Bài giảng vi sinh vật học trong công nghiệp bia chương 1 lê văn việt mẫn

VI SINH VẬT HỌC TRONG CÔNG NGHIỆP BIA (MICROBIOLOGY IN BREWING) Bài giảng cho SABMiller Vietnam LÊ VĂN VIỆT MẪN ĐH Bách khoa TP.HCM Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) NỘI DUNG Chương 1: Giới thiệu nấm men bia Chương 2: Kỹ thuật vi sinh sản xuất bia Chương 3: Hệ vi sinh vật nhiễm công nghiệp bia Chương 4: Một số thành tựu nấm men bia Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA 1.1 Phân loại nấm men bia 1.2 Hình thái cấu tạo tế bào 1.3 Cơ chất nấm men bia 1.4 Phương pháp sinh sản 1.5 Quá trình trao đổi chất nấm men bia 1.6 Các phương pháp định lượng nấm men bia 1.7 Chọn giống nấm men sản xuất bia: tiêu chí phương pháp thực Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.1 Phân loại nấm men bia Phân loại (taxonomy) Sinh vật Phi bào Virus Tế bào Procaryote Eucaryote Vi khuẩn Tảo (trừ tảo lam) Tảo lam Protista Nấm (nấm men nấm sợi) Thực vật Động vật Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.1 Phân loại nấm men bia Phân loại (taxonomy) Kingdom (Giới) Fungi Division (Ngành) Ascomycota Class (Lớp) Hemiascomycete Sub family (Họ phụ) Family (Họ) Saccharomycetodeae Saccharomycetaceae Order (Bộ) Endomycetales Species (Loài) Saccharomyces cerevisiae Genus (Giống) Saccharomyces Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.1 Phân loại nấm men bia Nấm men bia: nhóm Nấm men Nấm men chìm Nổi lơ lửng dịch lên men Chìm xuống đáy dịch lên men ALE LAGER Vấn đề tái sử dụng sản xuất? Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.1 Phân loại nấm men bia Nấm men Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.1 Phân loại nấm men bia Nấm men chìm Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.1 Phân loại nấm men bia Nấm men bia: nhóm Nấm men Nấm men chìm Tên cũ Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlbergensis/ Saccharomyces uvarum Tên (Kreger Van Rij, 1984) Saccharomyces cerevisiae Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.1 Phân loại nấm men bia Phân biệt nấm men chìm Nấm men Nấm men chìm Nhiệt độ lên men 15-250C 6-140C Khả kết lắng Kém Tốt Khả lên men raffinose 33.3% 100% Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 10 1.1 Phân loại nấm men bia Raffinose Melibiase Saccharose α-D-Galactosyl- (1→6) -α-D-glucosyl- (1→2) -ß-D-Fructoside Melibiose Invertase Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 11 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA 1.1 Phân loại nấm men bia 1.2 Hình thái cấu tạo tế bào 1.3 Cơ chất nấm men bia 1.4 Phương pháp sinh sản 1.5 Quá trình trao đổi chất nấm men bia 1.6 Các phương pháp định lượng nấm men bia 1.7 Chọn giống nấm men sản xuất bia: tiêu chí phương pháp thực Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 12 1.2 Hình thái cấu tạo tế bào Hình thái • Vi sinh vật đơn bào • Không chuyển động • Hình cầu, trứng, elip, oval, ống kéo dài • Kích thước: Lớn: 4.5-1.5 x 7.0-21.0µm Nhỏ: 2.5-7.0 x 4.5-11.0µm Trung bình: 3.5-8.0 x 5.0-11.0µm → Quan sát kính hiển vi với độ phóng đại x 400 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 13 1.2 Hình thái cấu tạo tế bào Hình thái S cerevisiae Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 14 1.2 Hình thái cấu tạo tế bào Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 15 1.2 Hình thái cấu tạo tế bào Thành tế bào (Cell wall): lớp • Cấu tạo: 90% carbohydrate, 10% protein Lớp trong: β(1-3)-glucan, hình sợi, không tan kiềm acid acetic → độ cứng Lớp giữa: β(1-3)-glucan, tan kiềm, nơi liên kết với mannoprotein → độ đàn hồi Lớp ngoài: mannoprotein → β(1-6)-glucan liên kết lớp lớp Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 16 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 17 