【正文】 生成該受體。 第七節(jié) 微生物的光合作用 光合作用是自然界一個(gè)極其重要的生物學(xué)過(guò)程，除高等植物外，還有光合微生物，如藻類(lèi)、藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌 (包括紫色細(xì)菌、綠色細(xì)菌、嗜鹽菌等 )。 （ 二 ）選擇原料的依據(jù) 1，原料選擇的原則 選擇淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精時(shí)，從工藝 的角度著眼，凡任何含有可發(fā)酵性糖或可變?yōu)榘l(fā)酵糖的原料，都可作為酒精生產(chǎn)的原料。 二、常用主要原料及其化學(xué)組成 （ 一 ）原料的種類(lèi) 發(fā)酵 生產(chǎn)的原料，一般可分成下列幾類(lèi)： 1， 薯類(lèi) ： 甘薯、馬鈴薯、木薯、山藥等。在發(fā)酵過(guò)程中，我們的目的產(chǎn)品是菌體或代謝產(chǎn)物。 在發(fā)酵過(guò)程中，適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充碳源是必要的。在玉米漿中的蛋白質(zhì)、肽、氨基酸等也具有緩沖容量。 一般對(duì)于帶皮殼的原料，處理過(guò)程要先行破碎， 脫去皮殼。 濕法粉碎工藝的優(yōu)點(diǎn) ① 徹底消除了粉塵的危害，改善了勞動(dòng)條件，降低了原料的損耗 ② 提高了原料的粉碎細(xì)度 ③ 節(jié)省了蒸煮時(shí)所消耗的蒸氣 ④ 粉碎機(jī)部件（特別是刀片）的磨損減少 ⑤ 設(shè)備簡(jiǎn)單，對(duì)廠(chǎng)房要求不高 4，常用的粉碎設(shè)備 （ 1）錘式粉碎機(jī)（瓜干、高粱、玉米） 結(jié)構(gòu)示意圖 錘式粉碎機(jī)的計(jì)算： （ a）生產(chǎn)能力的計(jì)算 錘式粉碎機(jī)的 生產(chǎn)能力，可按半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 設(shè)從一個(gè)圓孔中排出的產(chǎn)品體積為： 錘刀掃過(guò)篩孔時(shí)，才有產(chǎn)品排出，如果轉(zhuǎn)子上有 K 排錘刀，則轉(zhuǎn)動(dòng)一周，錘刀就掃 過(guò)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(gè)，則每小時(shí)排出產(chǎn)品的體積為 （ b）動(dòng)力消耗的計(jì)算 動(dòng)力消耗可按下列經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)： 上式表明錘式粉碎機(jī)的動(dòng)力消耗與錘刀末端直徑平方，轉(zhuǎn)速和長(zhǎng)度成正比。這時(shí)的氣流速度稱(chēng)為顆粒的懸浮速度。 （ 5）采用氣流輸送時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 水分含量超過(guò) 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(fēng)機(jī)型號(hào)一般要選擇比實(shí)際需用量大 倍風(fēng)機(jī)，風(fēng)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(shí)，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(fēng)分離器出現(xiàn)粉料阻塞現(xiàn)象； ⑤ 整個(gè)輸送原料的管道中，要盡量減少 90176。 氣流速度過(guò)低，被輸送物料不能懸浮或不能完全懸?。? 氣流速度過(guò)高，浪費(fèi)動(dòng)力和增加顆粒的破碎。隨原料品種和種類(lèi)的不同，淀粉顆粒具有不同的形狀和大小。 ?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(kāi)鏈，所以較易分解。但對(duì)于直鏈結(jié)構(gòu)中的 α 1， 6 糖苷鍵卻不能水解。 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(diǎn)： 淀粉乳濃度 30%左右 ~ 噴射器出口溫度（ 105177。 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(guò)繼續(xù)水解。 糊化 ：在溫水中，當(dāng)?shù)矸垲w粒無(wú)限膨脹形成均一的粘稠液體的現(xiàn)象，稱(chēng)為淀粉的 糊化 。 ζb：彎管阻力系數(shù)，見(jiàn)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。 管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 A，空氣需求量的計(jì)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 。 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(dòng)排出，分離出來(lái)的空氣凈化后放空。