第三章微生物代謝2

微生物的代謝活動(dòng)與食品的加工和貯藏密切相關(guān):如果環(huán)境條件適宜，微生物就能在食品中大量生長(zhǎng)繁殖，造成食品腐敗變質(zhì)。利用有益菌的代謝活動(dòng)生產(chǎn)新的發(fā)酵食品、藥品和飼料等。第三章微生物的代謝第二節(jié)微生物的分解代謝一、多糖的分解多糖→雙糖→單糖→丙酮酸→有機(jī)酸、醇、醛→CO2和H2O淀粉是多數(shù)微生物都能利用的碳源，纖維素、半纖維素和幾丁質(zhì)只能被某些微生物利用。微生物對(duì)多糖的利用先分泌胞外酶將其水解，其水解產(chǎn)物按照不同的方式發(fā)酵或被徹底氧化。

(1)

-淀粉酶又稱液化型淀粉酶。

◆

-淀粉酶可從淀粉分子內(nèi)部任意水解

-1,4-糖苷鍵，但不能作用于淀粉分子的

-1,6-糖苷鍵以及靠近分枝點(diǎn)的

-1,4-糖苷鍵。

◆發(fā)酵工業(yè)中常用

枯草芽孢桿菌BF-7658生產(chǎn)中溫淀粉酶。

地衣芽孢桿菌生產(chǎn)耐高溫

-淀粉酶。一、多糖的分解1.淀粉的分解(2)

-淀粉酶

◆

-淀粉酶從淀粉分子的非還原端開(kāi)始，每次分解出一個(gè)麥芽糖分子，可將直鏈淀粉徹底水解成麥芽糖。

◆由于不能作用于

-1,6-糖苷鍵，分解支鏈淀粉時(shí)，產(chǎn)物為麥芽糖和

-極限糊精。

◆根霉和米曲霉等可產(chǎn)生大量的

-淀粉酶。

◆巨大芽孢桿菌、假單胞菌、多粘芽孢桿菌、某些放線菌也能產(chǎn)生此酶。(3)葡萄糖苷酶

◆葡萄糖苷酶從非還原端開(kāi)始，將

-1,4-結(jié)合的葡萄糖分子依次一個(gè)個(gè)切下，◆但不能水解

-1,6-糖苷鍵，遇到

-1,6-糖苷鍵就繞過(guò)去，繼續(xù)水解

-1,4-糖苷鍵，支鏈淀粉的水解產(chǎn)物除葡萄糖外，還有帶有

-1,6-糖苷鍵的寡糖?！艄I(yè)生產(chǎn)中常用根霉和曲霉生產(chǎn)葡萄糖苷酶。將淀粉水解為麥芽糖或葡萄糖的淀粉酶統(tǒng)稱為糖化酶。(4)異淀粉酶又稱淀粉-1,6-葡萄糖苷酶◆異淀粉酶專門(mén)水解

-1,6-糖苷鍵生成葡萄糖。故能水解由

-淀粉酶和

-淀粉酶的水解產(chǎn)物——極限糊精。

◆常用產(chǎn)氣腸桿菌10016生產(chǎn)異淀粉酶。

黑曲霉、米曲霉也可產(chǎn)生此酶。應(yīng)用

微生物的淀粉酶可用于紡織工業(yè)棉織物淀粉脫漿，代替酸水解法生產(chǎn)葡萄糖，制曲釀酒，用于食品中的糖化作用等。

微生物來(lái)源的淀粉酶制劑已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)1.淀粉的分解

天然纖維素→→水合非結(jié)晶纖維素→→葡萄糖+纖維二糖→→→葡萄糖2.纖維素的分解C1酶CX1、CX2酶纖維二糖酶

纖維素是葡萄糖通過(guò)

-1,4-糖苷鍵組成。

纖維素酶是一類纖維素水解酶的總稱，或稱纖維素酶的復(fù)合物。

根據(jù)其作用方式不同可分為三類：C1酶：作用于天然纖維素，變成水合非結(jié)晶纖維素。Cx酶：水解溶解的纖維素，不能作用于結(jié)晶的纖維素纖維二糖酶(

-葡萄糖苷酶)：水解纖維二糖、纖維三糖和短鏈的纖維寡糖，生成葡萄糖。

綠色木霉、康氏木霉和木素木霉，以及某些放線菌和細(xì)菌為生產(chǎn)纖維素酶的常用菌種。2.纖維素的分解3.半纖維素的分解半纖維素根據(jù)其結(jié)構(gòu)可概括為兩類：

