Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Phân lập và tuyển chọn một số chủng nấm men có khả năng lên men rượu cao trên vỏ...

Tài liệu Phân lập và tuyển chọn một số chủng nấm men có khả năng lên men rượu cao trên vỏ trái cây

.PDF
74
445
84

Mô tả:

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM --------------o0o-------------- TRẦN VĂN NAM Tên đề tài: PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN MỘT SỐ CHỦNG NẤM MEN CÓ KHẢ NĂNG LÊN MEN RƢỢU CAO TRÊN VỎ TRÁI CÂY KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Khoa : CNSH & CNTP Khóa học : 2012 - 2016 Thái Nguyên, năm 2016 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM --------------o0o-------------- TRẦN VĂN NAM Tên đề tài: PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN MỘT SỐ CHỦNG NẤM MEN CÓ KHẢ NĂNG LÊN MEN RƢỢU CAO TRÊN VỎ TRÁI CÂY KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Lớp : K44 - CNSH Khoa : CNSH & CNTP Khóa học : 2012 - 2016 Giảng viên hƣớng dẫn : TS. Trần Văn Chí Thái Nguyên, năm 2016 i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và động viên của thầy cô, bạn bè và gia đình. Nhân dịp hoàn thành khóa luận tốt nghiệp: Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Trần Văn Chí - Giảng viên Khoa Công nghệ Sinh học - Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã luôn quan tâm giúp đỡ và hướng dẫn em tận tình, chu đáo trong suốt quá trình làm khóa luận tốt nghiệp. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s Vi Đại Lâm đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ và hướng dẫn để em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp của mình. Em xin gửi lời tri ân tới các thầy cô giáo trong và ngoài Khoa Công nghệ Sinh học - Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã dìu dắt và truyền đạt cho em không chỉ kiến thức mà cao hơn hết là đạo đức làm người trong suốt bốn năm học qua. Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, những người thân và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành bản khóa luận này. Thái Nguyên, tháng năm 2016 Sinh viên Trần Văn Nam ii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1. Các hóa chất được sử dụng trong đề tài nghiên cứu.................................28 Bảng 3.2. Các thiết bị sử dụng trong thí nghiệm ......................................................28 Bảng 3.3. Thành phần của 1 lít môi trường Hansen .................................................29 Bảng 4.1. Đặc điểm hình thái khuẩn lạc sau 2 ngày nuôi cấy ..................................38 Bảng 4.2 Kết quả thử khả năng lên men: Thời gian để 50 chủng lên men được 5ml CO2 .............................................................................................................40 Bảng 4.3. Kết quả thử khả năng lên men đường saccharose và maltose ..................41 Bảng 4.4. Kết quả thử khả năng tăng sinh khối bằng cách đo OD ...........................43 Bảng 4.5. kết quả chưng cất xác định hàm lượng rượu trong dịch dấm chin (môi trường Hansen 18% glucose) .....................................................................44 Bảng 4.6. Kết quả theo dõi ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự sinh trưởng của chủng Saccharomyces cerevisiae VPk1 ...............................................................47 Bảng 4.7. Ảnh hưởng của pH tới sự phát triển của chủng Saccharomyces cerevisiae VPk1 ..........................................................................................................48 Bảng 4.8. Ảnh hưởng của hàm lượng peptone tới sự phát triển của chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae VPk1 ...............................................................50 Bảng 4.9. Ảnh hưởng của nồng độ đường tới sự phát triển của chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae VPk1. ..............................................................51 Bảng 4.10. Kết quả thử khả năng lên men trên môi trường dịch quả .......................52 iii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 3.1. Các khuẩn lạc được phân lập bằng phương pháp cấy trang trên môi trường Hansen .............................................................................................33 