰CoA→脂肪酸合成→磷脂→细胞膜第五十八页，共八十九页，编辑于2023年，星期五谷氨酸的分泌受细胞膜控制，而影响细胞膜的谷氨酸通透性主要是细胞膜的磷脂含量

∴根据控制机制可将控制因素分为两类：①生物素、表面活性剂、高级脂肪酸、油脂及甘油的作用；生物素缺陷型谷氨酸产生菌生物素过量情况下添加表面活性剂②青霉素的作用：干扰壁的合成，使膜处于不完全保护状态，渗透压使膜损伤细菌的谷氨酸排出控制机制参见后（p74图5-7）。第五十九页，共八十九页，编辑于2023年，星期五第六十页，共八十九页，编辑于2023年，星期五三、谷氨酸高产菌的选育

生物素缺陷型：生物素是脂肪酸合成中乙酰CoA羧化酶的辅酶，催化→丙二酰CoA→脂肪酸合成→磷脂→细胞膜油酸缺陷型甘油缺陷型温度敏感缺陷型:有磷脂合成障碍其他突变型（营养缺陷型、抗药突变株等）第六十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期五四、L-谷氨酸工业发酵工艺2010年全国谷氨酸产量在171万吨，折算成味精产量在214万吨左右

第六十二页，共八十九页，编辑于2023年，星期五五、其它氨基酸的发酵机制（略）（赖氨酸生物合成途径及代谢调节机制（一）、赖氨酸生物合成途径（二）、细菌中赖氨酸生物合成的调节机制黄色短杆菌赖氨酸生物合成机制要简单些（诱变育种容易一些，实际应用较多）

第一限制性必需氨基酸，广泛用于食品、饲料和医药工业，在平衡氨基酸组成方面起重要作用；2000年全世界L-赖氨酸产量40余万吨，其中发酵法生产占95%赖氨酸第六十三页，共八十九页，编辑于2023年，星期五图：黄色短杆菌赖氨酸生物合成调节机制。第六十四页，共八十九页，编辑于2023年，星期五葡萄糖磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸乙酰CoA草酰乙酸天冬氨酸柠檬酸α-酮戊二酸谷氨酸反馈抑制优先合成增强反馈抑制逆转反馈抑制①②③图：黄色短杆菌谷氨酸、天冬氨酸生物合成调节机制第六十五页，共八十九页，编辑于2023年，星期五（三）、赖氨酸生产菌的育种途径出发菌株的选择—

代谢调节比较简单的细菌（如黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌等）1、优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育

高丝氨酸脱氢酶渗漏突变株（Hse-）：

高丝氨酸脱氢酶活性低，则优先合成赖氨酸。2、切断支路代谢：营养缺陷型的选育高丝氨酸缺陷型菌株：减少高丝氨酸形成支路，而只合成赖氨酸第六十六页，共八十九页，编辑于2023年，星期五3、抗结构类似物突变株（代谢调节突变株）

赖氨酸类似物中，以AEC效果最佳。

通过诱变，使编码天冬氨酸激酶的结构基因发生突变，使天冬氨酸激酶对赖氨酸及结构类似物不敏感（解除终产物对该酶的反馈抑制，从而大量积累赖氨酸），既使苏氨酸过量，该激酶也不与赖氨酸或类似物结合，但酶的活性中心不变。

