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简介
- 发酵是一种古老的食品加工技术。
- 发酵被定义为在有机底物中通过微生物产生的酶的作用发生化学变化的过程。
- 例如，酵母酶将糖和淀粉转化为酒精，而蛋白质则转化为多肽/氨基酸。
- 发酵在缺氧的情况下进行，产生ATP(能量)。
- 它将糖酵解过程中产生的NADH和丙酮酸转化为NAD+和各种小分子，这取决于发酵的类型。
- 发酵微生物主要是l.a.b like肠球菌、链球菌属、明串珠菌属,乳酸菌,片球菌属像酵母和霉菌去巴酵母，克鲁维酵母，酵母菌，地毛菌，毛霉菌，青霉菌,根霉物种。
发酵原理
- 发酵的主要原理是在缺氧的情况下从碳水化合物中获得能量。
- 葡萄糖首先通过糖酵解部分氧化为丙酮酸。
- 丙酮酸随着NAD+的再生而转化为醇或酸，NAD+可以参与糖酵解产生更多ATP。
- 发酵产生的能量仅为有氧呼吸所获得能量的5%。
流程图:各种微生物从葡萄糖产生某些发酵终产物的一般途径。
- 发酵是一种厌氧生化过程，用于从葡萄糖或其他碳源的部分氧化产生能量。
- 底物的氧化，通过Embden-Meyerhoff (EMP)或Entner-Doudoroff (ED)途径发生，导致丙酮酸、ATP和NAD (P) H的产生。
- 在没有外部电子受体的情况下，丙酮酸随着NAD+(P)的再生而发生还原。
- 这一步对于发酵过程的进展是必不可少的，它导致产品的生产(乙醇和有机酸)。
- ATP是发酵的主要产物，在底物水平磷酸化产生。
- 然后NADH被重新氧化，在发酵的第二阶段还原为NAD+，使丙酮酸还原为发酵产物，如乙醇和乳酸。
- 例如，在发酵过程中通过葡萄糖链球菌lactis，丙酮酸被转化为乳酸来重组NAD+辅酶，因此产生两个ATP分子
- 在酵母酿酒,当丙酮酸酯转化为乙醇时，NAD+被重整。
类型的发酵
1.乳酸同型发酵
葡萄糖→乳酸
- 均乳酸发酵是由属于该属的细菌进行的Lactococcus,肠球菌,链球菌,而且片球菌属，以及该属的一些物种乳酸菌．
- 同发酵乳酸菌将葡萄糖发酵成乳酸。
- Lactococcussp .用于乳制品发酵剂培养．
2.乳酸异型发酵
葡萄糖→乳酸+乙酸+乙醇+ 2CO2+ H2O
- 异乳酸发酵是由该属细菌进行的明串珠菌属，Oenococcus,Weissella，通过异质化乳酸杆菌．
- 异发酵乳酸菌用乳酸、乙醇/醋酸和二氧化碳(CO .)发酵葡萄糖2)作为副产品。
3.丙酸发酵
葡萄糖→乳酸+丙酸+乙酸+ CO2+ H2O
- 丙酸发酵是由几种属于该属的细菌进行的丙酸菌属和物种梭状芽胞杆菌propionicum．
- 在丙酸发酵过程中，糖和乳酸都可以作为初始底物。
- 当糖存在时，这些细菌利用EMP途径产生丙酮酸;丙酮酸经羧基化为草酰乙酸，再经苹果酸、富马酸和琥珀酸还原为丙酸。
- 丙酸发酵的其他最终产物是乙酸和CO2．
4.二乙酰和2,3-丁二醇发酵
双乙酰
↑
柠檬酸→丙酮酸+乙酰甲基碳
↓
2, 3-Butylene乙二醇
- 丁二醇发酵是由该属的成员进行的肠杆菌属、欧文氏菌、二氧化铪，克雷伯氏菌,沙雷氏菌属．
- 生成2,3-丁二醇的反应包括双脱羧步骤。
5.酒精发酵
葡萄糖→乙醇
- 酒精发酵是最著名的发酵过程。
- 它是由酵母和其他一些真菌和细菌进行的。
- 酒精发酵途径的第一步涉及丙酮酸，由酵母通过EMP途径形成，而发酵单胞菌(细菌)则通过ED途径获得丙酮酸。
- 酒精发酵的氧化还原平衡是通过NAD的再生来实现的+在乙醛还原为乙醇的过程中。
图:酒精发酵。创建biorender.com。
6.丁酸发酵
葡萄糖→乙酸+丁酸
- 丁酸发酵是几种专性厌氧细菌的特点，主要属于丁酸菌属梭状芽胞杆菌．
- 丙酮酸反过来被氧化为乙酰辅酶a，产生CO2和H2．
- 乙酰辅酶a的一部分转化为乙酸，产生ATP。
- 有些细菌，比如梭状芽胞杆菌acetobutylicum，产生更少的酸和更多的中性产物，从而进行丙酮丁醇发酵。
发酵的应用
图:发酵的应用。
应用在医学上
- 生产的抗生素
- 生产的胰岛素
- 生长激素的产生
- 生产的疫苗
- 干扰素的生产
在食品工业中的应用
- 发酵生产发酵食品，如奶酪、葡萄酒、啤酒和面包等高价值产品
- 食品级生物防腐剂
- 功能食品/氾滥
- 单细胞蛋白质的产生
其他应用程序
- 它也用于废物管理，如生物燃料生产(生物柴油、生物乙醇、丁醇、生物氢等)。
- 它也用于生产生物表面活性剂，聚合物生产，如细菌纤维素生产。
- 土壤和废水处理的生物修复过程(涉及微生物或其分离的酶)的发展。
发酵的局限性
- 低规模生产，需要高成本和高能源
- 污染的可能性。
- 随时间的自然变化
- 产品不纯，需进一步处理
- 不可取的和意想不到的最终产品
- 有害微生物生长繁殖，有益微生物死亡。
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