Nấm men dùng cho sản xuất bia thường là các chủng thuộc giống Saccharomyces.Đó là các nòi thuần chủng được tách hay phân lập từ 1 tế bào.Giống men bia thuần chủng được nhà bác học Đan Mạch là HanSen sử dụng vào sản xuất công nghiệp từ cuối thế kỉ XIX.Ông đã phân lập men bia dạng phức tạp ở nhà máy bia Copenhagen ra những tế bào riêng biệt,kết quả là HanSen đã chọn được ra 2 giống thuần chủng kí hiệu là N01 và N02.Từ 2 giống này được chọn theo các chủng (nòi) rất đa dạng của men bia dùng tới ngày nay.
Trang 1VI NẤM SACCHAROMYCES (CHÚ Ý ỨNG DỤNG LÊN MEN BIA)
1/Tổng quan sơ lược về vi nấm saccharomyces ( 1 slide mở đầu + hình
ảnh về loại nấm này)
Nấm men dùng cho sản xuất bia thường là các chủng thuộc giống
Saccharomyces.Đó là các nòi thuần chủng được tách hay phân lập từ 1 tế bào.
Giống men bia thuần chủng được nhà bác học Đan Mạch là HanSen sử dụng vào sản xuất công nghiệp từ cuối thế kỉ XIX.Ông đã phân lập men bia dạng phức tạp ở nhà máy bia Copenhagen ra những tế bào riêng biệt,kết quả là HanSen đã chọn được ra 2
giống thuần chủng kí hiệu là N 0 1 và N 0 2.Từ 2 giống này được chọn theo các chủng (nòi)
rất đa dạng của men bia dùng tới ngày nay
2.phân loại học: http://vi.wikipedia.org/wiki/Saccharomyces (sẽ kiểm chứng lại,
mô phỏng thôi)
Giới:
Ngành:
Lớp:
Bộ:
Họ:
Chi:
Loài:
3 Đặc điểm sinh học :
3a hình thái: (hình dáng và kích thước của tế bào, của khuẩn lạc) + hình ảnh
Nấm men có nhiều hình dạng khác nhau: hình cầu, hình trứng hoặc ovan.nếu môi
trường nuôi cấy nấm men không đủ
Trang 2Hình 1: Tế bào nấm men bia
chất dinh dưỡng và thông khí quá mạnh thì tế bào nấm men thường bị kéo dài ra
Kích thước tế bào nấm men cũng rất khác nhau,điều đó phụ thuộc vào các chủng nấm men và điều kiện nuôi cấy,thường là (2,5-4,5 µ m) x (10,5-20 µ m), thể tích tế bào chiếm khoảng từ 50-500 µ m3
Sự khác nhau về hình dáng cho phép phâm biệt và phân loại nấm men.Tỷ lệ giữa bề mặt bên ngoài và thể tích của nó sẽ ảnh hưởng đến vận tốc khuếch tán các chất dinh dưỡng vào trong tế bào và các sản phẩm trao đổi.Tỷ lệ này càng lớn thì độ hoạt động sống của tế bào càng mạnh
Môi trường sống cũng có ảnh hưởng rất lớn đến hình dáng và kích thước tế bào.Vì vậy, khi xác định giống,loài,cũng như hình dáng và kích thước nấm men người ta phải nuôi cấy trên môi trường ổn định,ở nhiệt độ từ 28-300
C.Ngoài ra, kích thước nấm men còn phụ thuộc vào tuổi hay thời kỳ phát triển của tế bào, càng trẻ tế bào có kích thước càng
bé so với các tế bào thế hệ trên
3b.cấu tạo tế bào: (mấy cái ni kèm hình ảnh + lấy ý chính ngắn gọn, mỗi
gạch đầu dòng tầm cỡ 2-3 câu)
_ thành phần hóa học:
Tế bào nấm men chứa 80% nước, nguyên tố: C, H, O, N, P và các chất khoáng Ngoài ra còn có các hợp chất cao phân tử: protein (40-45%), carbonhydrate (30-35%), acid nucleic (6-8%), lipit (4-5%).