Hình 3.2. Kết quả thử khả năng lên men của một số chủng nấm men .....................34 Hình 3.3. Một số hình ảnh về quá trình chưng cất rượu ...........................................36 Hình 4.1. Hình ảnh khuẩn lạc của vi sinh vật tổng số mọc trên môi trường phân lập .......................................................................................................37 Hình 4.2. Hình ảnh một số khuẩn lạc đã thuần khiết ................................................37 Hình 4.3. Kết quả thử khả năng lên men đường saccharose và maltose của các chủng .42 Hình 4.4. Biểu đồ thể hiện khả năng tăng sinh của các chủng qua kết quả đo OD ..43 Hình 4.5. Hình ảnh tế bào chủng VPk1 soi dưới kính hiển vi ..................................45 Hình 4.6. Khuẩn lạc trước khi thử nghiệm catalase ..................................................46 Hình 4.7. Khuẩn lạc sau khi thử nghiệm catalase ....................................................46 Hình 4.8. Đồ thị khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự phát triển của chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae VPk1..................................................47 Hình 4.9. Đồ thị khảo sát sự ảnh hưởng của pH tới sự phát triển của chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae VPk1. ................................................................49 Hình 4.10. Đồ thị khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng peptone tới sự phát triển của chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae VPk1. ...............................50 Hình 4.11 Đồ thị khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ đường tới sự phát triển của chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae VPk1 .......................................51 Hình 4.12. Kết quả chưng cất dịch dấm chín quả nho ở 19 độ Brix .........................53 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chú thích VSV : Vi sinh vật KL : Khuẩn lạc OD : Optical density v MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i DANH MỤC CÁC BẢNG......................................................................................... ii DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... iv MỤC LỤC ...................................................................................................................v Phần 1: MỞ ĐẦU ......................................................................................................1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................1 1.2. Mục tiêu của đề tài ...............................................................................................1 1.3. Yêu cầu của đề tài ................................................................................................2 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................2 1.4.1. Ý nghĩa khoa học........................................................................................2 1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................................2 Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...........................................................................3 2.1. Vi sinh vật nói chung và nấm men nói riêng trên vỏ và dịch trái cây. ................3 2.2. Đặc điểm chung của nấm men .............................................................................3 2.2.1. Thành phần hóa học của nấm men ....................................................................4 2.2.2. Đặc điểm hình thái của nấm men ......................................................................4 2.2.3. Cấu tạo tế bào nấm men ....................................................................................5 2.2.4. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa của nấm men ........................................................10 2.2.5. Sự sinh sản của nấm men ................................................................................13 2.2.6. Nhu cầu dinh dưỡng của nấm men ................................................................16 2.2.7 Sự trao đổi chất của nấm men .........................................................................19 2.2.8 Phân loại nấm men ...........................................................................................20 2.2.9 Vai trò của nấm men ........................................................................................22 2.2.10 Ứng dụng của nấm men .................................................................................22 2.