【正文】 酮酸。 甲苯的氧化途徑 （ 2） Walker 用 Pseudomonas 菌試驗證明甲苯分解存在另一條途徑，即二羥化反應(yīng)將甲苯轉(zhuǎn)化成 3甲基鄰苯二酚作為裂解底物。此時原來被阻遏的次級代謝的酶，被激話或開始合成。 2，次級代謝產(chǎn)物一般在菌體生長后期合成 初級代謝貫穿于生命活動始終，與菌體生長平行進行。初級代謝的關(guān)鍵性中間產(chǎn)物，多半是次級代謝的前體。 氧化作用是在加氧酶催化下進行的。 維生素；作為次生物質(zhì)，是指在特定條件下，微生物產(chǎn)生的遠遠超過自身需要量的那些維生素，例如丙酸細菌 (Propionibacterium sp． )產(chǎn)生維生素 B12，分枝桿菌 (Mycobacterium)產(chǎn)生吡哆素和煙酰胺，假單胞菌產(chǎn)生生物素，以及霉菌產(chǎn)生的核黃素和 β胡蘿卜素等。 毒素：大部分細菌產(chǎn)生的毒素是蛋白質(zhì)類的物質(zhì)。此外，還有二個以上氨基酸經(jīng)過復(fù)雜的縮分后形成含氮芳香環(huán)如麥角生物堿。 COOH)的 α亞甲基與草酰乙酸的羰基縮合而成。在初級代謝中由此進一步合成脂肪酸，而在次級代謝中所生成的丙二酰 CoA 等鏈中 的羰基不被還原，而生成 聚酮 (po1yketide) 或 β— 多酮次甲基 鏈(βpolyketomethylene)。例如，曲霉屬 (Aspergillus)產(chǎn)生的曲酸、蛤蟆菌(Amanitamuscarina)產(chǎn)生的蕈毒堿，放線菌產(chǎn)生的鏈霉素以及大環(huán)內(nèi)酯抗生素中的糖苷等。 次級代謝并沒有一個十分嚴格的定義，它是相對于初級代謝而提出的 — 個概念，主要是指次級代謝產(chǎn)物的合成。第三章 發(fā)酵生物化學基礎(chǔ) 第一節(jié) 糖的微生物代謝（自學） 第二節(jié) 脂類和脂肪酸的微生物代謝（自學） 第三節(jié) 氨基酸和核酸的微生物代謝（自學） 第四節(jié) 微生物的次級代謝 從前面的章節(jié)中，我們了解了微生物從外界吸收各種營養(yǎng)物質(zhì)，通過分解代謝和合成代謝，產(chǎn)生出維持生命活動的物質(zhì)和能量的初級代謝過程。1960 年微生物學家 Bu’ Lock 把這一概念引入微生物學領(lǐng)域。 （ 1）與糖代謝有關(guān)的類型 以糖或糖代謝產(chǎn)物為前體合成次級代謝產(chǎn)物 有三種情況： （ A）直接由葡萄糖合成次級代謝產(chǎn)物。 （ B）次級代謝產(chǎn)物不經(jīng)過脂肪酸，而是從丙酮酸開始生成乙酰 CoA，再在羧化酶催化下生成丙二酰 CoA。擔子菌產(chǎn)生的松蕈 (三 )酸 (α十六烷基檸檬酸 )就是由十八烷酸 (C17H33例如短桿菌 A、放線菌素、短桿菌酪素、多粘菌素、 桿菌肽及紫霉素等。麥角菌 (Claviceps purpurea)可以產(chǎn)生麥角生物堿。有的微生物將產(chǎn)生的色素分泌到細胞外，使培養(yǎng)基呈現(xiàn)顏色。聚合后的產(chǎn)物再經(jīng)過修飾反應(yīng) 如環(huán)化、氧化、甲基化、氯化等。 三、次級代謝的特點 1，次級代謝以初級代謝產(chǎn)物為前體，并受初級代謝的調(diào)節(jié) 次級代謝與初級代謝關(guān)系密切。色氨酸調(diào)節(jié)麥角堿的合成等，具體調(diào)節(jié)過程見代謝調(diào)節(jié)一章有關(guān)部分。 