_thành tế bào
Thành tế bào bao bọc xung quanh tế bào,có độ bền chắc cao, chiều dày 150-250
nm Trên thành tế bào có những lỗ nhỏ li ti với đường kính khoảng 3,6 nm để nước, đường, các chất dinh dưỡng cần thiết cho tế bào có thể đi qua được, thành tế bào chiếm khoảng 25% trọng lượng khô tế bào
Trang 3Nhiệm vụ của thành tế bào là bảo vệ tế bào trước các tác động bên ngoài,khống chế các quá trình trao đổi chất và áp suất thẩm thấu ở trong và ngoài tế bào.Chính thành tế bào quyết định hình dáng tế bào.tế bào trẻ thì độ đàn hồi cao, mỏng, trong suốt, càng phát triển thì càng dày lên,khi tế bào già, vỏ có độ đàn hồi kém, dòn,dễ
vỡ.Thành tế bào quyết định sự tương tác giữa tế bào với môi trường bên ngoài
Thành tế bào còn có vai trò quan trọng trong việc xác định nấm men nổi trên bề mặt(lên men nổi), hay chìm xuống dưới(lên men chìm)trong qua trình lên men dịch đường.Thành tế bào của nấm men lên men nổi kỵ nước hơn của tế bào lên men chìm
_không gian chu chất
Đây là khoảng không gian giữa thành tế bào và màng nguyên sinh chất.Mặc dù dó không phải là 1 cơ quan cụ thể,nhưng mọi chất dinh dưỡng đi vào hay các sản phẩm trao đổi chất đi ra khỏi tế bào đều phải đi qua.Ở đây chứa một số enzyme như invertaza photphataza, melibiaza và nhiều protein khác.Các enzyme ở đây được sử dụng để thủy phân các chất dinh dưỡng không đồng hóa được tạo ra lợi thế cạch tranh với các sinh vật tiết ra các enzyme ngoại bào.Hàm lượng protein trong khoảng không này đủ để tạo nên chất lưu dạng gel.Như vậy khoảng không cũng có chức năng làm lớp bảo vệ giữa thành tế bào và màng nguyên sinh chất.[4]
_màng nguyên sinh chất
Màng nguyên sinh chất bao quanh tế bào chất và là lớp rào cản bên trong giữa thành tế bào và khoảng không gian chu chất.Màng tế bào chất của nấm men tương tự của các tế bào nhân chuẩn eukaryote khác.Thành phần chính là các lipit và các protein,
có nhiều loại protein khác nhau, nhưng chức năng chính không phải tạo cấu trúc.Chúng
Trang 4gồm các enzyme thực hiện các quá trình tổng hợp trên thành tế bào, các qua trình này xúc tác cho các chất dinh dưỡng thấm qua thành tế bào.Các chất béo trong màng chủ yếu là photpholipit, photphattidyionsitol, photphattidylserin…ngoài ra còn một lượng nhỏ các sterol mà hầu hết ở dạng egosterol
Theo Singer và Nicholson ,1972, mô tả màng nguyên sinh chất gồm 2 lớp photpholipit,trong đó có các nhóm kị nước và hướng đối diện nhau,còn nhóm ưa nước hướng ra ngoài môi trường
Chức năng chính của màng nguyên sinh chất là điều chỉnh sự thấm qua màng tế bào của các chất dinh dưỡng.Màng có tính chất thẩm thấu chon lọc, chỉ cho những chất cần thiết và có lợi cho tế bào, đồng thời thải ra ngoài những chất cặn bã Nó là một khuôn cấu trúc cho phép sinh ra các gradein proton và các ion cần thiết cho việc sinh năng lượng của rất nhiều phản ứng hấp thụ.Một chức năng quan trong khác là phát hiện
và phản ứng với các chất kích thích bên ngoài, các chất nhận thông tin từ tế bào năm ở những vị trí phù hợp trên màng tế bào chất.Màng tế bào chất còn chứa những vùng chứa các enzyme liên quan đến các chu trình tổng hợp khác nhau của tế bào,phân bố các vùng này phù hợp với cấu trúc không gian và chức năng.[3],[4],[6]
_tế bào chất
Là phần của tế bào được bao quanh bởi màng tế bào mà không phải là các cơ quan