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................................24 2.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước. .............................................................24 2.3.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ...........................................................25 vi Phần 3: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......28 3.1 Đối tượng nghiên cứu .........................................................................................28 3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành nghiên cứu ......................................................28 3.3. Hóa chất và thiết bị sử dụng ...............................................................................28 3.3.1. Hóa chất ....................................................................................................28 3.3.2. Dụng cụ và thiết bị sử dụng......................................................................28 3.3.3. Môi trường nuôi cấy .................................................................................29 3.4. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................29 3.5. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................29 3.5.1. Phương pháp thu nhận mẫu ......................................................................29 3.5.2. Phương pháp pha loãng mẫu ...................................................................30 3.5.3. Phương pháp phân lập và tuyển chọn nấm men tổng số ..........................30 3.5.4. Phương pháp cấy chuyển và giữ giống.....................................................31 3.5.5. Quan sát chủng giống qua khuẩn lạc ........................................................33 3.5.6. Xác định khả năng lên men qua khả năng sinh khí .................................34 3.5.7. Thử khả năng catalaza ............................................................................34 3.5.8. Xác định mật độ tế bào bằng phương pháp đo OD .................................35 3.5.9. Phương pháp chưng cất xác định nồng độ cồn .......................................35 3.5.10. Phương pháp xử lý số liệu ......................................................................36 Phần 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................37 4.1. Kết quả phân lập các chủng nấm men từ vỏ quả 1 số loại quả ..........................37 4.2 Tuyển chọn chủng nấm men có khả năng lên men rượu tốt nhất .......................39 4.2.1 Thử khả năng lên men ...............................................................................40 4.2.2. Thử khả năng lên men đường saccharose và maltose ..............................41 4.2.3. Kết quả thí nghiệm khả năng tăng sinh ....................................................42 4.2.4. Nghiên cứu khả năng sinh rượu của các chủng nấm men đã chọn ..........44 4.3. Định danh sơ bộ chủng VPk1 ............................................................................45 4.3.1. Quan sát hình thái tế bào .........................................................................45 4.3.2 Thử nghiệm catalase ..................................................................................46 vii 4.4. Tối ưu hóa điều kiện môi trường sinh trưởng và phát triển của chủng Saccharomyces cerevisiae VPk1 ...............................................................................46 4.