在生長階段菌體生長迅速，中間產(chǎn)物很少積累，當容易利用的糖、氮、磷消耗到一定量之后，菌體生長速度減慢，菌體內(nèi)某些中間產(chǎn)物積累，原有酶活力下降或消失，導(dǎo)致生理階段的轉(zhuǎn)變，即由菌體生長階段轉(zhuǎn)為次級代謝物 質(zhì)合成階段。 微生物氧化苯的雙氧酶的功能 甲苯轉(zhuǎn)化成環(huán)裂解底物：甲苯氧化成鄰苯二酚有兩條途徑 （ 1） Kitagawa 用 (P． aeruiginosa)試驗指出該菌分解甲苯是將甲基氧化成羧基，再 將苯甲酸轉(zhuǎn)化為鄰苯二酚，甲苯與苯甲酸之間的中間產(chǎn)物是苯甲醇和苯甲醛，見下圖。 鄰苯二酚的裂解途徑 原兒茶酸與鄰苯二酚的降解方式相類似，也能以間位或鄰位裂解途徑降解。 小球諾卡氏菌對環(huán)己醇的降解 嗜石油諾卡氏菌 (Nocardia petroleophila)可利用甲基環(huán)己烷生長，其最初降解步驟如下圖所示。電子在呼吸鏈上傳遞可能有兩條途徑：一條是依賴于維生素 K2(VK2)的途徑；另 — 條是與維生素 K2 無關(guān)的途徑。 真養(yǎng)產(chǎn)堿菌中兩種氫化酶的功能。當有氧存在時，分子氫使 ED 途徑中酶合成的誘導(dǎo)受到抑制，因而不能利用 ED 途徑分解有機物，包括果糖。 代表性藻株有 :Chlamydomonas reinhardtii。二磷酸核酮糖環(huán)是所有光能自養(yǎng)和化能自養(yǎng)微生物所共有的途徑。這種差異很重要，因為這樣可以使一個酶在不同條件下催化兩種性質(zhì)不同的反應(yīng)，各自行使功能。這些 5磷酸核酮糖在 5磷酸核酮糖激酶的催化下，都形成 1， 5二磷酸核酮糖，因而 CO2 受體得以再生 (圖 63)，又可接受 CO2，重復(fù)上述一系列的反應(yīng)，最終結(jié)局是將 CO2 同化成為己糖，在此過程中消耗了大量的 ATP 和 NADPH2。 卡爾文環(huán)的能量轉(zhuǎn)化效率相當高， 18molATP 約計 ， 12molNADPH2 約計，即每合成 lmol 葡萄糖需輸入 。異養(yǎng)微生物依靠固定 CO2 生成四碳二羧酸，補充 TCA 環(huán)的中間產(chǎn)物。 在核苷酸合成中也有固定 CO2 的反應(yīng)，如嘌呤核苷酸合成中， 5氨基咪唑核糖 5磷酸與 CO2反應(yīng)，生成 5氨基 4羧基咪唑核糖 5 磷酸。 光合作用的本質(zhì)是指生物 (包括植物、藻類和光合細菌 )將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能，并以穩(wěn)定形式貯藏的過程。在異養(yǎng)生長時，各種氧化還原電位較高的基質(zhì)對 NAD+的還原一般都是由光能推動的。由于酒精生產(chǎn)需要大量原料，要保證一定的庫存量。 例如 ICI 公司因指定用甲醇和氨生產(chǎn)單細胞蛋白質(zhì)而另行設(shè)計新的發(fā)酵罐。 （ 二 ） 常用原料的化學組成 原料所含的化學成分，不僅關(guān)系著生產(chǎn)率的高低，同時也影響生產(chǎn)的工藝過程。 脂肪 ： 對發(fā)酵有影響，如高粱糠、米糠等含油脂多，則生酸較快，生酸幅度也較大。在了解一定數(shù)量的生物體所能產(chǎn)生的產(chǎn)物數(shù)量后；就有可能計 算出形成產(chǎn)物時所需的底物數(shù)量。 （ 4）碳源具有生物合成的底物和能源的雙重作用，在需氧條件下，對碳源的需要量可以從菌體對底物的產(chǎn)率系數(shù) (Yx/s)推算而得?？偟幕瘜W計算式為 方程式中的 a b c d e nz、 p2 和 q2 都是化學計算中的系數(shù)， PAA 代表苯乙酸。