NGHIÊN CỨU VỀ CHỦNG SACCHAROMYCES TRONG LÊN MEN RƯỢU VANG

Để có thể sản xuất được những loại rượu vang ngon, có tác dụng tăng cường sức khỏe cho người sử dụng thì ta cần phải nghiên cứu rõ về các hệ vi sinh vật trong lên men rượu vang nói chung

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KTMT -* -* -* -* -* -

TIỂU LUẬN VI SINH VẬT

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VỀ CHỦNG SACCHAROMYCES

TRONG LÊN MEN RƯỢU VANG

GVHD: Nguyễn Thị Quỳnh Mai

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5

Nguyễn Hải Nam Nguyễn Phúc Hồng Đức Phan Thị Thùy Uyên

\

Mục lục

Lời mở đầu 4

I Giới thiệu về rượu vang 5

1 Lịch sử phát triển rượu vang 5

2 Khái niệm rượu vang 5

3 Phân loại rượu vang 5

II Giới thiệu về nấm men và chủng Saccharomyces 6

1 Tìm hiểu chung về nấm men 6

2 Đặc điểm của nấm men 6

3 Chủng Saccharomyces trong lên men rượu vang 8

3.1 Saccharomyces ellipsoideus 8

3.2 Saccharomyces cerevisiae 10

3.3 Saccharomyces oviformis (osterwolder) 11

III Ứng dụng của Saccharomyces ellipsoideus, Saccharomyces oviformis và Saccharomyces cerevisiae 13

1 Trong sản xuất rượu vang 13

Vai trò của Saccharomyces trong lên men rượu vang 14

2 Trong sản xuất bánh mì 14

IV Các nghiên cứu về nấm men vang chủng Saccharomyces 15

1.Chế vac-xin H5N1 cho gia cầm từ men bánh mì 15

2 Nghiên cứu về DNA của nấm men 15

3 Nghiên cứu về nấm men có khả năng đổi sang màu xanh huỳnh quang khi tiếp xúc với không khí có chứa phân tử thuốc nổ 16

V Kết luận và thu hoạch 17

1 Kết luận 17

2 Thu hoạch 18

Tài liệu tham khảo 19

Lời mở đầu

Như chúng ta đã biết, nấm men là một loại vi sinh vật được ứng dụng rất nhiều

trong sản xuất thực phẩm Và Saccharomyces là một chủng nấm men rất thông dụng

được dùng trong công nghệ lên men, đặc biệt là trong lên men rượu vang

Để có thể sản xuất được những loại rượu vang ngon, có tác dụng tăng cường sức khỏe cho người sử dụng thì ta cần phải nghiên cứu rõ về các hệ vi sinh vật trong lên men

rượu vang nói chung và chủng Saccharomyces nói riêng.

Tuy nhiên, ngành công nghiệp sản xuất rượu vang ở nước ta vẫn chưa thực sự đáp ứng thị hiếu của người tiêu dùng, qui mô sản xuất nhỏ theo phương pháp thủ công, chất lượng còn hạn chế Do vậy, việc nghiên cứu và nâng cao chất lượng sản phẩm là vấn đề cấp thiết để có thể phát triển ngành rượu vang của nước nhà, ngoài ra cần phải tìm hiểu thêm các ứng dụng, nghiên cứu xung quanh những vi sinh vật đó để có thể phát triển được hết tiềm năng của chúng Chính vì thế nên nhóm đã quyết định chọn đề tài “ Nghiên

cứu về chủng saccharomyces trong lên men rượu vang ” để tìm hiểu rõ thêm về chủng

saccharomyces, lấy đó làm kiến thức giúp ích cho chuyên ngành sau này.

I Giới thiệu về rượu vang

1 Lịch sử phát triển rượu vang

Rượu vang là một sản phẩm có từ lâu đời Các nhà sử học cho rằng rượu vang có

lẽ được khám phá một cách tình cờ ở vùng đất màu mỡ của Thổ Nhĩ Kỳ, khu vực nằm giữa sông Nile và Iran trong suốt thời kỳ nền văn minh đầu tiên của thế giới vào năm

3000 – 4000 trước Công Nguyên Loại trái đầu tiên được dùng để chế biến là từ các giống nho khác nhau (Vitis vinefera) Nho được vận chuyển qua vùng Địa Trung Hải bởi người Hy Lạp và người La Mã, sau đó lan rộng qua Châu Âu