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ...........................................................................47 4.4.2. Ảnh hưởng của pH ...................................................................................48 4.4.3 Khả năng sử dụng nguồn nitơ (peptone) ...................................................49 4.4.4. Khả năng sử dụng nguồn carbon (đường glucose) ...................................51 4.5. Thử khả lên men trên môi trường dịch quả........................................................52 Phần 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................54 5.1. Kết luận ..............................................................................................................54 5.2. Kiến nghị ............................................................................................................54 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................55 I. Tài liệu Tiếng Việt .................................................................................................55 II. Tài liệu tiếng anh ..................................................................................................56 PHỤ LỤC 1 Phần 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Ở nước ta, rượu là một thức uống có cồn rất phổ biến, mang đậm tính truyền thống, gắn bó lâu đời và không thể thiếu được trong cuộc sống tinh thần và văn hóa dân tộc. Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại rượu nổi tiếng như rượu ngô Bản Phố, một loại rượu đặc sản của người Mông ở Bản Phố, cao nguyên Bắc Hà, Lào Cai; rượu Làng Vân, đặc sản cổ truyền Bắc Giang; rượu Bầu Đá, đặc sản của miền đất võ Bình Định; rượu Gò Đen của quê hương Long An; rượu Phú Lễ của miền đất Đồng khởi Bến Tre; rượu Xuân Thạnh của Trà Vinh [1]. Bên cạnh những loại rượu truyền thống đấy giờ đây ở trên thị trường nước ta còn du nhập thêm rượu vang từ các nước phương tây. Chế biến rượu vang quả đối với các nước trên thế giới đã là một nghề cổ xưa nhưng ở Việt Nam chỉ mới xuất hiện vài chục năm gần đây [7]. Việc tiêu thụ rượu vang tuy không mạnh nhưng từng bước được người tiêu dùng ưa chuộng do có độ cồn nhẹ, hương vị thơm tự nhiên, có tác dụng kích thích tiêu hoá… và rượu vang dần dần được chọn thay cho các loại rượu mạnh [7] trong các dịp lễ tết. Tuy nhiên, ngành công nghiệp sản xuất rượu vang ở nước ta vẫn còn nhiều hạn chế, chưa thực sự đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Nghiên cứu nâng cao chất lượng rượu vang là vấn đề rất được quan tâm hiện nay. Một trong những phương pháp cải tiến chất lượng là sử dụng nguồn nấm men tự nhiên được phân lập từ nguyên liệu cho quá trình sản xuất rượu vang sẽ cho rượu có độ cồn cao, chất lượng rượu ổn định và mùi vị đặc trưng [15]. Xuất phát tử thực tế đó em xin thực hiện đề tài: “Phân lập và tuyển chọn một số chủng nấm men có khả năng lên men rượu cao trên vỏ trái cây”. Hoạt động này giúp cải thiện và tăng cường chất lượng rượu vang, góp phần đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao giá trị kinh tế của các loại quả và phần nào đáp ứng nhu cầu sử dụng các dạng nước uống có cồn đa dạng hiện nay. 1.2. Mục tiêu của đề tài Phân lập được các chủng nấm men từ vỏ quả ở các vùng miền khác nhau. 2 Tuyển chọn được chủng nấm men có hoạt lực cao nhất trong các chủng đã phân lập được. 1.3. Yêu cầu của đề tài Phân lập được chủng nấm men có trên vỏ quả. Tuyển chọn được chủng nấm men có hoạt lực lên men rượu cao nhất để sản xuất rượu vang. Sơ bộ định danh chủng có hoạt lực cao nhất trong sản xuất rượu vang. Tối ưu hóa điều kiện sinh trưởng và phát triển của chủng đã tuyển chọn. Thử khả năng lên men trên môi trường dịch quả cho chủng tốt nhất. 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.4.1. Ý nghĩa khoa học Giúp sinh viên củng cố và hệ thống hóa lại kiến thức đã học vào nghiên cứu khoa học. Củng cố cho sinh viên tác phong cũng như kỹ năng làm việc sau này. Biết được phương pháp nghiên cứu một vấn đề khoa học, xử lý, phân tích số liệu, trình bày một bài báo cáo khoa học. 1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu sẽ xác định được chủng nấm men có khả năng lên men cao, ứng dụng trong ngành sản xuất rượu vang, cũng như các sản phẩm len men khác. Đem lại năng suất, chất lượng cao. Là nguồn tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu thuộc cùng lĩnh vực. 3 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Vi sinh vật nói chung và nấm men nói riêng trên vỏ và dịch trái cây. Hệ vi sinh vật trên vỏ và dịch trái cây tương đối phong phú và phức tạp. trong đó nấm mốc (76 – 90%), nấm men (9 – 22%) còn lại chiếm tỷ lệ thấp là vi khuẩn không sinh bào tử hoặc có bào tử, xạ khuẩn và Micobacter.  