Tế bào nấm men có nhiều hình dạng khác nhau hình tròn, hình trứng như Sacharomyces cerevisiae, hình elip như Saccharomyces ellipsoideus, hình quả chanh như Saccharomyces apiculatus, đôi khi có hình chai như Saccharomyces ludwigu hoặc hình ống dài như Pichia. Một số tế bào nấm men có hình dài, nối tiếp nhau tạo thành
dạng sợi gọi là khuẩn ty giả như Endomyces, Endomycopsis, Candida. Nhiều loài nấm men chỉ tạo khuẩn ty giả khi sống trong môi trường thiếu oxy [13]. Nói chung hình dáng của tế bào nấm men ở các loài khác nhau thì khác nhau, trong cùng một loài hình dáng của tế bào có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện môi trường, điều kiện nuôi cấy và tuổi của tế bào. Tế bào nấm men cú kớch thước trung bỡnh 3 ữ 5 ì 5 ữ10àm, kớch thước của tế bào nấm men thay đổi nhiều tùy thuộc vào loài, giống và điều kiện của môi trường sống. Trong môi trường lỏng có nhiều loài nấm men có khả năng sinh ra một lớp màng bao như tấm voan mỏng như ở Saccharomyces. Trên môi trường đặc, khuẩn lạc nấm men có nhiều hình dạng khác nhau, màu trắng đục, vàng hoặc hồng nhạt. Tế bào nấm men trong tự nhiên có thể đứng riêng lẻ hoặc sau khi nẩy chồi vẫn dính với nhau tạo thành chuỗi [13].
1.2.2. Giới thiệu về chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) 1.2.2.1. Một số đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa của S. cerevisiae
Phân loại:
Bộ: Saccharomycetales Họ: Saccharomycetaceae Giống: Saccharomyces
Loài: Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae thuộc nhóm vi sinh vật rất phổ biến trong tự nhiên.
Đây là loài nấm men được sử dụng lâu đời trong lên men cồn và sản xuất bánh mì.
Chúng có dạng hình cầu hay hình trứng, có kích thước nhỏ, từ 5 ÷ 14μm, khuẩn lạc của chúng dạng bột nhão, màu trắng.
S. cerevisiae lên men hầu hết các loại đường trừ lactose và cellobiose. Tuy nhiên, khả năng tăng trưởng của S. cerevisiae trên các loại đường khác nhau là khác nhau [23]. S. cerevisiae sinh sản chủ yếu bằng cách nảy chồi nhưng cũng có thể sinh sản hữu tính. S. cerevisiae là loài có thể phát triển trong điều kiện hiếu khí hay kỵ khí, ở điều kiện hiếu khí sinh trưởng tăng sinh khối nhanh, điều kiện yếm khí chủ yếu lên men tạo cồn; pH để nấm men phát triển trong khoảng 4 ÷ 6,8, tối ưu ở pH 5,8; nhiệt độ nấm men phát triển trong khoảng 27 ÷ 350C, tối ưu ở 320C.
Nguồn dinh dưỡng carbohydrate chính là các loại đường, thích hợp nhất là đường fructose, có thể sử dụng nguồn nitơ vô cơ lẫn hữu cơ.
1.2.2.2. Quá trình sinh trưởng và phát triển của nấm men
Quá trình sinh trưởng và phát triển là đặc tính của nấm men, tế bào nấm men sẽ tăng kích thước và tăng nhanh khối lượng tế bào. Tuy nhiên, sinh trưởng và phát triển không phải lúc nào cũng diễn ra đồng thời, nhất là trong môi trường nghèo dinh dưỡng, tế bào nấm men vẫn có khả năng sinh sản nhưng kích thước tế bào nhỏ hơn nhiều so với điều kiện đầy đủ dinh dưỡng.
Hình 1.5. Hình dạng tế bào nấm men Hình 1.6. Tế bào nấm men nẩy chồi để lại sẹo lồi
Sự sinh trưởng của tế bào nấm men trong môi trường đủ chất dinh dưỡng và điều kiện nuôi cấy thích hợp thì nấm men vừa tăng nhanh về kích thước, đồng thời sinh khối được tích lũy nhiều.