tế bào được bao bọc bởi màng khác.Nó là một dung dịch keo có chứa vô số sản phẩm trao đỏi chất.Các enzyme của một số chu trình trao đổi chất chính phân bố lẫn trong số các tế bào chất,các enzyme thủy phân glycogen được cho là ở dạng hòa tan bởi trong dịch chiết tế bào,người ta đã nhân thấy có các enzyme này sau khi li tâm loại bỏ các chất màng.Thực tế nhiều enzyme không phân tán một cách ngẫu nhiên trong khắp tế bào
Trang 5chất,mà chúng sắp xếp theo cấu hình không gian trợ giúp cho hoạt động có trình tự,có khả năng nới lỏng các liên kết với màng bên trong tế bào.[4],[3]
_nhân
Nhân chứa rất nhiều các vật liệu gen của tế bào Nó có dạng hình cầu,ovan,đường kính 1-2 µ m và được bao bọc bởi một màng kép,trên bề mặt của màng nhân có một số lỗ.Trong nhân có chứa AND,ARN nucleoprotit và các gen, đó là nhân tố quan trọng trong quá trình sinh sản di truyền cho thế hệ sau.Ở tế bào trẻ, nhân to, tròn, càng già càng teo đi.Trong thời gian sinh sản nhân thường nằm giữa chồi và không bào
Ngoài các thành phần chính như đã giới thiệu ở trên thì nấm men còn có các thành phần sau:ty lap thể, không bào,hạt volutin, riboxom, lipit và các gluxit dự trữ.[4]
(các phần dưới ni nhìn hình nói thôi, ko chiếu slide)
_ty thể, lạp thể
Cấu tạo đa hình (dạng sợi, dạng hạt, phân nhánh)
Chức năng chính: thực hiện các quá trình lien quan tới cung cấp năng lượng và tổng hợp các chất cần thiết cho tế bào
_không bào
Dạng hình tròn được bao bọc bởi một lớp màng rất mỏng, chưa các dịch bào.
Thành phần: các chất điện phân trong nước Na+, Ca2+, Cl-,… ngoài ra còn có các hạt volutin, protit, hạt mỡ, carbon dạng keo và các enzyme.
Chức năng: xảy ra các quá trình oxy hóa khử rất mạnh, các quá trình thủy phân nhờ enzyme
Trang 6Thành phần: hàm lượng ARN cao + protein
Vai trò: tập hợp các protein và protit
Ngoài ra còn_hạt volutine, lipit, gluxit dự trữ…
3c hình thức sinh sản và các chu kì sống
-sinh sản vô tính:
+ nảy chồi:có ở tất cả các chi nấm men
Nảy chồi là phương pháp phổ biến nhất ở nấm men Các tế bào đã thực hiện nhiều quá trình sinh sản nảy chồi sẽ có vết sẹo tròn trên thành tế bào, đó chính là nơi tế bào tách
ra khỏi tế bào mẹ.Mỗi khu vực trên thành tế bào chỉ tạo được duy nhất 1 chồi non.Mỗi khi có tế bào con mới được hình tách ra thì 1 sẹo chồi mới được hình thành trên tế bào
mẹ và đó sẽ là vị trí nảy chồi sau này.Chồi không phải nảy lên từ 1 vị trí bất kì trên thành
tế bào mà ở những vị trí đặc biệt
-Sinh sản hữu tính:bằng bào tử túi ở các chi Saccharomyces, ZygoSaccharomyces
và nhiều chi nấm men Endomycetales
Nhìn hình 2.20trang 31 giáo trình để trình bày sinh sản bằng bào tử
4 ứng dụng lên men bia:
4a.Sơ đồ tổng quan về sản xuất bia và cơ chế lên men bia + enzym: (đặc biệt là
quá trình kết bông của nấm men) Mặc dù con người đã biết sử dụng các kĩ thuật lên men từ thời tiền sử, nhưng phải đến tận năm 1841, Mitcherlich mới khám phá ra vai trò rất quan trọng của nấm men trong quá trình này.Tiếp đó là sự ra đời của những nghiên cứu có tính chất cơ bản như Pasteur và Buchner đã khẳng định vai trò chính của nấm men trong quá trình lên men dịch nước mạch nha.Bên cạch đó,cũng cho thấy rượu etylic và khí CO2 là hai sản phẩm chính của sự chuyển hóa các hợp chất cacbon nhờ hoạt động của hệ enzyme zymaza trong quá trình lên men đường
Trang 7Để trong word chiếu kèm slide
4b: Phân loại nấm men: 2 loại
_nấm men nổi
_nấm men chìm
1.1 Nấm men nổi:Saccharomyces cerevisiae
Tế bào nấm men mẹ và con sau này nảy chồi thường dính lại với nhau tạo thành như chuỗi các tế bào nấm men hình dạng,chủ yếu là hình cầu hoặc ovan với kích thước
là 7-10 µm
Hình 4 Hình dạng tế bào nấm men nổi