Trên thế giới việc sản xuất rượu vang đã có từ rất lâu đời, nhưng mãi đến đầu thế

kỷ 19, ngành sản xuất rượu vang mới phát triển mạnh

Người Việt Nam mới làm quen với sản xuất rượu vang khoảng 100 năm nay, chủ yếu ở thành thị

2 Khái niệm rượu vang

Rượu vang là tên gọi loại rượu được sản xuất lâu đời từ nguyên liệu nho bằng phương pháp lên men tự nhiên nhờ hệ vi sinh vật sẵn có trên vỏ và thịt trái mà chủ yếu là

Saccharomyces oviformis và Sacchromyces ellipsoideus, mà không qua chưng cất, rượu

có độ cồn nhẹ từ 9 – 16°

3 Phân loại rượu vang

Có nhiều cách để phân loại rượu vang :

A Phân loại theo quá trình lên men:

+ Rượu vang tự nhiên

+ Rượu vang cao độ

B Phân loại theo màu :

+ Rượu vang trắng

+ Rượu vang hồng

+ Rượu vang đỏ

C Phân loại theo nơi sản xuất :

+ Theo vùng

+Theo quốc gia

II Giới thiệu về nấm men và chủng Saccharomyces

1 Tìm hiểu chung về nấm men:

- Nấm men là các loài nấm đơn bào, một số ít các loài thường được sử dụng để lên men bánh mì hay trong sản xuất các loại đồ uống chứa cồn, cũng như trong một số mẫu tế bào nhiên liệu đang thử nghiệm

- Phần lớn thuộc về ngành nấm túi (Ascomycota), một số loài chẳng hạn như

Candida albicans có thể gây ra nhiễm độc nấm ở người

- Loài nấm men còn được sử dụng phổ biến nhất là Saccharomyces nó được dùng

để sản xuất rượu vang, bánh mì và bia từ rất lâu đời

- Đóng một vai trò quan trọng trong hệ sinh thái, chúng phân hủy các vật chất hữu

cơ và không thể thiếu được trong chu trình chuyển hóa và trao đổi vật chất

- Nấm còn được dùng để sản xuất chất kháng sinh, hoocmon trong y học và nhiều loại enzym

2 Đặc điểm của nấm men:

2.1 Cấu tạo:

- Tế bào nấm men gồm có vỏ (hoặc thành), màng, tế bào chất, nhân, một hoặc 2 không bào và những giọt mỡ, hạt glycogen và votulin Trong tế bào chất có chứa riboxom nơi tổng hợp protein và ti thể (mitocondri) nơi xảy ra quá trình oxy hoá-khử, nơi cung cấp nguồn năng lượng cho tế bào

- Có loài nấm men có khuẩn ti hoặc ti giả Khuẩn ti giả chưa thành sợi rõ rệt mà chỉ nhiều tế bào nối với nhau thành chuỗi dài Có loài có thể tạo thành váng khi nuôi cấy trên môi trường dịch thể.Thành tế bào nấm men dầy khoảng 25nm (chiếm 25% khối lượng khô của tế bào) Đa số nấm men có thành tế bào cấu tạo bởi glucan và mannan Một số nấm men có thành tế bào chứa kitin và mannan Trong thành tế bào nấm men còn

có chứa khoảng 10% protein (tính theo khối lượng khô), trong số protein này có một phần là các enzim Trên thành tế bào còn thấy có cả một lượng nhỏ lipit

- Dưới lớp thành tế bào là lớp màng tế bào chất, lấy tế bào trần của nấm men rồi đưa vào trong một dung dịch có áp suất thẩm thấu thấp, li tâm để lấy ra màng tế bào chất, rửa và li tâm lại để thuần khiết màng, quan sát dưới kính hiển vi điện tử thấy nó có 3 tầng

kết cấu khác nhau.Cấu tạo chủ yếu là protein (chiếm 50% khối lượng khô), phần còn lại

là lipit (40%) và một ít polisaccarit

- Phần sterol trong màng tế bào chất nấm men khi được chiếu tia tử ngoại có thể chuyển hoá thành vitamin D2 lượng sterol trong tế bào của loài nấm men Saccharomyces fermentati có thể chiếm tới 22% khối lượng khô của tế bào Nhân của tế bào nấm men được bọc bởi một màng nhân như ở các sinh vật có nhân thật khác Màng nhân của nấm men có cấu trúc 2 lớp và có rất nhiều lỗ thủng Ti thể của nấm men cũng giống với các nấm sợi và các sinh vật có nhân khác AND của ti thể nấm men là một phân tử dạng vòng