Nấm men sinh sản chủ yếu bằng cách nẩy chồi, nên trong dịch nuôi cấy luôn có tế bào già. Khi chồi non tách ra khỏi tế bào mẹ sống độc lập thì nơi đó để lại vết sẹo (hình 1.6) và ở đó không có khả năng tạo thành chồi mới nữa, có như thế tế bào mẹ chuyển thành già.
Khi tiến hành nuôi cấy nấm men theo phương pháp tĩnh tế bào thường phát triển qua 5 giai đoạn:
- Giai đoạn tiềm phát là khoảng thời gian tế bào làm quen với môi trường và điều kiện mới, chưa sinh sản mà chỉ tăng dần kích thước. Pha này được tính từ khi nuôi cấy đến khi tế bào sinh trưởng và phát triển. Pha này dài hay ngắn tùy thuộc vào tuổi sinh lý nấm men đưa vào nuôi và chất lượng môi trường.
- Giai đoạn logarit là khoảng thời gian tế bào phát triển nhanh nhất, sinh khối tăng mạnh kèm theo sự thay đổi mạnh mẽ thành phần dung dịch nuôi. Hầu hết tế bào ở trạng thái trẻ, có hoạt tính sinh học cao.
- Giai đoạn chậm dần là khoảng thời gian tốc độ sinh trưởng còn nhưng tốc độ sinh sản của tế bào bị giảm xuống, lượng sinh khối có tăng nhưng ít cho đến khi bước vào thời kỳ sinh trưởng cân bằng của tế bào nấm men.
- Giai đoạn ổn định là khoảng thời gian được đánh giá bằng chỉ số về số lượng tuyệt đối của tế bào trong dịch nuôi sinh ra gần bằng số tế bào chết đi, tuy nhiên vẫn có tế bào nẩy chồi, tế bào chết nhưng rất ít. Chất dinh dưỡng trong môi trường giảm đi rõ rệt, các chất tạo ra do quá trình trao đổi chất lớn nhất, lượng sinh khối nói chung đạt cao nhất.
- Giai đoạn chết hay pha tử vong là khoảng thời gian tốc độ chết của tế bào cao hơn tốc độ sinh sản do lượng tế bào chết tăng nhanh, tế bào sống giảm dần và tổng lượng sinh khối còn giảm do hiện tượng tự phân của tế bào. Nguyên nhân của hiện tượng này là do nguồn dinh dưỡng trong môi trường cạn kiệt, tế bào bắt đầu giai đoạn già và sản phẩm trao đổi chất nhiều gây ức chế quá trình trao đổi chất của tế bào.
1.2.2.3. Ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến quá trình sinh trưởng của S.
cerevisiae
Điều kiện nuôi cấy có ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của S.cerevisiae. Tùy theo mục đích nuôi cấy mà đảm bảo các yếu tố về nồng độ các chất và áp suất thẩm thấu của môi trường, nhiệt độ, oxy, pH môi trường, …
Nồng độ các chất và áp suất thẩm thấu của môi trường: Áp suất thẩm thấu của môi trường phụ thuộc vào hàm lượng đường và các chất hòa tan khác. Hàm lượng các chất này trong môi trường nuôi cao hơn trong tế bào. Sự chênh lệch này là do chất dinh dưỡng hòa tan hơn trong môi trường dễ thấm vào tế bào qua màng. Độ chênh càng lớn thì sự tích tụ nấm men càng nhanh. Tuy nhiên, nếu áp suất trong môi trường quá cao sẽ xảy ra hiện tượng làm co nguyên sinh chất của tế bào. Vì vậy phải nghiên cứu thành phần nuôi của môi trường thích hợp để đảm bảo cho sự sinh trưởng và phát triển của nấm men được tốt nhất.
Nhiệt độ: Các phản ứng sinh hóa diễn ra trong tế bào nấm men đều chịu sự chi phối bởi nhiệt độ. Nhiệt độ tối thích của sự sinh trưởng và phát triển của nấm men trong khoảng 25 ÷ 300C. Khi nhiệt độ giảm, tốc độ phát triển sinh khối của nấm men giảm dần và hoàn toàn bị ức chế ở nhiệt độ 2 ÷ 50C. Khi nhiệt độ tăng quá cao, sinh trưởng của nấm men sẽ bị ức chế, ở nhiệt độ lớn hơn 400C các enzyme trong nấm men