Nấm men - Nấm men rượu vang: Saccharomyces Vini và S.ovifomis. Hai loại này được dùng chủ yếu để lên men rượu vang. - Nấm men nhọn đầu: Hansenias pora apiculata giống men này làm giảm chất lượng vang. Giống men này rất phổ biến ở cỏ dại. - Pichia có hình dáng ovan. Kích thước tế bào không lớn lắm (3,6 – 7,2 x 3 5µm). Giống men này làm hỏng vang. - Zygopichia làm đục vang sau khi chiết chai. - Hansenula có khả năng sinh trưởng nhanh trên bề mặt dịch quả sinh trưởng được ở vang có 9 – 13% cồn. Nó là tác nhân mạnh mẽ tạo cho vang có các este bay hơi (làm vang có mùi thơm riêng biệt) nhưng đồng thời nó cũng làm đục vang.  Vi khuẩn và nấm mốc Hầu hết vi khuẩn đều gây “bệnh” cho vang nhưng có một loại thuộc vi khuẩn lactic phát triển biến axit malic thành axit lactic (lên men malo – lactic). Vi khuẩn này tham gia vào làm chín vang làm cho vang có mùi thơm hoàn thiện. Trên vỏ trái cây cũng chứa các bào tử của giống Mucor, nấm hình chổi xuề hay bàn tay (mốc xanh) và As pergilusniger (mốc đen) là những tác nhân nguy hiểm cho vang nhưng cũng có nấm mốc Botrytis cinera làm tăng chất lượng cho vang [15]. 2.2. Đặc điểm chung của nấm men Nấm men là loại vi sinh vật đơn bào, có khả năng sống trong môi trường dinh dưỡng có chứa đường, nitơ, photpho và các chất hữu cơ, vô cơ khác. Chúng là 4 các vi sinh vật dị dưỡng có khả năng sống trong các môi trường hiếu khí và yếm khí [9]. Đa số chúng sinh sôi nảy nở theo lối nảy chồi, cũng có khi hình thức phân cắt tế bào. Thành tế bào có chứa manane. Nấm men sống và tồn tại phân bổ rất rộng rãi trong tự nhiên nhất là trong môi trường có chứa dịch đường, pH thấp ví dụ như trong môi trường dịch hoa quả, dịch rỉ đường, mật ong, trong đất ruộng mía, trong đất trồng cây ăn quả, trong đất có nhiễm dầu mỏ [9]. 2.2.1. Thành phần hóa học của nấm men Tế bào nấm men chứa đến 80% là nước. Bởi vậy, trong nấm men bia ép tỉ lệ giữa trọng lượng ướt và trọng lượng khô là 4:1. Nguyên tố chủ yếu là carbon, chiếm < 50% chất khô. Các nguyên tố chính khác như oxy (30 – 35%), nitơ (75%) hydro (5%) và photpho (1%). Hàm lượng chất khoáng tổng số khoảng 5 - 10% chất khô của tế bào. Trong tế bào còn chứa rất nhiều các thành phần khác như nhôm, canxi, đồng, crom, sắt, chì, natri, kali, lưu huỳnh, magie, niken,.... Các nhóm thành phần chính gồm các chất cao phân tử, đó là các protein (40 – 45% chất khô), carbohydrat (30 – 35%), axit nucleic (6 – 8%) và lipit (4 – 5%). Thành phần chính xác của các nhóm cao phân tử trong mỗi chủng nấm men khác nhau do điều kiện nuôi cấy, pha phát triển [9]. 2.2.2. Đặc điểm hình thái của nấm men Tế bào nấm men có hình dạng: Hình cầu, hình ovan hoặc là hình elip, hình quả chanh, hình trụ hình chùy hoặc đôi khi còn kéo dài thành sợi. Nấm men có thể thay đổi hình dáng và kích thước trong các giai đoạn phát triển và điều kiện môi trường môi trường xung quanh. Hình thái của chúng không thay đổi chỉ ở các giống nuôi cấy khi còn trẻ trong các điều kiện môi trường tiêu chuẩn. So với các vi sinh vật khác (đối với vi khuẩn chẳng hạn) tế bào nấm men có kích thước tương đối lớn: Đường kính khoảng 7µm; chiều dài khoảng 8 – 12µm (1µm – micro mét = 10-6 m). Với kích thước này ta có thể ước tính bề mặt của tế bào nấm men trong 1 lít dịch lên men vào khoảng 10m2 và do vậy cường độ trao đổi chất của tế bào nấm men với môi trường xung quanh là vô cùng to lớn. Khối lượng nấm men là 500 kg so với trâu bò cùng khối lượng thì một ngày đêm nấm men tổng 5 hợp được 50 tấn protein, còn trâu bò chỉ tổng hợp được 0,5 kg (như vậy gấp 100,000 lần). Trọng lượng riêng của tế bào nấm men không khác mấy so với tế bào vi khuẩn (ở nấm men chỉ số này là 1,055 – 1,060, ở vi khuẩn 1,050 - 1,112) [5]. 