có khối lượng phân tử là 50 x 106 Da (1Da = 1,67x10-24g) (gấp 5 lần so với ADN ti thể động vật bậc cao) ADN của ti thể nấm men chiếm 15 – 23% tổng lượng ADN của toàn

tế bào nấm men.Các tế bào nấm men khi già sẽ xuất hiện không bào

- Trong không bào có chứa các enzim thuỷ phân, poliphotphat, lipoit, ion kim loại, các sản phẩm trao đổi chất trung gian Ngoài tác dụng như một khu dự trữ, không bào còn có chức năng điều hoà áp suất thẩm thấu của tế bào Trong một số tế bào nấm men

(ví dụ ở loài Candida albicans) còn thấy các vi thể Đó là các thể hình cầu hay hình

trứng, đường kính 3µm, chỉ phủ một lớp màng dày khoảng 7nm Vi thể có vai trò nhất định trong quá trình oxi hoá metanol

- Ở 1 số nấm men vỏ tế bào có khả năng kết dính, vì vậy chúng có thể kết với nhau Quá trình này gọi là sự kết lắng và có 1 ý nghĩa lớn trong nghề nấu bia và làm rượu vang, vì các tế bào dính với nhau nhanh lắng xuống dưới làm cho dịch lên men trong sáng, men này gọi là men chìm Những nấm men không có khả năng kết lắng gọi là men

nổi Giống Torulopsis lại có khả năng dính nhầy rất mạnh làm cả khối dịch bị nhầy, gây

hỏng sản phẩm

2.2 Hình dáng :

- Tế bào nấm men có hình trứng (men bia), hình elip (men rượu vang), hình cầu

(Torulopsis), hình gậy (Candida).

2.3 Kích thước :

- Kích thước của tế bào nấm men vào khoảng 8 - 15 μm

2.4 Sinh sản:

- Nấm men có thể sinh sản bằng bào tử (từ 1 - 12, thường là 4 - 8 bào tử) Bào tử khi ra ngoài gặp điều kiện sẽ phát triển thành một tế bào nấm men mới Nấm men sinh sản chủ yếu bằng cách nẩy chồi Tế bào mẹ nảy sinh ra một chồi nhỏ rồi lớn dần lên và sẽ tách ra

- Quá trình này xảy ra khoảng 2 giờ ở 1 số giống nấm men, tế bào con không tách rời mà kết thành một chuỗi Đặc tính này có ở các nấm men tạo màng

- Trong thực tế hiện nay hay gặp giống Saccharomyces Giống này sinh sản bằng

nẩy chồi, khi gặp điều kiện không thuận lợi thì sinh bào tử Những loài quan trọng là

Saccharomyces cerevisiae - dùng trong sản xuất rượu, men bánh mỳ, Saccharomyces ellipsoideus - trong sản xuất rượu vang Saccharomyces carlsbergensis trong nghề làm

bia

3 Chủng Saccharomyces trong lên men rượu vang

Nhưng chúng ta đã biết Saccharomyces là một loại nấm men rất quan trọng trong lên men thực phẩm, đặc biệt Saccharomyces ellipsoideus và Saccharomyces oviformis.

3.1 Saccharomyces ellipsoideus

Hình 1 Saccharomyces ellipsoideus

Hansen đã nghiên cứu và phân lập được những loài nấm men rượu vang và nấm men bia Cơ sở để ông phân biệt chúng là sự khác biệt về hình dáng của tế bào Đặc trưng của nấm men vang là có hình elip hoặc elip kéo dài (từ đó mới có tên gọi là ellipsoid)

3.1.1 Về hình thái

- Nấm men vang phần lớn có dạng hình cầu, oval hoặc elip, phần ít hơn có dạng hình elip kéo dài Ở điều kiện thích hợp nấm men vang sinh sản bằng cách nảy chồi, ngoài ra chúng cũng có thể sinh sản bằng bào tử Khả năng sinh sản và hoạt lực enzym của nấm men phụ thuộc nhiều ở điều kiện nhiệt độ Thực nghiệm đã chứng minh rằng sau

khi gây cấy nấm men của loài Saccharomyces ellipsoideus trong môi trường tự nhiên