Trang 81.2 Nấm men chìm: Saccharomyces carlsbergensis
Hầu hết các tế bào của nấm men chìm khi quan sát thì thấy hình dạng chủ yếu là hình cầu,thường đứng cặp đôi hoặc riêng lẻ
Hình 5 Hình dạng tế bào nấm men chìm
Trang 92 Đặc tính sinh lý:
Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên men các loại đường trisaccarit ví dụ raffnoza.Trong nấm men chìm có enzyme có thể sử dụng hoàn toàn đường raffinoza trong hki đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường saccaroza
Ngoài ra chúng còn khác nhau về khả năng hô hấp,khả năng trao đổi chất khi lên men và khả năng hình thành bào tử.Quá trình trao đổi chất của nấm men chìm chủ yếu xảy ra trong quá trình lên men,còn của nấm men nổi xảy ra mạnh trong qua trình hô hấp,vì vậy sinh khối nấm men nổi thu được nhiều hơn nấm men chìm.Nấm men chìm có nồng độ enzyme thấp hơn nấm men nổi.Khả năng tạo bào tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi.[1],[4],[17],[12]
3 Sự khác nhau về quá trình lên men của hai loại nấm men:
Nấm men nổi thường nổi trên bề mặt dịch trong và cuối qua trình lên men chính,trong khi đó nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính Nấm men chìm được chia ra hai loại tùy thuộc vào khả năng kết lắng của nó đó là nấm men bụi và nấm men kết bông.Nấm men bụi là nấm men phân ly mịn trong dịch lên men
và lắng từ từ khi kết thúc lên men chính.Nấm men kết bông là loại nấm men có thể kết dính với nhau trong thời gian ngắn khi kết thúc lên men chính và tạo thành khối kết bông lớn nên lắng nhanh xuống đáy thiết bị
Giữa hai dạng này có những đặc điểm khác nhau trong lên men chính và lên men phụ.Nấm men dạng bông lên men nhanh hơn nhưng không sâu xa,chúng tập trung lai với nhau khi lên men được khoảng 2/3 chất khô có trong môi trường,do vậy quá trình lên men phụ của dạng này cũng chậm hơn và kéo dài hơn.Nấm men dạng bụi lên men chậm hơn nhưng sâu hơn và quá trình lên men phụ kết thúc sớm hơn.Tính liên kết ở dạng kết bông có sinh khối thấy rõ nhất là PH= 4-4,4.Khi tăng độ axid của môi trường
Trang 10nấm men sẽ chuyển sang dang bụi.Khả năng kết lắng không phải là tính chất cố định của giống nấm men:Giông thuần khiết ở dạng bông trong thời gian bảo quản có thể dần dần xuất hiện các thể dạng bụi ngày càng tăng lên, làm giảm tính kết lắng
Nhiệt độ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau.nấm men chìm có thể lên men ở
4 - 120
C , nấm men nổi là 14 - 250
C.Trong những năm vừa qua, nhiều khái niệm về các giống khác nhau đã được sử dụng để phân loại nấm men một cách có hệ thống.Mặc dù thu được những tiến bộ đáng kể, đặc biệt là có sự trợ giúp của sinh học phân tử nhưng phải lâu nữa mới có thể đạt được một hệ thống phân loại hoàn thiện
Tại các trung tâm lưu giữ nấm men, người ta quan tâm nhiều đến cấp độ chủng
và đã có ít nhất 1000 chủng nấm men khac nhau thuộc loài S.cerevisiae đã được xác định.Tuy nhiên,hiện nay,nấm men bia có hai loài chính đó là nấm men nổi S.cerevisiae
và nấm men chìm S.carlsbergensis ngoài các đặc điểm nêu trên giữa chúng có nhiều đặc điểm sinh hóa khác nhau dựa vào năng lực lên men đường disacarit melibioza của chúng.Ở loài S.carlsbergensis có chứa các MEL.Các gen này tạo ra enzyme ngoại bào là melibiaza có khả năng chuyển hóa đường melibioza,trong khi đó S.cerevisiae không
chứa MEL do đó không chuyển hóa được đường melibioza.Chúng ta có thể dựa vào nhiệt độ phát triển để phân biệt sự khác nhau rõ rệt giữa chúng do nấm men nổi có thể phát triển ở 370