2.2.3. Cấu tạo tế bào nấm men Nấm men là sinh vật đơn bào hiển vi, tế bào cơ bản giống như ở động, thực vật. So sánh cấu tạo tế bào nấm men với vi khuẩn ta thấy có sự tiến hóa nhảy vọt từ nhân sơ đến nhân chuẩn. Cùng với sự tiến hóa về nhân và cơ chế phân chia nhân (nhân có màng, có các thể nhiễm sắc, phân bào có tơ...) ở cơ thể xuất hiện nhiều thể không thấy ở nhân sơ, như ti thể, lục lạp... Tế bào nấm men có thành phần và cấu tạo phức tạp. Trong tế bào có các cấu tử tiểu thể và có thể chia thành: Các cơ quan nội bào hay cơ quan tử của tế bào và các chất chứa trong tế bào hay các thể vùi của tế bào. Vỏ tế bào: Bao quanh tế bào nấm men là một lớp màng mỏng dày đặc, mềm mại có thể đàn hồi để định hình cũng như bảo vệ tế bào chống lại các tác động bên ngoài và chất độc. Vỏ tế bào nấm men mang điện. Nó còn có tác dụng giữ áp suất thẩm thấu nội bào, điều chỉnh các chất dinh dưỡng là các hợp chất có phân tử lượng thấp và các muối khoáng đi qua các lỗ nhỏ vào trong tế bào. Thành tế bào: Thành tế bào bao bọc xung quanh tế bào, có độ bền cao, chiều dày là 150 – 250nm. Trên thành tế bào có nhiều lỗ nhỏ li ti để nước, đường và các chất dinh dưỡng cần thiết cho tế bào có thể đi qua được. Thành tế bào chiếm khoảng 20% tổng khối lượng chất khô của tế bào. Thành tế bào có khoảng 90% là carbohydrat, phần còn lại là protein, trong số các carbohydrat, glucan là nhiều nhất, chúng chiếm khoảng 30 – 50% tổng lượng chất khô của thành tế bào. Các glucan sắp xếp thành các cấu trúc hình sợi nhỏ, dài, chúng liên kết với nhau bằng liên kết β-1,3 và β-1,6. Hầu hết cacbohydrat còn lại là mannoprotein. Nhiệm vụ của thành tế bào là bảo vệ tế bào trước các tác động bên ngoài, khống chế các quá trình trao đổi chất và áp suất thẩm thấu ở trong và ngoài tế bào, 6 quyết định hình dáng của tế bào. Thành tế bào quyết định sự tương tác giữa các tế bào với môi trường bên ngoài. Thành tế bào rất dễ bị phá hủy bởi các tác nhân cơ học (teo nguyên sinh chất), lý học (nhiệt độ, tia Rongen, tia tử ngoại, tia cực tím), hóa học (môi trường axit hoặc quá kiềm), sinh lý học (nhiễm vi sinh vật lạ, nhiễm vi sinh vật trong quá trình nuôi cấy). - Màng nguyên sinh chất (màng tế bào chất). Màng nguyên sinh chất bao quanh tế bào chất và là lớp rào cản bên trong giữa thành tế bào và khoảng không gian chu chất. Màng tế bào chất của nấm men tương tự của tế bào nhân chuẩn eukaryote khác. Thành phần chính là các lipit và các protein. Có nhiều loại protein khác nhau, nhưng chức năng chính không phải là tạo cấu trúc. Chúng gồm các enzym thực hiện các quá trình tổng hợp trên thành tế bào, các quá trình này xúc tác cho các chất dinh dưỡng thấm qua thành tế bào. ATPaza thì có chức năng duy trì lực chuyển động proton và là chất nhận thông tin từ tế bào. Các chất béo trong màng chủ yếu là photpholipit, photphatidyonisitol, photphatidylserin. Ngoài ra còn chứa một lượng nhỏ các sterol mà hấu hết ở dạng ergosterol. Cấu trúc của Màng nguyên sinh chất tế bào cho đến nay vẫn chưa được xác định chính xác. Theo singer và Nicholson, 1972, mô tả Màng nguyên sinh chất gồm 2 lớp photpholipit trong đó các nhóm kị nước hướng đối diện nhau, còn mặt kị nước hướng ra ngoài môi trường dung dịch trong khoảng không và tế bào chất. Các protein và sterol nằm giữa 2 lớp photpholipit này. Các sterol chứa các nhóm hydroxy có điện cực và một khung kị nước. Khung này cho phép chúng tự định hướng theo mặt phẳng vuông góc giữa các chuỗi kị nước và các photpholipit. Chức năng chính của Màng nguyên sinh chất là điều chỉnh sự thẩm thấu qua tế bào của các chất dinh dưỡng. Màng có tính chất thẩm thấu chọn lọc chỉ cho qua những chất cần thiết và có lợi cho tế bào đồng thời thải ra ngoài những chất cặn bã như (CO2, rượu, axit....). Nó là một khuôn cấu trúc cho phép sinh ra các gradien proton và ion cần thiết cho việc sinh năng lượng của rất nhiều phản ứng hấp thụ. 7 Một chức năng quan trọng khác là phát hiện và phản ứng với các kích thích bên ngoài. Các chất nhận thông tin từ tế bào nằm ở vị trí phù hợp trên màng tế bào chất. Màng nguyên sinh chất còn có những vùng chứa enzym liên quan đến chu trình tổng hợp khác của tế bào, phân bố các vùng này phù hợp với cấu trúc không gian và chức năng. Tế bào chất: Ở vùng giữa vỏ thành tế bào với màng tế bào chất ta thấy hàng loạt enzym, chủ yếu là những enzym thuỷ phân, như ß-fructofuranozidaza (invectaza) và phosphataza axit. Thành phần protein có trong vỏ tế bào chiếm khoảng 10% chất khô. Trong số này có một phần là các enzym liên kết với vỏ thành tế bào. Trong các enzym kể trên invectaza có bản chất mannoprotein. Mannan ở enzym chiếm tới 50% và đóng một vai trò quan trọng làm bền vững cho phân tử enzym [15]. Phần nhiều các protein còn lại ở đây kết hợp với