giáo trình nôm nấm học

GIÁO TRÌNH Mơn NẤM HỌC Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ NẤM MỐC Nấm mốc (fungus, mushroom) vi sinh vật chân hạch, thể tản (thalophyte), tế bào khơng có diệp lục tố, sống dị dưỡng (hoại sinh, ký sinh, cộng sinh), vách tế bào cấu tạo chủ yếu chitin, có hay khơng có celuloz số thành phần khác có hàm lượng thấp Nấm học (Mycology) khai sinh bỡi nhà thực vật học người Ý tên Pier Antonio Micheli (1729) qua tài liệu công bố “giống lạ” (Nova Plantarum Genera) theo Giáo sư Ekriksson Gunnan (1978) người có cơng nghiên cứu sâu nấm mốc lại Elias Fries (1794 - 1874) Theo Elizabeth Tootyll (1984) nấm mốc có khoảng 5.100 giống 50.000 lồi mơ tả, nhiên, ước tính có 100.000 đến 250.000 lồi nấm diện trái đất Nhiều lồi nấm mốc có khả ký sinh nhiều ký chủ động vật, thực vật, đặc biệt người, trồng, vật nuôi, sản phẩm sau thu hoạch chưa qua chế biến, bảo quản Một số tác nhân gây bệnh, làm hư thiết bị thủy tinh bảo quản không tốt có nhiều lồi có ích tổng hợp acit hữu cơ, thuốc kháng sinh, vitamin, kích thích tố tăng trưởng thực vật đưa vào sản xuất cơng nghiệp có số nấm dùng làm đối tượng nghiên cứu di truyền học 1.Hình dạng, kích thước, cấu tạo nấm mốc 1.1 Hình dạng kích thước Một số nâm thể đơn bào có hình trứng (yeast=nấm men), đa số có hình sợi (filamentous fungi=nấm sợi), sợi có ngăn vách (đa bào) hay khơng có ngăn vách (đơn bào) Sợi nấm thường ống hình trụ dài có kích thước lớn nhỏ khác tùy lồi Đường kính sợi nấm thường từ 3-5µm, có đến 10µm, chí đến 1mm Chiều dài sợi nấm tới vài chục centimet Các sợi nấm phát triển chiều dài theo kiểu tăng trưởng (Hình 1.1) Các sợi nấm phân nhánh nhánh lại phân nhánh liên tiếp tạo thành hệ sợi nấm (mycelium) khí sinh xù xì bơng Trên mơi trường đặc số chất tự nhiên, bào tử nấm, tế bào nấm đoạn sợi nấm phát triển thành hệ sợi nấm có hình dạng định gọi khuẩn lạc nấm (Hình 1.2) Hình 1.1 Sợi nấm cấu tạo vách tế bào sợi nấm (theo Samson ctv., 1995) Hình 1.2 1.2 1995) t số dạng khuẩn lạc nấm (theo Samson ctv., Cấu tạo Tế bào nấm có cấu trúc tương tự tế bào vi sinh vật chân hạch khác mơ tả trình bày Hình 1.3 Hình 1.3 Cấu tạo tế bào đỉnh sợi nấm Fusarium (theo Howard R J & Heist J R., 1979) (Chú thích: MT: vi ống, M: ty thể, SC: Golgi, V: bọng(túi) đỉnh, P: màng sinh chất lớp) Vách tế bào nấm cấu tạo vi sợi chitin có khơng có celluloz Chitin thành phần vách tế bào hầu hết lồi nấm trừ nhóm Oomycetina Những vi sợi chitin hình thành nhờ vào enzim chitin syntaz (Hình 1.4) Hình 1.4 Con đường tổng hợp chitin Tế bào chất tế bào nấm chứa mạng nội mạc (endoplasmic reticulum), không bào (vacuoles), ty thể (mitochondria) hạt dự trữ (glycogen lipid), đặc biệt cấu trúc ty thể tế bào nấm tương tự cấu trúc ty thể tế bào thực vật Ngoài ra, tế bào nấm có ribơ thể (ribosomes) thể khác chưa rỏ chức Tế bào nấm khơng có diệp lục tố, vài lồi nấm có rải rác tế bào loại sắc tố đặc trưng mà Matsueda ctv (1978) ly trích gọi neocercosporin (C29H26O10) có màu tím đỏ nấm Cercosporina kikuchi Tế bào nấm khơng thiết có nhân mà thường có nhiều nhân Nhân tế bào nấm có hình cầu hay bầu dục với màng đơi phospholipid protein dầy 0,02 µm, bên màng nhân chứa ARN ADN Dinh dưỡng tăng trưởng nấm mốc Hầu hết loài nấm mốc khơng cần ánh sáng q trình sinh trưởng Tuy nhiên, có số lồi lại cần ánh sáng trình tạo bào tử (Buller, 1950) Nhiệt o o o o độ tối thiểu cần cho phát triển từ C đến C, tối hảo từ 22 C đến 27 C o o nhiệt độ tối đa mà chúng chịu đựng 35 C đến 40 C, cá biệt có số o o lồi sống sót O C 60 C Nói chung, nấm mốc phát triển tốt môi trường acit (pH=6) pH tối hảo - 6,5, số loài phát triển tốt pH < số phát triển pH > (Ingold, 1967) Oxi cần cho phát triển nấm mốc chúng nhóm hiếu khí bắt buộc phát triển ngưng khơng có oxi dỉ nhiên nước yếu tố cần thiết cho phát triển Theo Alexopoulos Minns (1979) cho biết nấm mốc phát triển liên tục 400 năm hay điều kiện mơi trường thích hợp cho phát triển chúng Nấm mốc khơng có diệp lục tố nên chúng cần cung cấp dinh dưỡng từ bên ngồi (nhóm dị dưỡng), số sống sót phát triển nhờ khả ký sinh (sống ký sinh thể động vật hay thực vật) hay hoại sinh (saprophytes) xác bã hữu cơ, có nhóm nấm rễ hay địa y sống cộng sinh với nhóm thực vật định Theo Alexopoulos Mims (1979) cho biết nguồn dưỡng chất cần thiết cho nấm xếp theo thứ tự sau: C, O, H, N P, K, Mg, S, B, Mn, Cu, Zn, Fe, Mo Ca Các nguyên tố diện nguồn thức ăn vô đơn giản glucoz, muối ammonium nấm hấp thu dễ dàng, từ nguồn thức ăn hữu phức tạp nấm sản sinh tiết bên ngồi loại enzim thích hợp để cắt đại phân tử thành phân tử nhỏ để dể hấp thu vào tế bào Sinh sản nấm mốc Nói chung, nấm mốc sinh sản hình thức: vơ tính hữu tính Trong sinh sản vơ tính, nấm hình thành bào tử mà không qua việc giảm phân, trái lại sinh sản hữu tính nấm hình thành loại giao tử đực 3.1 Sinh sản vơ tính The Alexopoulos Mims (1979), nấm mốc sinh sản vô tính thể qua dạng: sinh sản dinh dưỡng đoạn sợi nấm phát triển dài phân nhánh sinh sản loại bào tử Một số lồi nấm có bào tử đặc trưng sau: a Bào tử túi (bào tử bọc)(sporangiospores): bào tử động (zoospores) (Hình 1.5 a, b, c) có nấm Saprolegnia bào tử túi (sporangiopores) nấm Mucor, Rhizopus (Hình 1.6) chứa túi bào tử động (zoosporangium) túi bào tử (sporangium) mang bỡi cuống túi bào tử (sporangiophores) Hình 1.5 Bào tử động (theo Samson ctv., 1995) Hình 1.6 Bào tử túi (b) Mucor circinelloides, a cuống bào tử túi (theo Samson ctv., 1995) b Bào tử đính (conidium): bào tử đính khơng có túi bao bọc giống nấm Aspergillus, Penicillium, Hình dạng, kích thước, màu sắc, trang trí cách xếp