宜宾学院：《微生物工程工艺原理》课程教学课件（PPT讲稿）第四章 柠檬酸发酵机制

第四章 柠檬酸发酵机制 重点：柠檬酸生物合成途径；柠檬酸生物 合成的代谢调节机制。 难点：柠檬酸生物合成的代谢调节机制

第四章 柠檬酸发酵机制 重点：柠檬酸生物合成途径；柠檬酸生物 合成的代谢调节机制。 难点：柠檬酸生物合成的代谢调节机制

一、柠檬酸简介 ❖ 柠檬酸又名枸橼酸，学名α-羟基丙烷三羧酸，是 生物体主要代谢产物之一。化学名称2-羟基丙三 羧酸，英文文献俗名citric acid，分子式C6H8O7。 无色或白色晶体，无臭，味极酸，易溶于水和乙 醇、微溶于乙醚、水溶液呈酸性反应。 第一节 概述

一、柠檬酸简介 ❖ 柠檬酸又名枸橼酸，学名α-羟基丙烷三羧酸，是 生物体主要代谢产物之一。化学名称2-羟基丙三 羧酸，英文文献俗名citric acid，分子式C6H8O7。 无色或白色晶体，无臭，味极酸，易溶于水和乙 醇、微溶于乙醚、水溶液呈酸性反应。 第一节 概述

➢食品工业：酸味剂、增溶剂、抗氧化剂，除腥脱 臭剂； ➢医药工业： ➢化学工业： ➢美容品、化妆品 二、柠檬酸及其盐的应用概况

➢食品工业：酸味剂、增溶剂、抗氧化剂，除腥脱 臭剂； ➢医药工业： ➢化学工业： ➢美容品、化妆品 二、柠檬酸及其盐的应用概况

三、我国柠檬酸生产现状 生产状况：60年代开始，生产柠檬酸年总产量居世界 第一，出口量一直占国内总产量的50%以上。目前，生产 厂家近百家，万吨级以上的有6家。主要有安徽丰原生物 化学集团公司（生产能力为12.0万吨/年）、江苏无锡罗氏 中亚柠檬酸有限公司（生产能力为4.0万吨/年）、安徽华 源生物药业有限公司（生产能力为3.5万吨/年）等。 ❖ 存在问题：出口量增长过快，技术创新相对滞后，加 上国际市场竞争激烈，已出现严重的供大于求的局面，设 备利用率不到60%，行业经济效益呈滑坡态势

三、我国柠檬酸生产现状 生产状况：60年代开始，生产柠檬酸年总产量居世界 第一，出口量一直占国内总产量的50%以上。目前，生产 厂家近百家，万吨级以上的有6家。主要有安徽丰原生物 化学集团公司（生产能力为12.0万吨/年）、江苏无锡罗氏 中亚柠檬酸有限公司（生产能力为4.0万吨/年）、安徽华 源生物药业有限公司（生产能力为3.5万吨/年）等。 ❖ 存在问题：出口量增长过快，技术创新相对滞后，加 上国际市场竞争激烈，已出现严重的供大于求的局面，设 备利用率不到60%，行业经济效益呈滑坡态势

表1 美国和西效主要的蒙酸生产公司和生产能力 国家 公司名称 生江能力 万屯/车 生品种 美国 ADM 5.0 柠檬酸，柠檬 酸钠 美国 Miles 6.9 柠檬酸 美国 Cargill 2.6 柠檬酸 美国 Pfizer 3.2 柠檬酸 奥地利 Tangburzinner 6.5- 7.5 柠蒙酸及钾、 钠图 比利时 Citrique Belge 4. 5-5.5 荔鏊酸及钾。 英国 Bayer CTK 2.5- 3.5 檬酸及钠 盐 德国 Tung 2.0 檬酸及钠 盐 爱尔兰 A DM Ring 2.5 柠檬酸及钾、 钠盐 意大利 Biacor SPA 2.0-2.5 柠檬酸及钠 盐