S-（2-氨酸乙基）-L-半胱氨酸第六十七页，共八十九页，编辑于2023年，星期五4、解除代谢互锁

在乳糖发酵短杆菌中，赖氨酸的生物合成与亮氨酸之间存在代谢互锁，赖氨酸生物合成分支的第一个酶（DDP合成酶）受亮氨酸的阻遏。解除这一代谢互锁的方法:第六十八页，共八十九页，编辑于2023年，星期五①选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗AEC的赖氨酸的生产菌为出发菌株，经诱变得抗AEC兼亮氨酸缺陷型菌株②选育抗亮氨酸结构类似物突变株从遗传上解除亮氨酸对DDP合成酶的阻遏③选育对苯醌或喹啉衍生物敏感株5.增加前体物的合成和阻塞副产物的生成前体：丙酮酸、草酰乙酸、天冬氨酸关键酶：天冬氨酸激酶第六十九页，共八十九页，编辑于2023年，星期五方法：①选育丙氨酸缺陷型②选育抗天冬氨酸结构类似物突变株③选育适宜的活性比突变株CO2固定酶TCA循环酶6.改善细胞膜的透过性7.选育温度敏感突变株8.应用细胞工程和遗传工程育种9.防止高产菌株回复突变第七十页，共八十九页，编辑于2023年，星期五第四节核(苷)酸类物质的生物合成机制

肌苷酸（IMP）、鸟苷酸（GMP）、黄苷酸等嘌呤核苷大量用于食品添加剂根据GB2760—1996，中国已批准了鲜味剂6种。即谷氨酸钠、5’一鸟苷酸二钠、5’肌苷酸二钠、5’一呈味核苷酸二钠、琥珀酸二钠、L一丙氨酸。

嘧啶核苷主要用于生产抗肿瘤、抗病毒药物中间体第七十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期五（一）枯草芽孢杆菌嘌呤核苷酸合成途径

P166第七十二页，共八十九页，编辑于2023年，星期五(二)、发酵法生产肌苷生化特性：

能顺利渗透细胞壁；直接参与糖代谢；毒性很低；参与生物体的核苷和核苷酸代谢

药理作用：

对心脏缺氧状态下促进产生ATP，使血中ATP提高，部分阻止心肌梗死的发生；对放射线引起的白血球减少的影响；对肝脏协同解毒作用；第七十三页，共八十九页，编辑于2023年，星期五肌苷用途：

①生成肌苷酸钠，作助鲜剂

②治疗药物和医药中间体

③血液保存剂

第七十四页，共八十九页，编辑于2023年，星期五第五节抗生素的生物合成机制初级代谢产物

指微生物因生长和繁殖需要而合成的必须的物质，包括糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸、以及由这些物质聚合而成的高分子化合物，如多糖、蛋白质、酯类和核酸等。

次级代谢产物

指微生物由初级代谢产生的中间产物出发合成的一些功能不明确、化学结构特殊、对细胞的生长繁殖并非重要的产物，包括抗生素、色素和毒素等。一、抗生素的生物合成第七十五页，共八十九页，编辑于2023年，星期五第七十六页，共八十九页，编辑于2023年，星期五抗生素合成的途径主要有三条：

（1）大多数抗生素的化学结构不同但合成途径相似：先合成多聚乙酰（Polyketide），然后经环化，再作为各种抗生素的前体而合成不同的抗生素，如四环素、红霉素及利福霉素等。（2）有的抗生素的各部分前体是初级代谢产物，如氨基酸或糖等，合成时将这些前体连接即成，如β-内酰胺类抗生素和氨基环醇类抗生素。（3）非核蛋白质多肽装配过程，这是许多杆菌抗生素合成的特征。

第七十七页，共八十九页，编辑于2023年，星期五二、抗生素生物合成的代谢调节机制

（一）细胞生长期到抗生素产生期的过渡（二）酶的诱导作用（三）分解代谢产物的调节控制（四）磷酸盐的调节（五）NH4+的抑制作用（六）初级代谢调节对次级代谢的作用（七）次级代谢的反馈抑制

（八）次级代谢的能荷调节第七十八页，共八十九页，编辑于2023年，星期五第六节微生物多糖

葡聚糖，海藻酸、黄原胶、普鲁兰、可得兰、香菇多糖、小核菌多糖

第七十九页，共八十九页，编辑于2023年，星期五胞内多糖：主要以糖原的形式存在，贮能细胞壁多糖：是结构多糖，此外还有荚膜多糖胞外多糖：许多微生物能产生，生物学功能多样