mannan. Như vậy, mannan đóng vai trò cấu trúc enzym trong vỏ tế bào. Ngoài ra, tính kết chùm và lắng của các tế bào nấm men cũng chịu ảnh hưởng bởi cấu trúc mannoprotein của thành tế bào. Thông thường thành phần này của vỏ tế bào có liên quan đến hiện tượng tạo hình dạng sợi bông (kết tủa lắng xốp - flocculus) của nấm men. Đối với nấm men cũng như vi khuẩn người ta đã khẳng định rằng khuẩn lạc của chúng chuyển từ dạng S (dạng nhẵn - smooth) sang dạng R (xù xì, sần sùi - rough) và tạo thành sợi bông trong môi trường là do biến đổi các nhóm ưa nước (hydrophite) ở trong vỏ tế bào thành các nhóm kỵ nước (hydrophobe). Song, qua phân tích vỏ tế bào nấm men S. cerevisiae và S. carlsbergenis (một chủng không tạo thành dạng bông và một chủng tạo thành dạng bông) được nuôi trên môi trường tổng hợp không thấy sự khác biệt về hàm lượng các chất cơ bản theo thời gian sinh trưởng, còn hàm lượng mannan giảm từ từ và glucan được tăng lên. Mối liên kết hoạt động giữa phosphomannan với ion canxi (Ca2+) của 2 tế bào dạng bông có thể tạo thành kết tủa xốp. Hàm lượng protein ở vỏ tế bào với các phức hợp protein-polysacarit, phosphat và lipit. Trong đó một số phức protein-polysacarit là thành phần của hai 8 enzym gluconaza và mannanaza. Hai enzym này thường tập trung ở chổ nảy chồi của nấm men. Chúng làm mềm vỏ tạo điều kiện cho chồi sẹo này thành chồi. Enzym invectaza ở đây có bản chất là mannoprotein. Phần protein còn lại không phải là enzym kết hợp thành phức với mannan và polysacarit khác đóng vai trò cấu trúc của vỏ. Tính tạo bông của tế bào cũng chịu ảnh hưởng của cấu trúc mannoprotein của vỏ tế bào [15]. Microxom hay lipoxom Đây là thể vùi có dạng hạt siêu hiển vi, được cấu tạo từ lipoit, protit và axit ribonucleic (ARN). Các thành phần này ta thấy hàm lượng protit và ARN hầu như bằng nhau còn lipit là rất nhỏ. Ở đây sẽ xảy ra các quy trình sinh tổng hợp protein cho tế bào từ các axit amin đã được hoạt hoá ở hệ thống ti thể, Các axit amin này được nối với nhau theo lệnh của nhân được chuyển qua ARN đi vào các phản ứng sinh tổng hợp protein [15]. Ti thể (Mitochondria hay Chondrixom) Ti thể có dạng hạt nhỏ, dạng que hoặc dạng sợi mảnh phân bố trong tế bào chất ở khoảng giữa vỏ tế bào và không bào. Có thể thấy chúng ở tất cả các giai đoạn sinh trường của tế bào nấm men: thời kỳ yên tĩnh, nảy chồi, sinh bào tử ... Chiều dài của sợi ti thể là 0,2 - 7,5µm. Hình dáng của nó có thể thay đổi trong quá trình nuôi cấy, có thể là từ các hạt hoặc que hay sợi đơn đến kết thành chuỗi. Bình thường số lượng ti thể trong tế bào nấm men đao động rất lớn: Từ 1 đến 50. Nếu trong tế bào chỉ có 1 ti thể thì thể tích cùa nó chiếm không nhỏ hơn 20% thể tích tế bào, ở S. cerevisiae có 1 ti thể chiếm tới 88% thể tích tế bào. Trong môi trường có nồng độ glucose thấp tế bào nấm men có tới 100 - 200 ti thể, nhưng ở nồng độ cao chỉ thấy 30 – 40. Những chất dinh dưỡng thấm vào nội bào được hấp thụ và tích lũy bởi ti thể sẽ nhanh chóng thành dạng đậm đặc nhờ các enzym tương ứng tham gia. Các phản ứng năng lượng quan trọng, quá trình phosphoryl hóa có oxy tham gia và các phản ứng của chu trình Krebs (chu trình axit tricacboxylic - ATC) xảy ra hoàn toàn trong ti thể. Có thể xem ti thể là “Các trạm năng lượng của tế bào”. Ở đây xảy ra hàng 9 loạt các phản ứng hoạt hoá các axit amin đi vào Riboxom để tham gia quá trình sinh tổng hợp protein, hoạt hoá các chất béo và nhiều các hợp chất khác nữa để sẵn sàng thực hiện các phản ứng hóa sinh trong trao đổi chất của tế bào. Thực tế là trong các quá trình đặc biệt quan trọng của sự trao đổi chất của tế bào, các ti thể đều có mặt ở các vị trí khu trú nhất định của mình. Ti thể của nấm men có cấu tạo chủ yếu từ khoảng 30% chất béo và 60 - 70% protein. Trong số protein này có khoảng 25 - 75% ở dạng protein cấu trúc. Trong ti thể có chứa các enzym thực hiện các phản ứng oxy hoá trong vòng ATC, chuyển điện tử qua chuỗi hô hấp và quá trình phosphoryl hóa để thực hiện chức năng cung cấp năng lượng sinh học và vật liệu tham gia vào các cơ chế phức tạp tái tạo ADN, phiên mã và dịch mã các thông tin di truyền vào sinh tổng hợp phospholipit của Sterin, vào hoạt hóa các axit béo... Các axit nucleic (ADN và ARN) là các cấu tử nhưng