1.2 Hình thái cấu tạo tế bào Thành tế bào (Cell wall) • Chú ý vết sẹo → chitin • Chức Tạo hình dạng Bảo vệ Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 18 1.2 Hình thái cấu tạo tế bào Màng tế bào chất (Cytoplasmic membrane) • Cấu tạo: lớp phospholipid, protein, sterol • Chức Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 19 1.2 Hình thái cấu tạo tế bào Màng tế bào chất (Cytoplasmic membrane) Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 20 10 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 93 1.5 Trao đổi chất Sản phẩm phụ: ester • Nguồn gốc: Phản ứng alcohol acid hữu cơ/ acid béo Phản ứng alcohol fatty acyl-CoA ester Phản ứng xúc tác esterase Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 94 47 1.5 Trao đổi chất Sản phẩm phụ: ester • Thành phần Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 95 1.5 Trao đổi chất Sản phẩm phụ: hợp chất chứa lưu huỳnh • Nguồn gốc: Malt Houblon Nước • Thành phần H2 S SO2 Dimethyl sulphide (DMS) Dimethyl sulfoxide (DMSO) Ethylmercaptan C2H5SH Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 96 48 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 97 1.5 Trao đổi chất Sản phẩm phụ: hợp chất chứa lưu huỳnh Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 98 49 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 99 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA 1.1 Phân loại nấm men bia 1.2 Hình thái cấu tạo tế bào 1.3 Cơ chất nấm men bia 1.4 Phương pháp sinh sản 1.5 Quá trình trao đổi chất nấm men bia 1.6 Các phương pháp định lượng nấm men bia 1.7 Chọn giống nấm men sản xuất bia: tiêu chí phương pháp thực Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 100 50 1.6 Phương pháp định lượng 1.6.1 Đếm số tế bào Sử dụng buồng đếm Chọn buồng đếm Thoma: h=0.1mm Salubemi: h=0.04mm Thuốc nhuộm methylene blue Ưu điểm Nhược điểm Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 101 1.6 Phương pháp định lượng Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 102 51 1.6 Phương pháp định lượng 1.6.1 Đếm số tế bào Đếm khuẩn lạc môi trường thạch Nguyên tắc: Khái niệm khuẩn lạc (cfu) Chọn môi trường đặc hiệu Ưu điểm Nhược điểm Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 103 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 104 52 1.6 Phương pháp định lượng 1.6.1 Đếm số tế bào Đếm khuẩn lạc môi trường thạch Phương pháp Pour plate Phương pháp Spread plate Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 105 1.6 Phương pháp định lượng 1.6.2 Định lượng sinh khối Lượng chất khô (dry weight) Nguyên tắc: Vi lọc/ ly tâm → Sấy Biểu diễn kết Ưu điểm Nhược điểm Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 106 53 1.6 Phương pháp định lượng 1.6.2 Định lượng sinh khối Đo độ đục Công thức: A = lg (Io/I) = K.C.L ~ K.C Io, I: cường độ ánh sáng trước sau qua mẫu K: hệ số hấp thu C: nồng độ tế bào mẫu L: độ dày cuvet Dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ độ đục lượng chất khô sinh khối Ưu điểm Nhược điểm Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 107 1.6 Phương pháp định lượng 1.6.3 Định lượng hợp chất nội bào ATP Phản ứng ATP luciferine, xúc tác luciferase (Mg2+) Kích thích: H2 H2-L-CO2 + ATP + E = AMP-L-E + PPi CO2 Oxy hóa: H2 AMP-L-E + ½ O2 = AMP-L*-E + H2O CO2 CO2 Decarboxyl hóa: AMP-L*-E = AMP + L-E + CO2 + photon CO2 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 108 54 1.6 Phương pháp định lượng 1.6.3 Định lượng hợp chất nội bào ATP Quy trình thực Xác định ATP ngoại bào Phá vỡ thành tế bào Xác định ATP tổng Dựng đường chuẩn ATP Nấm men Tính kết Ưu điểm Nhược điểm Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 109 1.6 Phương pháp định lượng 1.6.3 Định lượng hợp chất nội bào Các hợp chất khác FAD FMN Nitơ tổng Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 110 55 1.6.4 Phương pháp sử dụng số xác suất cao Most Probable Number (MPN) Ưu điểm Nhược điểm Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 111 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 112 56 1.6 Phương pháp định lượng 1.6.5 Định lượng sinh trưởng qua hoạt tính tế bào Mức độ sử dụng chất Mức độ hình thành sản phẩm Ưu điểm Nhược điểm Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 113 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA 1.1 Phân loại nấm men bia 1.2 Hình thái cấu tạo tế bào 1.3 Cơ chất nấm men bia 1.4 Phương pháp sinh sản 1.5 Quá trình trao đổi chất nấm men bia 1.6 Các phương pháp định lượng nấm men bia 1.7 Chọn giống nấm men sản xuất bia: tiêu chí phương pháp thực Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 114 57 1.7 Chọn giống nấm men bia Tiêu chí phương pháp thực Hình thái (Morphological test) Quan sát kính hiển vi Quan sát khuẩn lạc → Ví dụ: Môi trường WLN với bromocresol: khuẩn lạc có màu từ xanh nhạt đến xanh đậm (dark green) Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 115 1.7 Chọn giống nấm men bia Tiêu chí phương pháp thực Sinh lý (Physiological test) Dị hóa/ lên men glucid: Glucose, fructose, galactose, maltose, saccharose, trehalose, raffinose, maltotriose… Panose, isomaltose Dị hóa/ lên men hợp chất chứa nitơ: acid amin (theo Jones & Pierce 1964) Nhu cầu yếu tố sinh trưởng: Vitamin: biotin, folic acid, inositol, nicotic acid, pantothenic acid, riboflavin, thiamine, ubiquionone… Sterol → Ergosterol Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 116 58 1.7 Chọn giống nấm men bia Tiêu chí phương pháp thực Lên men (Fermentation test) EBC tube: Hình trụ có vỏ thủy tinh → cao 150cm, đường kính 5cm Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 117 1.7 Chọn giống nấm men bia Tiêu chí phương pháp thực Lên men (Fermentation test) Tốc độ lên men Tốc độ sinh trưởng Hiệu suất tổng hợp sinh khối Khả kết lắng Hàm lượng ethanol, diacetyl sản phẩm phụ khác Hiệu suất sinh tổng hợp ethanol Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 118 59 1.7 Chọn giống nấm men bia Tiêu chí phương pháp thực Lên men (Fermentation test) Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 119 1.7 Chọn giống nấm men bia Tiêu chí phương pháp thực Lên men (Fermentation test) Độ lên men cuối Khả kết lắng Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 120 60 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 121 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 122 61 [...]... hệ: 1. 5-2.0h Số lần thực hiện: 40 Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 42 21 1.4 Phương pháp sinh sản Nấm men bia Sinh sản hữu tính: tiếp hợp Phạm vi ứng dụng Quy trình Thời gian hình thành zygote: 6-8h Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 43 1. 4 Phương pháp sinh sản Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 44 22 1. 4 Phương pháp sinh sản Các yếu tố ảnh hưởng Vật lý Nhiệt độ Khái niệm Topt Tmin Tmax Mesophile Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 45 1. 4... Fe, Cl… Vi lượng: Zn, Mn, Co, Mo… Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 28 14 1. 2 Hình thái và cấu tạo tế bào Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 29 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA 1. 1 Phân loại nấm men bia 1. 2 Hình thái và cấu tạo tế bào 1. 3 Cơ chất của nấm men bia 1. 4 Phương pháp sinh sản 1. 5 Quá trình trao đổi chất của nấm men bia 1. 6 Các phương pháp định lượng nấm men bia 1. 7 Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các... Giới hạn Ứng dụng Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 57 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA 1. 