(nước quả), ta nhận thấy sự hình thành bào tử trong môi trường của dịch đường (từ malt)

có bổ sung gelatin Việc bảo quản nấm men trong phòng thí nghiệm dẫn đến chỗ mất khả năng hình thành bào tử của chúng, những nấm men như vậy sẽ phục hồi khả năng tạo bào

tử nếu ta đặc những tế bào trẻ trong môi trường dịch đường thích hợp

- Những nang bào tử thường có dạng hình cầu với kích thước từ 2-4 µ Chúng được hình thành không cần sự trùng dính, tức là đơn tính Sự trùng dính chỉ xảy ra sau khi các bào tử đã nảy chồi

3.1.2 Những nguồn dinh dưỡng

- Các nấm men của loài này có thể sử dụng cacbon của các gluxit mà số nguyên tử cacbon trong phân tử có thể chia hết cho 3 Trong môi trường lỏng những nấm men này

sẽ lên men, trong môi trường rắn chúng sẽ oxy hóa những gluxit sau: glucoza, fructoza, manoza, galactoza, sacaroza, maltoza và 1/3 rafinoza Nấm men sẽ sử dụng những gluxit trên đây bằng cách hình thành những enzym: glucozimaza, saccaroza, rafinaza,

galactozimaza và maltaza Những nấm men của Saccharomyces ellipsoideus không sử

dụng được những gluxit sau: các destrin, lactoza, inulin, klicoza và arabinoza

3.1.3 Đặc điểm sinh học

- Sự phân bố của các giống nấm men rượu vang này rất rộng rãi trong tự nhiên Ta thường gặp chúng trên các loại trài cây chín đặc biệt là trên những chùm nho chín

- Khi đã bắt đầu xảy ra quá trình lên men tự nhiên trong nước quả thì số lượng nấm men loại này sẽ vượt nhanh hơn so với những vi sinh vật dại khác, nhất là ở giai đoạn kích thích quá trình lên men Khả năng này của nấm men rượu vang nói lên rằng, chúng có thể thích nghi với điều kiện sản xuất rượu vang, trong điều kiện như vậy chúng

có khả năng chịu đựng tốt đối với những sản phẩm do trao đổi chất của những vi sinh vật dại kể cả những sản phẩm do hoạt động sống của bản thân chúng

- Đặc biệt, nấm men rượu vang có khả năng chịu đựng với cồn etylic rất cao

- Đối với những vi sinh vật dại gặp trong rượu vang thì chỉ có một số loài vi khuẩn lactic có thể sống và phát triển trong điều kiện 20% V etanol, và đây cũng chính là nguyên nhân gây hỏng một số loại rượu vang tráng miệng

- Môi trưởng tự nhiên mà nấm men vang thích nghi là là các loại nước trái cây, trong thành phần nước trái cây không có maltoza Tuy vậy, nấm men vang vẫn có thể lên men đường maltoza Khả năng đặc biệt này của nấm men vang được phát hiện quá muộn,

vì vậy chúng ít được sử dụng trong sản xuất các loại sản phẩm có etanol từ tinh bột

- Khả năng hình thành enzym ở nấm men vang không ổn định Trong môi trường không có maltaza chúng không tạo được enzym maltaza, chỉ có một vài nòi tạo được maltaza ổn định

- Nếu nấm men vang phát triển trong môi trường giàu các axit hữu cơ, chúng sẽ thích nghi để chịu đựng được axit tractic hàm lượng cao Khả năng đặc biệt này của nấm men vang giúp ta có thể giải thích được tại sao rơi vào dịch nước trái cây cùng một lúc nhưng sau đó chúng lại vượt hẳn những vi sinh vật khác

3.2 Saccharomyces cerevisiae

Hình 2 Saccharomyces cerevisiae Hình 3 Saccharomyces cerevisiae

3.2.1 Về hình thái

- Đa số các tế bào của loài này hình ovan, có kích thước 5-14µm

- Ở điều kiện thích hợp Saccharomyces cerevisiae sinh sản bằng cách nảy chồi,

ngoài ra chúng cũng có thể sinh sản bằng bào tử

- Nhân của tế bào men rượu Saccharomyces cerevisiae có chứa 17 đôi nhiễm sắc thể

- Saccharomyces cerevisiae là loại nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào và thuộc

loại nấm men nổi (ale): tế bào nấm men mẹ và con sau khi nảy chồi thường dính lại với nhau tạo thành chuỗi tế bào nấm men Hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc ovan