bào tử đính thay đổi từ giống sang giống khác dùng làm tiêu chuẩn để phân loại nấm Cuống bào tử đính dạng bình khơng phân nhánh Aspergillus (Hình 1.7) hay dạng thẻ phân nhánh Penicillium (Hình 1.8) Bào tử đính hình thành từ cụm (cluster) cuống bào tử đính Trichoderma (Hình 1.9) Bào tử đính thể bình a thể bình (1) bọng cuống Hình 3.3 Các kiểu cuống bào tử đính Aspergillus a lớp, b lớp, c phiến, d tia, e tể (theo Samson ctv., 1995) Hình 1.8 Bào tử đính cuống bào tử đính Penicillium chrysogenum (theo Samson ctv 1995) Hình 1.9 Cuống bào tử phân nhánh Trichoderma a T viride, b T koningii, c T polysporum, d T citrinoviride (theo Samson v ctv 1995) Ở giống Microsporum Fusarium, có hai loại bào tử đính: loại nhỏ, đồng gọi tiểu bào tử đính (microconidia) (Hình 1.10 a) , loại lớn, đa dạng gọi đại bào tử đính (macroconidia) (Hình 1.11 b) Hình 1.10 Đính bào tử Fusarium eumartii (theo Von Arx., 1995) a a đại bào tử đính b tiểu bào tử đính c bào tử vách dày b c c Bào tử tản (Thallospores): nhiều lồi nấm men nấm mốc có hình thức sinh sản đặc biệt gọi bào tử tản Bào tử tản có loại sau: Chồi hình thành từ tế bào nấm men: Cryptococcus Candida loại bào tử tản đơn giản nhất, gọi bào tử chồi (blastospores) Giống Ustilago có sợi nấm có xuất tế bào có vách dầy gọi bào tử vách dầy gọi bào tử áo (chlamydospores) (Hình 11 c) Vị trí bào tử vách dầy sợi nấm khác tùy loài Giống Geotrichum Oospora có sợi nấm kéo thẳng, vng hay chử nhật tế bào vách dầy gọi bào tử đốt (arthrospores) (Hình 1.12) Hình 1.12 Bào tử đốt (theo Samson ctv 1995) Sinh sản hữu tính Sinh sản hữu tính xảy có kết hợp hai giao tử đực (gametes) có trải qua giai đoạn giảm phân Quá trình sinh sản hữu tính trải qua giai đoạn: 1) Tiếp hợp tế bào chất (plasmogamy) với hòa hợp tế bào trần (protoplast) giao tử 2) Tiếp hợp nhân (karyogamy) với hòa hợp nhân tế bào giao tử để tạo nhân nhị bội (diploid) 3) Giảm phân (meiosis) giai đoạn hình thành bào tử đơn bội (haploid) qua giảm phân từ 2n NST (nhị bội) thành n NST (đơn bội) Theo Machlis (1966) tất giai đoạn kể giai đoạn tạo quan sinh dục điều khiển số kích thích tố sinh dục (sexual hormones) Cơ quan sinh dục nấm mốc có tên túi giao tử (gametangia) có loại: quan sinh dục đực gọi túi đực (antheridium) chứa giao tử đực (antherozoids), quan sinh dục gọi túi noãn (oogonium) chứa giao tử hay noãn, có kết hợp giao tử đực nỗn tạo thành bào tử, bào tử di động gọi bào tử động (zoospores) Kiểu hai sợi nấm có giới tính đực tiếp hợp sinh bào tử có tên tiếp hợp tử (myxospores), tiếp hợp tử đặc trưng nhóm nấm Myxomycetes (Hình 1.13) Bào tử sinh dục hình thành có dạng túi gọi nang (ascus) túi chứa bào tử gọi bào tử nang (ascospores) Nang bào tử nang đặc trưng nhóm Ascomycetes (Hình 1.14) Trong nhóm Basidiomycetes, bào tử phát triển phần