①同聚糖：僅包含一種單糖，如木聚糖、半乳聚糖、甘露聚糖等；②異聚糖：包括兩種以上的單糖或糖醛酸，幾種不同的糖同時(shí)存在于一個(gè)半纖維素分子中。◆生產(chǎn)半纖維素酶的微生物主要有曲霉、根霉與木霉等屬?！舭肜w維素酶通常與纖維素酶、果膠酶混合使用可以改善植物性食品的質(zhì)量，提高淀粉質(zhì)原料的利用率、果汁飲料的澄清等。

果膠物質(zhì)主要是由D-半乳糖醛酸通過(guò)

-1,4-糖苷鍵連接而成的直鏈狀的高分子聚合物。果膠物質(zhì)包括果膠質(zhì)和果膠酸。

◆分解果膠質(zhì)的酶是多酶復(fù)合物，可分為果膠酯酶和聚半乳糖醛酸酶兩種。①果膠質(zhì)(不可溶性果膠)在原果膠酶作用下，轉(zhuǎn)化成水可溶性的果膠②再進(jìn)一步被果膠甲酯水解酶(果膠酯酶)催化去掉甲酯基團(tuán)，生成果膠酸③最后被聚半乳糖醛酸酶(果膠酸酶)水解，切斷

-1,4-糖苷鍵，生成半乳糖醛酸。◆常用細(xì)菌和真菌生產(chǎn)果膠酶，用于果汁澄清、橘子脫囊衣的加工處理。4.果膠物質(zhì)的分解4.果膠物質(zhì)的分解原果膠水可溶性的果膠

果膠酸

半乳糖醛酸→→→原果膠酶→→→→果膠甲酯水解酶→→→→聚半乳糖醛酸酶◆幾丁質(zhì)是由N-乙酰葡萄糖胺通過(guò)

-1,4糖苷鍵聚合而成的含氮多糖類物質(zhì)。

◆它是真菌細(xì)胞壁、昆蟲(chóng)體壁和節(jié)肢動(dòng)物甲殼的主要成分，不能被一般生物分解與利用。

◆只有某些細(xì)菌，如溶幾丁質(zhì)芽孢桿菌；某些放線菌，如鏈霉菌能分泌幾丁質(zhì)酶?！魩锥≠|(zhì)酶使幾丁質(zhì)水解生成幾丁二糖，再通過(guò)幾丁二糖酶進(jìn)一步水解生成N-乙酰葡萄糖胺。后者進(jìn)一步分解，生成葡萄糖和氨。5.幾丁質(zhì)的分解5.幾丁質(zhì)的分解幾丁質(zhì)幾丁二糖

N-乙酰葡萄糖胺

葡萄糖和氨→→→幾丁質(zhì)酶→→→→幾丁二糖酶→→→→聚半乳糖醛酸酶二、含氮有機(jī)化合物的分解1.蛋白質(zhì)的分解腐化：蛋白質(zhì)在有氧環(huán)境下被微生物分解的過(guò)程這時(shí)蛋白質(zhì)可被完全氧化，生成CO2、H2、NH3、CH4等。腐?。旱鞍踪|(zhì)在厭氧的環(huán)境中被微生物分解的過(guò)程此時(shí)蛋白質(zhì)分解不完全，分解產(chǎn)物多為氨基酸、有機(jī)酸等。

蛋白質(zhì)的降解分二步完成：

①蛋白質(zhì)在胞外蛋白酶作用下水解生成短肽；②短肽在肽酶作用下進(jìn)一步分解成氨基酸。

肽酶是一種胞內(nèi)酶，在細(xì)胞自溶后釋放到環(huán)境中。根據(jù)肽酶作用部位不同分為兩種：

氨肽酶：作用于有游離氨基端的肽鍵。

羧肽酶：作用于有游離羧基端的肽鍵。

◆一般真菌分解天然蛋白質(zhì)能力強(qiáng)