C,còn nấm men chìm lại không có khả năng đó
Raffinoza: Galactoza Glucaoza + Fructoza
Melibioza Invertaz
S.cerevisiae ( không có enzyme melibioza )
Trang 11Raffinoza: Galactoza Glucaoza - Fructoza
Theo công nghệ sản xuất bia truyền thống,nấm men chìm thường lên men ở 7- 9 0
C.Khi kết thúc quá trình lên men chúng kết lắng xuống đáy thiết bị.Còn lên men nổi thực hiện
ở điều kiện nhiệt độ từ 18-220
C,cuối qua trình lên men các tế bào nấm men kết thành chùm và bị hấp thụ vào các bọt khí CO2 rồi nổi lên trên bề mặt dịch lên men.Như vậy,đối với sản xuất bia bằng phương pháp lên men nổi,nấm men được tách ra khỏi bia bằng cách hớt bọt,còn ở men chìm thì xả cặn ở dưới đăý thiết bị lên men.[1],[3],[4],[5],[15]
(Trình bày về đặc tính hình thái,sinh lí,rồi so sánh sơ lược 2 loại
4c Các chủng nấm men dại gây hại cho quá trình lên men bia
Nấm men dại là một loại nấm men khác với nấm men bia, chúng được tìm thấy trong quá trình sản xuất bia
2 Phân loại:
Người ta chia nấm men dại thành hai nhóm chính: những loại thuộc chủng khác với nấm
mem bia và những loài thuộc Saccharomyces. Hầu hết các nấm men dại đều không kết lắng tốt cũng như không tương tác với chất lắng, do đó chúng nhanh xâm nhập vào bia trong quá trình tàng trữ Chúng chịu acid và thích nghi tốt với nhiều hoàn cảnh để sống sót trong điều kiện yếm khí Quá trình sinh trưởng của chúng làm đục bia, có mùi lạ
trong bia Nhiều chủng nấm men dại không phải Saccharomyces tạo ra mùi este ( mùi chuối, táo úng ) Các chủng Saccharomyces dại cũng có thể làm hỏng bia theo cách này
nhưng cũng có thể tạo ra mùi khói, mùi bùn hoặc phenol
2.1Chủng nấm men dại thuộc Saccharomyces.
Trang 12Là những nấm men dại có hình dạng khác với nấm men bia, có thể hình kéo dài hoặc hình quả chanh Chúng có thể sinh sản khác kiểu so với nấm men bia:chỉ nảy chồi ở các đỉnh tế bào hoặc có thể sinh sản bằng cách phân đôi Nấm men dại thường tạp bào
tử với những hình dạng đặc trưng ( hình mũi, hình quả thận ).Cấy chuyền nấm men vào môi trường đặc hiệu kích thích tạo bào tử để tạo ra nhiều bào tử nấm men nhưng
sự có mặt của nấm men dại thấy rõ nhiều hơn
Các chủng nấm men thuộc loài này và nấm men bia thường giống nhau nên rất khó
phân biệt và có thể gây hư hỏng bia như chủng S.ellipsoideus và S.diastaticus mà đặc biệt có 2 loại S.pasteurianus dễ lẫn với men nhân giống, có hình tròn, hình ovan dài, dễ
tạo thành bào tử sau 24 – 48giờ Bị nhiễm giống này từ không khí, bia có mùi lạ và vị đắng, bia bị vẩn đục và khó sáng màu
Loại thứ 2 là S.turbidans có hình ovan ( 2,5 – 6 µm ) tạo bào tử sau 24 – 48 giờ Bị nhiễm
giống này từ không khí, làm thay đổi vị bia và bia bị đục mạnh
Một số loài khác như S.cerevisiae var.cratericus, S.willianus và Hanseniaspora apiculata
làm hỏng bia nhanh Chúng tạo thành cặn và gây cho bia có vị khó chịu.[1,[4]
2.2Chủng nấm men dại không thuộc Saccharomyces.
Các chủng nấm men dại này có thể sử sụng acid amin như lyzin làm nguồn nito trong quá trình sinh trưởng Vì vậy môi trường lyzin là môi trường cơ bản để phát hiện ra một
vài chủng phi Saccharomyces, bổ sung thêm chlortetraxyclin có thể ức chế sự phát triển
của một số loại vi khuẩn có trong đó
Nấm men đại diện cho chủng này là Candida mycoderma, là loại nấm men gây hại hơn
hết Chúng phát triển trên bề mặt dịch lên men và bia khi không đủ không khí và tạo thành màng Các men này không lên men rượu mà lại oxy hóa rượu và acid hữu cơ thành khí cacbonnic và nước Chúng làm đục bia và làm cho bia có mùi hắc, khó chịu