tận cấu trúc thể gọi đãm (basidium) bào tử gọi bào tử đãm (basidiospores) (Hình 1.15) Nhóm Nấm bất tồn (Deuteromycetes=Deuteromycotina)) gồm nấm chưa biết rõ kiểu sinh sản hữu tính chúng oryzae A soyae Torulopsis spp ccus halophila; Ent faecalis A oryzae Zyg rouxii, Lactobacillus A soyae Zyg soyzae, delbrueckii, group Hansennula Tet spp., halophila Torulopsis Ped spp., damnosus Candida spp A oryzae Hans Leuc anomala, mesenteroiSacch des var saké, Cerevisae Lb saké (saké) Monascus purpureus M rubber, M pilosius Penicillum roqueforti Yarrowia lipolytica P camemberti Candida spp Kluyveromyc es spp Torulopsis spp P nalgiovense P chrysogenum Rh oligoporus Rh chinensis, Rh oryzae, Mucor indicus Trichosporon beigelii, Clavispora lusitaniase, Yar lipolytica nành + gạo/lúa mạch vị đậu Nước nành + tương lúa mì + muối đồ vị gạo nấu Saké rượu gạo nấu Angkak (gạo lên men với mốc đỏ) Đông gia Phương Đông chất tạo màu, đồ gia vị, thành phần bổ dưỡng Leuconostoc Bánh Phó-mát thực spp sữa (hoa kiểu phẩm sữa ép) roquefo đạm, đồ rt gia vị Brevibacteri Bánh Phó-mát thực um linens sữa (hoa kiểu phẩm Lc lactis ssp sữa ép) Camem đạm, đồ cremoris -bert gia vị Mirococcus spp Staphylococc us spp Pediococcus spp Lactobacillus spp Klebsiella pneumoniae Enterobacter cloacae, Lactobacillus spp Nhật Trung Quốc, Nhật Pháp Pháp thịt (xúc xích) Salani thực phẩm đạm Châu Âu đậu nành Tempeh thực Indonesisa phẩm đạm, thức ăn nhanh Ở thực phẩm lên men nấm đa giống chủng, kích thích từ chất chuyển hố phân giải tương hỗ chất phóng thích sản phẩm phân giải; ức chế cạnh tranh tạo thành chất kháng sinh chất trao đổi kháng vi sinh yếu tố quan trọng cân quần thể vi sinh vật (Nout, 1995) Theo tính tự nhiên vật lý chất, lên men phân biệt thành lên men bề sâu hay lên men chìm (liquid fermentation) lên men bề mặt (solidstate fermentation) Trong lên men bề sâu, chất lỏng phục vụ môi trường cho phân bố đồng vi sinh vật cho truyền nhiệt truyền khối Lên men bề sâu sử dụng cho việc chế biến nước giải khát nước sốt (sauces) Bảng liệt kê vài thực phẩm lên men nấm đóng vai trò thiết yếu Thêm vào đó, vật liệu thơ chúng, vi sinh vật lên men đại diện, kiểu hệ thống lên men (bề sâu bề mặt) liên hệ đến nhóm hệ vi sinh vật cho lên men thành công liệt kê Ở vùng ôn đới, thịt làm chín nấm mốc phó-mát chiếm ưu Aspergillus Penicillium spp Nấm men đóng vai trò sản phẩm nướng nước giải khát có cồn Ở vùng nhiệt đới cận nhiệt đới, thực phẩm lên men nấm chiếm ưu đông đông nam châu Á Rhizopus, Amylomyces, Mucor, Neurospora, and Monascus spp thường tìm thấy hệ vi sinh vật chức Các sản phẩm lên men nấm men từ vùng nhiệt đới bao gồm thức ăn nhanh nước giải khát có cồn Sau vài thực phẩm lên men chọn lọc Rượu Sự đa dạng rượu khơng nhiều 5.000 loại nho (Vitis vinifera) mà đặc