許多種培養(yǎng)基多加入碳酸鈣作為緩沖劑，以達到 pH7． 0 左右。 3，為保證生產(chǎn)環(huán)境的清潔，必須采用適當?shù)妮斔头绞綄⒃蠌膫}庫運送至配料罐或反應(yīng)器。 （ 2）皮殼在生產(chǎn)過程中，不發(fā)生變化，而大量皮殼匯集起來會占據(jù)一定的有效容積，無形中降低了設(shè)備的生產(chǎn)能力。 粗砰常用的設(shè)備是軸向滾筒式粗碎機，也有用錘式粉碎機進行粗碎的例子 細碎 ：經(jīng)過粗碎的原料進入細碎機，細碎后的原料顆粒一般應(yīng)通過 ~ 的篩孔。 為了提高原料粉碎細度，降低電力消耗，采用兩級破碎。發(fā) 酵廠內(nèi)固體htGrcmdkWN d G/m in/110~100)(：粉碎機的生產(chǎn)能力，：扎輥轉(zhuǎn)速，：被粉碎粒子腹徑，：系數(shù)，取??????輸送大多采用皮帶輸送機，斗式提升機和螺旋混合器（也稱絞龍）。顆粒在垂直管中和水平管中的懸浮機理及運動狀態(tài)是不一樣的。顆粒所以能克服重力而懸浮在氣流中，是由于下列幾種力作用 的結(jié)果： ? 氣流為湍流運動狀態(tài) ? 湍流狀態(tài)的氣流，沿管截面上的氣速分布 ? 顆粒在氣流中，除隨同氣流一道運動外，還有顆粒的自身旋轉(zhuǎn)運動 ? 由于顆粒形態(tài)不規(guī)則而產(chǎn)生的氣流推力的垂直分力 ? 由于顆粒間的碰撞或顆粒與管壁間碰撞而產(chǎn)生的垂直方向的反作用分力 顆粒在垂直管中的運動狀態(tài) 氣流速度 =粒子的懸浮速度時，顆粒在氣流中呈流態(tài)化狀態(tài)，自由懸浮在氣流中； 氣速大于懸浮速度，進行氣流輸送，顆?；旧鲜蔷鶆蚍植加跉饬髦小? ② 壓送式流程（壓力輸送） 這種輸送方式是將空氣和物料壓送入輸料管中， 物料被送到指定位置之后，經(jīng)分離器物料自動排出，分離出來的空氣凈化后放空。旋轉(zhuǎn)加料器的供料量，由下式計算： ② 輸料管道 ③ 卸料裝置 離心式卸料器 ： 離心式卸料器實質(zhì)就是旋風分離器，利用氣流作旋轉(zhuǎn)運動、使物科顆粒產(chǎn)生離心力，將懸浮于氣流中的物料分離出。 管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計計算 A，空氣需求量的計算 ① 混合比 μ的確定 定義：每 1kg 空氣所能提升或輸送的物料流量 G 物 （ kg/h）與空氣流量 G 氣 （ kg/h）之比 。對密度在 1360~1840 時，表中增加 10 米秒。 ζb：彎管阻力系數(shù)，見下表 空氣彎管阻力系數(shù)表曲率半徑 r/D ζb b，加速段的壓力損失 Δp2 ：加入輸料管的的物料， 加入前一般是靜止的，在氣流方向上的初速度一般為零，要求輸送它的空氣流在瞬間將它加速到輸送速度，而產(chǎn)生的壓力損失。 淀粉顆粒的構(gòu)成如下圖： 氫鍵 聚集 淀粉分子鏈 ───→ 針狀晶體 ───→ 淀粉顆粒 2，淀粉的分子結(jié)構(gòu) 淀粉可分為 直鏈 和 支鏈 淀粉兩類。 糊化 ：在溫水中，當?shù)矸垲w粒無限膨脹形成均一的粘稠液體的現(xiàn)象，稱為淀粉的 糊化 。 ③ 焦糖化：當溫度達到糖的熔點時（ 185℃）， 糖分脫水形成 黑色無定形物，統(tǒng)稱 焦糖 。 β淀粉酶 ： β淀粉酶能水解 α1， 4 糖苷鍵，不能水解 α 1， 6 糖苷鍵，遇此鍵水解停止，也不能越過繼續(xù)水解。 優(yōu)點：此方法簡便 缺點：效果較差，能耗大，原料利用率低，過濾性能差。 