Trong lên men rượu, vi sinh vật thường được sử dụng là nấm men Saccharomyces cerevisiae.
Đặc điểm về cấu tạo của nấm men Saccharomyces cerevisiae - Giới : Fungi
- Ngành : Ascomycota - Phân ngành : Saccharomycotina - Lớp : Saccharomycetes - Bộ : Saccharomycetables - Họ : Saccharomycetaceae - Chi : Saccharomyces
- Loài : Saccharomyces cerevisiae
Hình 1. 4 Nấm men Saccharomyces cerevisiae quan sát dưới kính hiển vi.
22
Saccharomyces có khoảng 40 loài và các loài trong giống này được biết nhiều do chúng được ứng dụng trong làm nổi bánh, bia, rượu....Chúng hiện diện nhiều trong sản phẩm có đường, đất, trái cây chín, phấn hoa.... Nấm men cấu tạo gồm vỏ tế bào thành phần là carbohydrat, lipid, protein dầy khoảng 0,5 àm, màng tế bào chất, tế bào chất và nhân. S. cerevisiae thường có cấu tạo hình elip, đường kính lớn từ 5-10nm và đường kính nhỏ từ 1-7nm, tế bào gia tăng kích thước theo độ tuổi.
Thể tích tế bào đơn bội là 29 mm3 và tế bào lưỡng bội là 55 mm3. Các tế bào của nấm men mang cấu trúc và chức năng của eukaryote bậc cao, được sử dụng như là một mô hình hữu ích đại diện cho các tế bào eukarylote [26].
Bảng 1. 1 Thành phần các chất có trong cấu trúc của nấm men được lạnh đông khô [27]
Thành phần trong cấu trúc Phần trăm khối lương khô Độ ẩm
Protein Carbohydrate Acid nucleic Lipid
Chất khoáng
2-5%
42-46%
30-37%
6-8%
4-5%
7-8%
Quá trình sinh sản của nấm men thường thông qua sinh sản vô tính, phân chia tế bào bất đối xứng (nảy chồi) tế bào con được hình thành giống hệt tế bào mẹ.
dưới điều kiện thích hợp tế bào con sẽ phát triển khỏe mạnh như tế bào mẹ. Quá trình này kéo dài đến khi các tế bào bị lão hóa và chất dinh dưỡng bị cạn kiệt, sau đó tế bào chết. Chu trình sinh trưởng của nấm men được nghiên cứu đóng một vai trò quan trọng trong công nghiệp cũng như là đại diện cho tế bào eukaryote.
23
Ứng dụng : Saccharomyces cerevisiae được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm như làm bánh mì, sản xuất cồn. Saccharomyces có nghĩa là nấm đường và là loại vi sinh vật duy nhất đuợc sản xuất với quy mô rất lớn trên thế giới.
1.1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men a) Nhiệt độ
Mỗi vi sinh vật có khoảng nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của chúng. Đối với nấm men Saccharomyces cerevisiae nhiệt độ tối ưu nằm trong khoảng 28-32oC.
Ở nhiệt độ cao hơn, hoạt tính nấm men giảm. Mặt khác khi lên men ở nhiệt độ cao sẽ tạo ra nhiều sản phẩm phụ như ester, aldehyde gây ảnh hưởng đến chất lượng cồn thu được và tổn thất bioethanol theo CO2 sẽ tăng. [6]
b) pH
Nồng độ ion H+ trong canh trường ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nấm men, chúng có khả năng làm thay đổi diện tích vỏ tế bào, làm tăng hay giảm mức độ thẩm thấu của các chất dinh dưỡng cũng như chiều hướng của quá trình lên men.