biệt đến điều kiện trồng trọt (địa điểm, đất, khí hậu) điều kiện lên men Nguyên tắc làm rượu tóm tắt hình 7.1 Nho phải không bị lên mốc, chế biến rượu “Sauterne” loại đòi hỏi mốc Botrytis cinerea Rượu đỏ thơng thường lên men “trên lớp vỏ” Thường SO2 thêm vào 100-150mg/lít để ức chế phát triển nấm men biểu sinh (Candida, Hanseniaspora, Kloeckera, Pichia, Rhodotorula, Saccharomyces, Torulopsis spp.) Điều thúc đẩy chiếm ưu tốt nấm men rượu chọn lọc (Saccharomyces cerevisae thường đồng hành với Torulopsis stellata) (cho vào sấp xỉ 10 /ml dịch nho Lưu ý nấm men tạo mùi (hương vị) cân với nấm men chức cho lên men rượu Khi tất đường lên men cạn kiệt lên men rượu dừng lại nấm men lấy để ngăn cản mùi từ tự phân giải nấm men Ở rượu axit cao, vi khuẩn axit lactic (Oenococcus oeni) chủng để biến đổi axit malic thành axit lactic, cho rượu vị 2.2 Phó-mát Camembert Đây nhiều phó-mát bề mặt chín Có nguồn gốc từ Normandy, Pháp lần làm Marie Harel vào năm 1791 Năm 1890, M Ridel phát triển hộp gỗ tiếng tạo điều kiện xuất với lượng lớn Nguyên tắc sản xuất phó-mát Camembert viết hình 7.2 Sau sữa đơng non (ép thành bánh sữa), chủng giống bào tử Penicillium camembert cách phun sương mù Sau ngâm nước muối đưa vào điều kiện thích hợp, phát triển mốc bắt đầu bề mặt phó-mát suốt giai đoạn ủ Vỏ cứng phó-mát Camembert mỏng trắng Các dòng mốc chủng khác có màu sắc khoảng từ xám lục nhạt tới trắng tinh Bên phó-mát phải vàng nhạt với trung tâm màu trắng rắn Trong trình chín, phân hố tố (enzim) thuỷ phân đạm chất béo P camemberti khuyếch tán vào phó-mát Thu hoạch nho (Vitis vinifera) loại bỏ xay to nước nho ép nước nho ép SO2 thêm vào Lên men rượu (đỏ:1-4 tuần, 20-30°C) (trắng: 6-10 tuần, 10-20°C) nạt nho ướt ép vỏ (rượu vang đỏ: lên men có vỏ nho rượu vang trắng: khơng có vỏ) chủng nấm men rượu (khơng bắt buộc) Tách lắng (qua giá đỡ) Lên men malo-lactic (cho rượu đỏ axít) làm Lắng tụ nấm men lão hố, phối trộn lọc, đóng chai Hình 7.1 Qui trình làm rượu nho Nhưng tính xốp mềm pH tăng lên gây phóng thích NH 3, nấm men, đặc biệt Debaryomyces hansenii, thường diện phó-mát góp phần làm tăng pH tiêu thụ axít lactic Các phản ứng thuỷ phân đạm hoạt động enzim aminotransferase đóng góp phần lớn vào phát triển hương vị Thông thường sản phẩm tiêu thụ sau 3-5 tuần Kiểm định giống chủng, tất dòng P camemberti biết có khả sản xuất độc tố nấm (mycotoxin) axit cyclopiazonic (CPA) Chất xem mang đặc tính bền dòng thu thập ni cấy lâu không khả tạo CPA Nhiều nổ lực tiến hành để đạt dòng đột biến CPA âm tính giống chủng tuyển chọn theo tiêu chuẩn Cơ hội rủi ro viêc ngộ độc nhỏ Chỉ mức độ thấp CPA phát phó-mát Camembert Điều giải thích khơng ổn định hố học diện chất amines khuyếch tán nghèo nàn từ vỏ cứng vào bên Hơn nữa, CPA khó tạo nhiệt độ bảo quản