第二节 柠檬酸合成途径与代谢调控 1940年，Krebs: TCA； 1953年，Jagnnathan证实黑曲霉中存在EMP途 径所有酶； 1954年，Shu提出葡萄糖80%经EMP途径代谢； 1954-1955年，Ramakrishman等发现黑曲霉中 存在TCA循环。 一、柠檬酸合成途径的发现

第二节 柠檬酸合成途径与代谢调控 1940年，Krebs: TCA； 1953年，Jagnnathan证实黑曲霉中存在EMP途 径所有酶； 1954年，Shu提出葡萄糖80%经EMP途径代谢； 1954-1955年，Ramakrishman等发现黑曲霉中 存在TCA循环。 一、柠檬酸合成途径的发现

二、黑曲霉柠檬酸生物合成途径

二、黑曲霉柠檬酸生物合成途径

黑曲霉利用糖类发酵生成柠檬酸其生物合成途径是，葡 萄糖经EMP、HMP途径降解生成丙酮酸，丙酮酸一方面氧化 脱羧生成乙酰CoA，另一方面经CO2固定化反应生成草酰乙 酸，草酰乙酸与乙酰CoA缩合生成柠檬酸。 (1)生长期与产酸期都存在EMP与HMP途径，前者 EMP:HMP=2:1，后者EMP:HMP=4：1 (2)黑曲霉柠檬酸产生菌中存在TCA循环与乙醛酸循环，在 以糖质原料发酵时，当柠檬酸积累时，TCA和乙醛酸循环 被阻断或减弱。 (3)由于TCA和乙醛酸循环被阻断或减弱，草酰乙酸是由 丙酮酸（PYR）或磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化生成的。 即由两个CO2固定化反应体系，其中以丙酮酸羧化酶作用 下固定化CO2生成草酰乙酸为主

黑曲霉利用糖类发酵生成柠檬酸其生物合成途径是，葡 萄糖经EMP、HMP途径降解生成丙酮酸，丙酮酸一方面氧化 脱羧生成乙酰CoA，另一方面经CO2固定化反应生成草酰乙 酸，草酰乙酸与乙酰CoA缩合生成柠檬酸。 (1)生长期与产酸期都存在EMP与HMP途径，前者 EMP:HMP=2:1，后者EMP:HMP=4：1 (2)黑曲霉柠檬酸产生菌中存在TCA循环与乙醛酸循环，在 以糖质原料发酵时，当柠檬酸积累时，TCA和乙醛酸循环 被阻断或减弱。 (3)由于TCA和乙醛酸循环被阻断或减弱，草酰乙酸是由 丙酮酸（PYR）或磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化生成的。 即由两个CO2固定化反应体系，其中以丙酮酸羧化酶作用 下固定化CO2生成草酰乙酸为主

三、柠檬酸生物合成的代谢调节机制

三、柠檬酸生物合成的代谢调节机制

1、磷酸果糖激酶（PFK）： （一）糖酵解及丙酮酸代谢的调节 Mn2+浓度对磷酸果糖激酶的影响 Mn2+ 缺乏为何会使NH4 +浓度升高呢？ 当培养基中Mn2+缺乏时，微生物体内积累几种氨基酸 （GA、GLu、Arg、Oin等），这些氨基酸的积累，意味着 体内蛋白质的合成受阻，而外源蛋白质的分解速度则不受 到影响，这样NH4 +的消耗下降，NH4 +浓度就会升高

1、磷酸果糖激酶（PFK）： （一）糖酵解及丙酮酸代谢的调节 Mn2+浓度对磷酸果糖激酶的影响 Mn2+ 缺乏为何会使NH4 +浓度升高呢？ 当培养基中Mn2+缺乏时，微生物体内积累几种氨基酸 （GA、GLu、Arg、Oin等），这些氨基酸的积累，意味着 体内蛋白质的合成受阻，而外源蛋白质的分解速度则不受 到影响，这样NH4 +的消耗下降，NH4 +浓度就会升高