1 Phân loại nấm men bia 1. 2 Hình thái và cấu tạo tế bào 1. 3 Cơ chất của nấm men bia 1. 4 Phương pháp sinh sản 1. 5 Quá trình trao đổi chất của nấm men bia 1. 6 Các phương pháp định lượng nấm men bia 1. 7 Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 58 29 1. 5 Trao đổi chất... pháp sinh sản Các yếu tố ảnh hưởng Sinh học Tương tác sinh học (Bio-interaction) → Cạnh tranh (competition) Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 52 26 1. 4 Phương pháp sinh sản Quy luật sinh trưởng Định nghĩa sinh trưởng Đường cong sinh trưởng: X=f(t) Tốc độ sinh trưởng: dX/dt Tốc độ sinh trưởng riêng: µ = (dX/dt)* (1/ X) Hiệu suất tổng hợp sinh khối: (X2-X1)/(S1-S2) Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 53 1. 4 Phương pháp sinh. .. sinh sản Các yếu tố ảnh hưởng Vật lý Áp lực thẩm thấu Định nghĩa Quy luật ảnh hưởng Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 46 23 Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 47 1. 4 Phương pháp sinh sản Các yếu tố ảnh hưởng Vật lý Tia UV và gamma Cơ chế tác động Ứng dụng Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 48 24 1. 4 Phương pháp sinh sản Các yếu tố ảnh hưởng Hóa học Độ ẩm/ hoạt độ của nước Độ ẩm Hoạt độ của nước: Aw = P/Po = N2/(N1+N2) Lê Văn Vi t... (3/2009) 53 1. 4 Phương pháp sinh sản 6 giai đoạn sinh trưởng a) Thích nghi b) Sinh trưởng nhanh c) Sinh trưởng logarite d) Sinh trưởng chậm e) Ổn định f) Suy vong Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 54 27 1. 4 Phương pháp sinh sản Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 55 1. 4 Phương pháp sinh sản Quy luật sinh trưởng Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 56 28 1. 4 Phương pháp sinh sản Quy luật sinh trưởng Phương trình Monod: µexpo = µexpomax... chất sinh lý… Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 36 18 1. 3 Cơ chất của nấm men bia Môi trường (medium) Mục đích sử dụng Sản xuất Nhân giống Hoạt hóa giống Lên men thu nhận sản phẩm Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 37 1. 3 Cơ chất của nấm men bia Môi trường (medium) Phân loại môi trường theo phương pháp pha chế Tự nhiên Tổng hợp Phân loại môi trường theo trạng thái vật lý Rắn Lỏng Đặc Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 38 19 1. 3... heteroprotein với ferroporphyrinic Vị trí Chức năng Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 63 1. 5 Trao đổi chất Tổng hợp năng lượng – Hô hấp Chuỗi hô hấp ở Eucaryote Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 64 32 1. 5 Trao đổi chất Tổng hợp năng lượng – Hô hấp Thuyết hóa thấm Mitchelle Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 65 1. 5 Trao đổi chất Tổng hợp năng lượng – Lên men Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 66 33 1. 5 Trao đổi chất Trao đổi glucid Dị hóa Glucose... năng (chemoheterotrophs/ chemoorganotrophs) Nấm men bia Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 31 1.3 Cơ chất của nấm men bia Nhu cầu về các nguyên tố cơ bản • Nguồn C trong dịch nha Đường đơn: glucose, fructose Đường đôi: saccharose, maltose Đường tam Các cơ chất khác → Nhận xét Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 32 16 Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 33 1. 3 Cơ chất của nấm men bia Nhu cầu về các nguyên tố cơ bản • Nguồn N N hữu... nấm men bia Môi trường (medium) Nguyên tắc thiết lập môi trường Xác định thành phần định tính Tối ưu hóa thành phần định lượng Nhận xét Lê Văn Vi t Mẫn (3/2009) 39 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA 1. 1 Phân loại nấm men bia 1. 2 Hình thái và cấu tạo tế bào 1. 3 Cơ chất của nấm men bia 1. 4 Phương pháp sinh sản 1. 5 Quá trình trao đổi chất của nấm men bia 1. 6 Các phương pháp định lượng nấm men bia 1. 7 Chọn