3.2.2 Những nguồn dinh dưỡng

- Trong môi trường lỏng Saccharomyces cerevisiae sẽ lên men, còn trong môi

trường rắn chúng có khả năng oxy các gluxit sau : glucoza, fructoza, manoza, galactoza, sacaroza, maltoza, 1/3 rafinaza Galactoza và fructoza là hai trong số những đường lên men tốt nhất

- Có thể sử dụng ammonia và ure như là nguồn Nitơ duy nhất, tuy nhiên loài này không thể sử dụng Nitrat như một nguồn dinh dưỡng, Saccharomyces cerevisiae còn có thể sử dụng hầu hết các amino acid

- Ngoài ra các ion phosphate, ion sulfate, các hợp chất hữu cơ lưu huỳnh, một số kim loại như Fe, Mg, Zn cũng rất cần thiết cho sự tăng trưởng của nấn men

3.2.3 Đặc điểm sinh học

- Đây là một loại nấm men rất thường dùng trong sản xuất bia, rượu, bánh mì…

- Như đã trình bày ở trên thì Saccharomyces cerevisiae thuộc loại nấm men nổi

nên loài này lên men mạnh nhưng vẫn không lên men được melibioza

- Quá trình trao đổi chất của Saccharomyces cerevisiae ( nấm men nổi) xảy ra

mạnh trong quá trình hô hấp, vì vậy sinh khối nấm men nổi thu được nhiều hơn nấm men chìm Nấm men chìm có nồng độ enzym thấp hơn nấm men nổi Khả năng tạo bào tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi

- Saccharomyces cerevisiae có khả năng kết lắng ( ở giai đoạn cuối lên men) :

Tính chất này có ý nghĩa rất quan trọng Chúng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, nhất là hàm lượng Nitơ hòa tan trong môi trường Tính kết lắng sẽ tùy thuộc vào pH của môi trường Rơi vào các điểm đẳng điện protein, tính kết lắng sẽ được thể hiện

3.3 Saccharomyces oviformis (osterwolder)

Hình 4 Saccharomyces oviformis

Giống này được phân lập từ dịch nho lên men tự nhiên ở Thụy Sỹ.

3.3.1 Về hình thái

Các giống này không có khác biệt gì lớn so với các giống của saccaromyces.

3.3.2 Những nguồn dinh dưỡng

- Trong môi trường lỏng, chúng lên men và trong môi trường rắn oxy hóa những

gluxit sau đây: glucoza, fructoza, manoza, sacaroza, 1/3 rafinoza và maltoza Các enzym

glucozimaza, invertaza và rafinaza được hình thành bền vững, còn maltaza không ổn định

- Loài nấm men này không sử dụng được galactoza, lactoza, imulin, kciloza và arabinoza Chúng có thể sử dụng bằng cách oxy hóa etanol, glyxerin nhưng không sử dụng được manit, dulsit, sorbit, đối với các axit hữu cơ có thể sử dụng axit axetic, axit lactic nhưng không dùng được axit malic, axit succinic và axit citric

3.3.3 Đặc điểm sinh học

- Những môi trường tự nhiên trong đó ta gặp S.oviformis đều thấy có sự phát triển của S.ellipsoideus Thông thường loại thứ nhất ta thấy ít hơn về số lượng so với loại hai,

do hiện tượng kháng nguyên giữa các vi sinh vật Kudriavzev đã chứng minh là nếu nuôi cấy hỗn hợp hai loài trên trong môi trường nước nho thì sau 2 ÷ 4 chu kỳ giống

S.ellipsoideus sẽ vượt hẳn giống kia Giống thuần khiết S.oviformis phát triển tốt trong

môi trường nước nho và có thể tạo được đến 18%V etanol Kudriavzev cho rằng nguồn

gốc của S.oviformis là S.chevalieri.

- Nhiều loài nấm men saccharomyces có đặc trưng là phát triển trên bề mặt của

môi trường lên men ( rượu vang, bia ) và có một số loài tạo một vòng váng chung quanh

về mặt, hoặc một số loài khác tạo cả một lớp váng trên bề mặt Phần lớn các loài này có khả năng tạo etanol từ 5 ÷ 10%V Và người ta đã chứng minh rằng những loại rượu vang

có váng này không bị hư hỏng như các loại rượu vang có váng do các giống candida

(mycoderma), pichia… hoặc vi khuẩn tạo màng trên bề mặt.