噴射液化的幾種流程： ① 一段高溫噴射液化工藝： 工藝 控制要點： 淀粉乳濃度 30%左右 ~ 噴射器出口溫度（ 105177。連續(xù)（噴射）液化法 利用噴射器將蒸汽直接噴射至淀粉薄層，以在短時間內(nèi)達到要求的溫度，完成糊化和液化。但對于直鏈結(jié)構(gòu)中的 α 1， 6 糖苷鍵卻不能水解。 ④ 氨基糖反應(yīng)：還原糖與氨基酸之間產(chǎn)生的呈色反應(yīng)稱為 氨基糖反應(yīng) 。 ?糖的變化 ①己糖的變化（葡萄糖和果糖）：果糖在酸性介質(zhì)中不穩(wěn)定，由于容易開鏈，所以較易分解。直鏈淀粉在 70～ 80℃的水中可溶，溶液的粘度較小，遇 I2 呈純藍色；支鏈淀粉在高溫水中可溶，溶液的粘度大，遇 I2 呈蘭紫色。隨原料品種和種類的不同，淀粉顆粒具有不同的形狀和大小。輸料管一般采用無縫鋼管、普通水煤氣管、不銹鋼管或硬質(zhì)聚乙烯管等。 氣流速度過低，被輸送物料不能懸浮或不能完全懸?。? 氣流速度過高，浪費動力和增加顆粒的破碎。 ④ 閉風器 ⑤ 風機 ⑥ 空氣除塵裝置 常用的除塵器： 離心式除塵器、袋濾器、濕式除塵器 。 （ 5）采用氣流輸送時應(yīng)注意的問題 水分含量超過 16％的粉末原料， 特別是鮮原料，不宜采用氣流輸送； ② 所選用風機型號一般要選擇比實際需用量大 倍風機，風壓也要比全系統(tǒng)壓力損失的總和更大一些； ③ 選擇輸送管道的直徑時，要保證空氣通氣量有 110120％的富余量； ④ 所用落料器性能要好，要保證既能較快分料，又能有一定的密封程度，防止落料器落料慢而引起旋風分離器出現(xiàn)粉料阻塞現(xiàn)象； ⑤ 整個輸送原料的管道中，要盡量減少 90176。而上部懸浮的顆粒愈來愈少，大部顆粒堆積底部，形成 “小砂丘 ”向前推移，產(chǎn)生所謂團塊流 （ 3）氣流輸送的流程 ① 吸引式流程（真空輸送） 真空輸送方式是將空氣和物料吸入輸料管中，在負壓下輸送到指定的地點，然后將物料從氣流中分離出來，再經(jīng)過排料器將物科卸出來。這時的氣流速度稱為顆粒的懸浮速度。例如甘薯干的塊狀原料，利用風動運送，有引風機把甘薯干運進料管，從低位向高位運送上去，而原料中的鐵皮、石塊等雜物，因比重 較大，不能為氣流所帶走，而自動掉落在地上。 濕法粉碎工藝的優(yōu)點 ① 徹底消除了粉塵的危害，改善了勞動條件，降低了原料的損耗 ② 提高了原料的粉碎細度 ③ 節(jié)省了蒸煮時所消耗的蒸氣 ④ 粉碎機部件（特別是刀片）的磨損減少 ⑤ 設(shè)備簡單，對廠房要求不高 4，常用的粉碎設(shè)備 （ 1）錘式粉碎機（瓜干、高粱、玉米） 結(jié)構(gòu)示意圖 錘式粉碎機的計算： （ a）生產(chǎn)能力的計算 錘式粉碎機的 生產(chǎn)能力，可按半經(jīng)驗公式計算 設(shè)從一個圓孔中排出的產(chǎn)品體積為： 錘刀掃過篩孔時，才有產(chǎn)品排出，如果轉(zhuǎn)子上有 K 排錘刀，則轉(zhuǎn)動一周，錘刀就掃 過K 次，而排料也為 K 次，如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)為 n（轉(zhuǎn) /分），篩孔總數(shù)為 Z 個，則每小時排出產(chǎn)品的體積為 （ b）動力消耗的計算 動力消耗可按下列經(jīng)驗公式估計： 上式表明錘式粉碎機的動力消耗與錘刀末端直徑平方，轉(zhuǎn)速和長度成正比。同時原料 中混雜的金屬、沙石、泥土等雜物，因重力作用，從風管落下，而料斗上方，裝有吸塵室，將風揚起來的粉塵，經(jīng)吸塵室頂部的吸塵管，和原料一起吸入旋風分離器中。 一般