顆粒在垂直管中和水平管中的懸浮機(jī)理及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不一樣的。 為了提高原料粉碎細(xì)度，降低電力消耗，采用兩級(jí)破碎。 （ 2）皮殼在生產(chǎn)過(guò)程中，不發(fā)生變化，而大量皮殼匯集起來(lái)會(huì)占據(jù)一定的有效容積，無(wú)形中降低了設(shè)備的生產(chǎn)能力。許多種培養(yǎng)基多加入碳酸鈣作為緩沖劑，以達(dá)到 pH7． 0 左右。 （ 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(duì)碳源的需要量可以從菌體對(duì)底物的產(chǎn)率系數(shù) (Yx/s)推算而得。 脂肪 ： 對(duì)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。 例如 ICI 公司因指定用甲醇和氨生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白質(zhì)而另行設(shè)計(jì)新的發(fā)酵罐。在異養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)，各種氧化還原電位較高的基質(zhì)對(duì) NAD+的還原一般都是由光能推動(dòng)的。 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。 卡爾文環(huán)的能量轉(zhuǎn)化效率相當(dāng)高， 18molATP 約計(jì) ， 12molNADPH2 約計(jì)，即每合成 lmol 葡萄糖需輸入 。這種差異很重要，因?yàn)檫@樣可以使一個(gè)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。 代表性藻株有 :Chlamydomonas reinhardtii。 真養(yǎng)產(chǎn)堿菌中兩種氫化酶的功能。 小球諾卡氏菌對(duì)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(zhǎng)，其最初降解步驟如下圖所示。 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(yàn)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(jiàn)下圖。色氨酸調(diào)節(jié)麥角堿的合成等，具體調(diào)節(jié)過(guò)程見(jiàn)代謝調(diào)節(jié)一章有關(guān)部分。聚合后的產(chǎn)物再經(jīng)過(guò)修飾反應(yīng) 如環(huán)化、氧化、甲基化、氯化等。麥角菌 (Claviceps purpurea)可以產(chǎn)生麥角生物堿。擔(dān)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 （ 1）與糖代謝有關(guān)的類(lèi)型 以糖或糖代謝產(chǎn)物為前體合成次級(jí)代謝產(chǎn)物 有三種情況： （ A）直接由葡萄糖合成次級(jí)代謝產(chǎn)物。第三章 發(fā)酵生物化學(xué)基礎(chǔ) 第一節(jié) 糖的微生物代謝（自學(xué)） 第二節(jié) 脂類(lèi)和脂肪酸的微生物代謝（自學(xué)） 第三節(jié) 氨基酸和核酸的微生物代謝（自學(xué)） 第四節(jié) 微生物的次級(jí)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)分解代謝和合成代謝，產(chǎn)生出維持生命活動(dòng)的物質(zhì)和能量的初級(jí)代謝過(guò)程。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(xiàn)菌產(chǎn)生的鏈霉素以及大環(huán)內(nèi)酯抗生素中的糖苷等。 COOH)的 α亞甲基與草酰乙酸的羰基縮合而成。 毒素：大部分細(xì)菌產(chǎn)生的毒素是蛋白質(zhì)類(lèi)的物質(zhì)。 氧化作用是在加氧酶催化下進(jìn)行的。 2，次級(jí)代謝產(chǎn)物一般在菌體生長(zhǎng)后期合成 初級(jí)代謝貫穿于生命活動(dòng)始終，與菌體生長(zhǎng)平行進(jìn)行。 甲苯的氧化途徑 （ 2） Walker 用 Pseudomonas 菌試驗(yàn)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。 嗜石油諾卡氏菌對(duì)甲基環(huán)己烷降解 第六節(jié) H2 和 CO2 的微生物代謝 一、 H2的微生物代謝 1，分解代謝 氫細(xì)菌都是一些呈革蘭氏陰性的兼性化能自養(yǎng)菌。 偶聯(lián)部位以阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)明。 