◆多數(shù)細(xì)菌不能分解天然蛋白質(zhì)，只能分解變性蛋白以及蛋白質(zhì)的降解產(chǎn)物。

微生物分解蛋白質(zhì)的能力是微生物分類依據(jù)之一。

例如，乳酸桿菌、大腸桿菌等不能水解蛋白質(zhì)，但可以利用蛋白胨、肽和氨基酸等。1.蛋白質(zhì)的分解1.蛋白質(zhì)的分解蛋白質(zhì)短肽→→→蛋白酶→→→→氨基酸肽酶→→→→有機(jī)酸、吲哚、胺、H2S、NH3、CH4、H2、CO2胞外酶細(xì)胞內(nèi)

產(chǎn)生蛋白酶的微生物種類很多。例如：◆好氧菌：枯草芽孢桿菌、馬鈴薯芽孢桿菌、假單胞菌等?！艏嫘詤捬蹙喝缱冃螚U菌屬◆厭氧菌：如梭狀芽孢桿菌屬等?！舴啪€菌：如鏈霉菌?！粽婢喝缜箤?、毛霉屬等。

在食品工業(yè)中，傳統(tǒng)的醬制品，如醬油、豆豉、腐乳等的制作也都利用了微生物對(duì)蛋白質(zhì)的分解作用。近代工業(yè)已能利用枯草芽孢桿菌、棲土曲霉、費(fèi)氏放線菌等微生物生產(chǎn)蛋白酶制劑。1.蛋白質(zhì)的分解氨基酸的分解產(chǎn)物對(duì)許多發(fā)酵食品，如醬油、干酪、發(fā)酵香腸等的揮發(fā)性風(fēng)味組分有重要影響

微生物對(duì)氨基酸的分解方式主要有：

脫氨作用脫羧作用2.氨基酸的分解

有機(jī)氮化合物經(jīng)微生物作用產(chǎn)生氨的過(guò)程稱氨化作用。脫氨作用方式主要有5種：

氧化脫氨還原脫氨氧化-還原脫氨(Stickland反應(yīng))水解脫氨直接分解脫氨(1)脫氨作用◆在有氧條件下，氨基酸在氨基酸氧化酶的作用下，脫氨生成

-酮酸和氨?！羲呛醚蹙M(jìn)行脫氨的一種方式。CH3CHNH2COOH+1/2

O2→→CH3COCOOH+NH3

丙氨酸甘氨酸

①氧化脫氨氨基酸氧化酶②還原脫氨◆在無(wú)氧條件下，氨基酸在氨基酸脫氫酶作用下以還原方式脫氨生成飽和脂肪酸和氨?！羲菍Ｐ詤捬蹙图嫘詤捬蹙摪钡囊环N方式。CH3CHNH2COOH+2H→→CH3COCOOH+NH3丙氨酸丙酸氨基酸脫氫酶◆在Stickland反應(yīng)中，一種氨基酸作為氫供體氧化脫氨，另一種氨基酸作為氫受體還原脫氨，生成相應(yīng)的有機(jī)酸、

-酮酸和氨。◆這是氧化脫氨與還原脫氨相偶聯(lián)的特殊發(fā)酵。丙氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸等為氫供體。甘氨酸、羥脯氨酸、脯氨酸和鳥(niǎo)氨酸等為氫受體。例如：CH3CHNH2COOH+2

CH2NH2COOH→3CH3COOH+3NH3+CO2

丙氨酸甘氨酸乙酸

(氫供體)(氫受體)③氧化-還原脫氨(Stickland反應(yīng))

◆在厭氧條件下，氨基酸在水解酶作用下水解脫氨生成羥酸與氨。CH3CHNH2COOH+H2

O→→CH3CHOCOOH+NH3丙氨酸乳酸④水解脫氨水解酶◆水解脫氨的同時(shí)又脫羧。CH3CHNH2COOH+H2

O→→CH3CH2OH+NH3+CO2丙氨酸乙醇④水解脫氨⑤分解脫氨◆氨基酸在直接脫氨的同時(shí)，其雙鍵在α，β碳原子上減飽和，生成不飽和酸和氨。

COOH-CH2-CHNH2-COOH---------→COOH-CH═CH-COOH+NH3L-天門(mén)冬氨酸延胡索酸L-天門(mén)冬氨酸裂解酶◆大腸桿菌、變形桿菌等細(xì)菌含有色氨酸水解酶，能使色氨酸水解脫氨基生成吲哚(靛基質(zhì))、丙酮酸和氨。

當(dāng)吲哚與對(duì)二甲基氨基苯甲醛試劑反應(yīng)，生成紅色的玫瑰吲哚，為吲哚試驗(yàn)反應(yīng)陽(yáng)性?！艨筛鶕?jù)細(xì)菌能否分解色氨酸產(chǎn)生吲哚來(lái)鑒定菌種。