Mỗi vi sinh vật chỉ có thể hoạt động tốt trong trạng thái ion nhất định, trạng thái này chỉ phụ thuộc vào pH của canh trường. Trong điều kiện lên men bioethanol pH tối ưu cho hoạt động lên men là 4.5-5. Nếu pH thấp nấm men còn hoạt động được và vi
Hình 1. 5 Chu kỳ sinh sản của tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae
24
khuẩn bị ức chế. pH cao hơn sẽ tạo ra sản phẩm có độ chua thấp, dễ bị nhiễm khuẩn và tạo ra nhiều sản phẩm phụ hơn dẫn đến hiệu suất lên men thấp. [6]
c) Nồng độ dịch lên men
Nồng độ dịch đường quá cao sẽ dẫn đến làm tăng áp suất và làm mất cân bằng trạng thái sinh lí của nấm men. Kết quả là đường nhiều sẽ ức chế không những các tạp khuẩn mà cả nấm men. Mặt khác đường nhiều sẽ dẫn đến tổn thất và làm tăng thời gian lên men. Nhưng ngược lại nếu nồng độ đường thấp sẽ không kinh tế vì sẽ làm giảm năng suất thiết bị lên men [6]
d) Nồng độ CO2 trong môi trường
CO2 được hình thành trong quá trình lên men rượu từ đường. Một phần sẽ tồn tại trong môi trường, một phần tách lên trên bề mặt môi trường, phần còn lại tích tụ lại thành một lớp ngăn cách giữa không khí và môi trường. CO2 tích tụ lại trong môi trường chỉ làm giảm khả năng sinh sản của nấm men, nhưng không thể làm cho khả năng lên men của nấm men yếu đi.
Trong môi trường có hàm lượng đường cao sẽ cản trở CO2 thoát ra ngoài, dẫn đến ức chế sinh sản của nấm men và sự lên men có hiệu suất thấp. CO2 nằm trong khoảng không giữa bề mặt môi trường và không khí, có tác dụng kiềm chế sự phát triển của những vi sinh vật hiếu khí gây hại. Do vậy, các thùng lên men phải có nút đặc biệt chỉ cho phép CO2 bay ra mà không cho không khí vào [6].
e) Thành phần các chất dinh dưỡng của môi trường lên men
Môi trường nuôi cấy cần phải có đầy đủ các thành phần dinh dưỡng chủ yếu là glucid ở dạng monosaccharide và disaccharide, nitơ ở dạng acid amin, các muối vô cơ, trừ dạng muối nitrit, nitrat, các vitamin và muối khoáng [3].
f) Vi sinh vật tạp nhiễm
Dịch đường lên men không chỉ là môi trường dinh dưỡng tốt cho nấm men mà còn cho các vi sinh vật khác. Trong nước, trong không khí cũng như trong các nguyên liệu tham gia vào thành phần môi trường luôn chứa một lượng vi sinh vật có hại cho lên men rượu [6].
25
Sự xuất hiện của các vi sinh vật sinh acid như các vi khuẩn lactic, các vi khuẩn acetic và đặc biệt là các vi khuẩn butyric thường có ảnh hưởng đến sự phát triển của nấm men một cách rõ rệt.
• Vi khuẩn lactic: thường là loại vi khuẩn lactic dị hình, chúng sử dụng đường và tạo ra acid lactic. Ngoài ra còn tạo ra một lượng đáng kể các chất khác như ethanol, acid acetic, cacbonic, diacetyl và acetone. Các sản phẩm được tạo ra phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ, pH, độ yếm khí… cùng làm cho sản phẩm tạo thành không ổn định. [6]
• Vi khuẩn acetic: trong môi trường có nồng độ ethanol thấp chúng phát triển rất tốt và oxy hóa ethanol thành acid acetic. Trong môi trường không có ethanol chúng sẽ oxy hóa đường thành acidgluconic. [6]
• Vi khuẩn butyric và các vi sinh vật khác: các vi khuẩn này chỉ phát triển trong dịch chưa lên men. Nhưng trong điều kiện lên men các vi khuẩn này không thể phát triển vì pH tối thích của chúng đều nằm trong môi trường kiềm yếu hay trung tính. [6]
Như vậy nhiễm khuẩn trong điều kiện lên men rượu chủ yếu là vi khuẩn lactic.