產(chǎn)氫速率為： mmol H2/L ,100h. （ 2）間接光解產(chǎn)氫（藍(lán)細(xì)菌） 藍(lán)細(xì)菌主要分為：藍(lán)綠藻、藍(lán)藻綱類(lèi)、藍(lán)藻類(lèi) 總反 應(yīng)式為： 12H2O + 6CO2 Light energy C6H12O6 +6O2 C6H12O6 + 12H2O Light energy 12H2 +6CO2 代表性菌（藻）株： Anabaena variablilis（ umol H2/mg chla/h） （ 3）光發(fā)酵產(chǎn)氫（無(wú)硫紫細(xì)菌） 無(wú)硫紫細(xì)菌在缺氮條件下，用光能和還原性底物產(chǎn)生氫氣 : C6H12O6 + 12H2O Light energy 12H2 + 6CO2 代表菌株為： Rhodospirillum rubrumL（ 180 ml H2/L of culture/h）； （ L H2/L or immobilized culture/h）。這也是細(xì)胞如何將生 物合成與降解途徑分開(kāi)的一個(gè)手段。而 1mol 葡萄糖被徹底氧化時(shí)會(huì)放出約。還有 CO2 和 NH3在氨甲酰磷酸合成酶催化下，生成氨甲酰磷酸，作為合成 UMP 的起始物或參與瓜氨酸的合成。紅螺菌科中醌鐵復(fù)合體的氧化還原電位不夠低，不能直接還原 NAD+，它們是通過(guò)環(huán)式電子傳遞 產(chǎn)生 ΔP，再由 ΔP推動(dòng)從琥珀酸到 NAD+的電子逆轉(zhuǎn)，以還原 NAD+為 NADH。同樣的理由，在一個(gè)巳設(shè)定的發(fā)酵罐中，發(fā)酵必然會(huì)受到培養(yǎng)基組份改變的影響。一些 發(fā)酵 廠(chǎng)如采用玉米作為原料，總是把玉米坯芽除去。 該系數(shù)的定義是：細(xì)胞干物質(zhì)的產(chǎn)量／碳源底物的被利用量 下表中列出了一些 Yx/s 值。如果pH 下降，則碳酸鈣分解，如果是 pH 上升，可以自然地校正微生物的產(chǎn)酸量。 （ 3）醪液糖化后進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，皮殼會(huì)聚集在液面上，而引起較厚的醪蓋，醪蓋的形成會(huì)妨礙熱量的逸散和 CO2 的放出，致使液體溫度升高，細(xì)菌容易繁殖，特別是醋酸菌，出現(xiàn)這些現(xiàn)象，都會(huì)對(duì)發(fā)酵帶來(lái)不利。在一級(jí)破碎機(jī)的進(jìn)料口，裝有進(jìn)水管，將水和原料一起加入破碎機(jī)中，水量的大小，根據(jù)加料的速度和工藝要求的水料比，由浮子流量計(jì)控制。 垂直管中的懸浮輸送機(jī)理 設(shè)物料小顆粒，在靜止的空氣中自由降落，顆粒上作用力有三：顆粒重力 Ws，浮力 Wa，及空氣阻力 fs。在加料處要用封閉較好的加料器，防止物料反吹，空氣用鼓風(fēng)機(jī)送入系統(tǒng)中。 μ= G 物 / G 氣 選擇依據(jù)： ? μ大，每 1kg 空氣輸送的物料量大； ? 過(guò)高的 μ易造成管道阻塞，阻力損失大，需較高壓力的空氣，增大設(shè)備費(fèi)用； ? 松散顆粒（大 μ），潮濕易結(jié)快物料和粉狀物料（小 μ）； ? 吸入式流程（小 μ ），壓送式流程（大 μ）。 mmDPavpPavpDLKKKKaabDLa：空氣管的內(nèi)徑，：空氣管路的長(zhǎng)度，舊焊接管，焊接管光滑管）（：空氣的摩擦系數(shù)，）（彎管：）（直管：氣氣氣氣彎直111110 0 1 121210 12211?????????????????）（氣氣 PavCp 22 2)( ?????C：供料系數(shù)，其直為 1~10，連續(xù)穩(wěn)定供料取小值，間斷供料或從吸嘴供料取大值。此時(shí)的溫度稱(chēng)為 糊化溫度 。水解由淀粉分子的非還原末端開(kāi)始，水解相隔的 α 1， 4 鍵麥芽糖，屆于 β構(gòu)型。3 ） ?C，保溫 97~100 ?C， 30~60m。 異淀粉酶 ： 異淀粉酶能水解支鏈淀粉和糖原分子中支叉地位的 α 1， 6 糖苷鍵，使支叉結(jié)構(gòu)斷裂。 （ 4）淀粉質(zhì)原料的各個(gè)組分在水 熱處理過(guò)程中的變化 淀粉的變化 – 自糖化 ： 在 50～ 60℃預(yù)煮時(shí)，原料自身的淀粉 酶系統(tǒng)活化，并分解淀粉生成糖和糊精 – 酸水解 ：在微酸條件（ ～ ），淀粉的局部酸水解現(xiàn)象 – 在 70℃以下，水解的產(chǎn)物是糖， 75～ 80℃產(chǎn)物是糊精。 曲率半徑比 r/D 2 4 6 7 阻力系數(shù) ζe d，分離器（卸料器）的壓力損失 ??????2250233????????vvvvDLavvvpp氣氣氣：系數(shù)，由下式確定失垂直輸料管中的壓力損??????2332????????vPavHHDLaHHHpp氣氣氣：系數(shù)，由下式計(jì)算）（損失水平壓力輸料管的壓力用：阻力系數(shù)，依下表選）（彎管輸料管的壓力損失氣氣?? ??eeeePavpp2332????）（時(shí)，壓力降為：當(dāng)旋風(fēng)分離器用作除塵）（）（時(shí)，壓力降為：當(dāng)旋風(fēng)分離器作卸料器氣氣氣氣PavPavcccccpKKp241214228~51?????????????? e，空氣進(jìn)出口的壓力損失 D，氣流輸送系統(tǒng)中總 的壓力損失 ΔpΔp= Δp1+ Δ