◆沙門(mén)氏菌、變形桿菌、枯草桿菌等細(xì)菌可以水解胱氨酸、半胱氨酸生成丙酮酸、NH3和H2S。

如果預(yù)先在含有蛋白胨的細(xì)菌培養(yǎng)基內(nèi)加入醋酸鉛或硫酸亞鐵，接菌培養(yǎng)后若出現(xiàn)黑色硫化鐵或硫化鉛沉淀，為硫化氫反應(yīng)陽(yáng)性?！鬑2S的產(chǎn)生常作為細(xì)菌分類鑒定的一項(xiàng)指標(biāo)。吲哚試驗(yàn)和硫化氫反應(yīng)試驗(yàn)

許多腐敗細(xì)菌和真菌細(xì)胞內(nèi)具有氨基酸脫羧酶。R-CHNH2-COOH→→→→R-CH2-NH2+CO2

氨基酸胺類

二元胺對(duì)人體有毒，是食物中毒的原因之一。例如，鳥(niǎo)氨酸脫羧生成腐胺賴氨酸脫羧生成尸胺這些胺稱為肉毒胺。肉類蛋白質(zhì)腐敗后常生成二元胺，故不宜食用。(2)脫羧作用氨基酸脫羧酶◆核酸分解代謝的第一步是水解連接核苷酸之間的磷酸二酯鍵，生成低級(jí)多核苷酸或單核苷酸?！糇饔糜诤怂岬牧姿岫ユI的酶，稱為核酸酶?！羲夂颂呛怂岬拿阜Q核糖核酸酶(RNase)◆水解脫氧核糖核酸的酶稱脫氧核糖核酸酶(DNase)

核苷酸+H2O-------→核苷+H3PO4

核苷+H2O-------→核糖+堿基核苷+H3PO4-------→1-磷酸核糖+堿基3.核酸的分解核苷酸酶核苷酶核苷磷酸解酶◆脂肪類物質(zhì)一般不被微生物利用?！粼谌鄙倨渌荚磁c能源物質(zhì)時(shí)，微生物能分解與利用脂肪進(jìn)行生長(zhǎng)。

◆由于脂肪是不能進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)貯藏的脂肪也不可直接進(jìn)入糖的降解途徑，均要在脂肪酶的作用下進(jìn)行水解。三、脂肪和脂肪酸的分解脂肪酶廣泛存在于細(xì)菌、放線菌和真菌中例如，熒光假單胞菌、粘質(zhì)沙雷氏菌、分枝桿菌、小放線菌，曲霉、青霉、白地霉、假絲酵母等都能分解脂肪和高級(jí)脂肪酸。

一般真菌產(chǎn)生脂肪酶能力較強(qiáng)，而細(xì)菌產(chǎn)生脂肪酶的能力較弱。脂肪酶目前主要用于油脂工業(yè)、食品工業(yè)和紡織工業(yè)中，常被用作消化劑并用于乳品增香、制造脂肪酸、絹絲的脫脂等。1.脂肪的分解1、脂肪------→甘油+脂肪酸

β氧化2、脂肪酸---→乙酰輔酶A--→CO2+H2O3、甘油--→α磷酸甘油--→磷酸二羥丙酮---→EMP途徑進(jìn)一步氧化

脂肪酶甘油酶α磷酸甘油脫氫

TCA循環(huán)多數(shù)細(xì)菌對(duì)脂肪酸的分解能力很弱。但是，脂肪酸分解酶系誘導(dǎo)酶，在有誘導(dǎo)物存在情況下，細(xì)菌也能分泌脂肪酸分解酶，而使脂肪酸分解氧化。2.脂肪酸的分解第四節(jié)微生物代謝的調(diào)節(jié)酶在微生物生命活動(dòng)中的作用◆在基質(zhì)中，酶可將大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解成小分子物質(zhì)，而后進(jìn)入細(xì)胞，又在酶的作用下被微生物分解利用。同時(shí)，微生物利用在分解過(guò)程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物和能量，合成細(xì)胞物質(zhì)，滿足生長(zhǎng)繁殖的需要。◆微生物細(xì)胞還可通過(guò)改變酶的種類、數(shù)量、活性來(lái)控制和調(diào)節(jié)代謝活動(dòng)，