có số lượng không lớn trong ti thể. Một trong các phát minh quan trọng là tìm thấy ADN trong ti thể và được ký hiệu là MADN loại ADN này khác đáng kể với ADN trong nhân tế bào [15]. Không bào (vacuole) Không bào là một cơ quan nội bào có dạng hang (hốc) chứa đầy dịch bào và được tách ra từ tế bào chất thành màng không bào. Hình dạng không bào thay đổi liên tục, chuyển dịch và tiếp xúc với tế bào chất. Trong dịch bào ngoài các chất điện ly hoà tan trong nước còn có các hợp chất dạng keo như protein, chất béo, hydratcacbon và enzym chứa trong bào quan này. Trong dịch bào còn thấy có mặt Na, K, Ca, Mg, Cl-, S042- và PO43- ở dạng các nguyên tử riêng biệt hoặc muối không làm cho nồng độ của chúng ở đây cao hơn nhiều lần hàm lượng muối ở môi trường xung quanh. Kích thước và hình dáng không bào thay đổi rất nhiều. Một tế bào nấm men có thể có một vài hoặc một không bào ở trung tâm. Không bào chứa các ti thể vùi rất đa dạng, có thể là các chất ở dạng hoà tan, ở dạng tinh thể hay ở dạng hạt hoặc giọt. pH trong dịch bào là 5,9 - 6,0, áp suất thẩm thấu của dịch bào gần với của dung dịch muối NaCl 2,5 - 3,5%. Thông thường các chất chứa trong dịch bào không phản quang, các thể kết tinh và lipit chuyển động mới bắt sáng. Các quá trình oxy 10 hóa - khử xảy ra trong dịch bào. Không bào của nấm men trưởng thành thường lớn hơn khi ở tế bào trẻ. Tuy nhiên, ở một thời điểm của vòng đời khi nẩy chồi mới bắt đầu thì hình như không bào được chia thành nhiều không bào nhỏ và một số trong đó được chuyển sang tế bào con. Sau đó các không bào còn lại có xu hướng tái hợp thành một không bào duy nhất. Sự tạo thành không bào ở tế bào nấm men đến nay vẫn chưa biết được đầy đủ. Song, chắc chắn là không bào có chứa các enzym thuỷ phân, enzym oxy hóa khử, các polyphosphat, lipit, các hợp chất trung gian của tế bào có phân tử lượng thấp và các ion kim loại [15]. 2.2.4. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa của nấm men Nấm men đặc biệt là chủng Saccharomyces cerevisiae là loại hiếu khí, nhưng khi thiếu 02 chúng lên men thành ethanol và CO2 qua con đường EM: pyruvat bị decacboxi hóa thành axetaldehyt và CO2 nhờ enzyme pyruvat – decacboxilase (phụ thuộc vào TPP), sau đó axetaldehyt bị khử thành ethanol nhờ alcohol – dehydrogenase. Nếu thêm hydrosulfit vào dung dịch nấm men đang lên men glucose, axetaldehyt sẽ bị giảm: Hiệu suất ethanol và CO2 giảm, đồng thời glyxerin xuất hiện. Sự lên men etilic thông thường được gọi là: “Dạng lên men Neuberg 1”. Nấm men là vi sinh vật kỵ khí tùy tiện. Khi thiếu O2 chúng lên men mạnh nhưng không sinh trưởng, khi có O2 chúng hô hấp và lên men bị ức chế (hiệu quả Pasteur), sự tiêu thụ glucose sản lượng ethanol và CO2 đều giảm sinh khối, trái lại tăng lên tế bào chỉ tạo thành 2mol ATP/mol 2 mol glucose khi lên men so với 38 ATP/mol glucose khi hô hấp. Hiện tượng trên chịu sự điều chỉnh của một số cơ chế trong đó cơ chế cạnh tranh ADP và Pi [17]. Đối với nấm men trong quá trình hoạt động sống, chúng đồng hóa các monosacarit trong điều kiện yếm khí, thải ra môi trường xung quanh sản phẩm dị hóa là rượu etylic và khí cacbonic nhờ tác dụng của một phức hệ enzyme. Đây là một trong những đặc trưng quan trọng của nấm men đã được nhân dân ta ứng dụng từ lâu đời để sản xuất rượu (rượu ngang, rượu nếp) [10]. 11 Chúng ta đều biết, mọi quá trình muốn tiến hành được đòi hỏi phải có năng lượng. Để thực hiện được các hoạt động sống như sinh trưởng, phát triển và sinh sản của mình, nấm men đòi hỏi phải có năng lượng. Lên men là quá trình để cung cấp năng lượng và các hợp chất trung gian cho tế bào nấm men. Nhưng tế bào sống chỉ sử dụng năng lượng ở dạng hóa năng tàng trữ trong các mạch carbon và được giải phóng ra trong các phản ứng enzyme do sự chuyển điện tử từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác. Các phản ứng hóa sinh trong quá trình lên men là phản ứng chuyển hydro. Các enzyme xúc tác quá trình tách hydro khỏi cơ chất được gọi là enzyme dehydrogenase. Như vậy lên men là quá trình oxy hóa khử sinh học [10]. Lên men là quá trình để thu năng lượng qua đó hydro tách ra khỏi cơ chất được chuyển đến chất tiếp nhận cuối cùng là chất hữu cơ. Hợp chất hữu cơ được khử rồi đi vào môi trường dinh dưỡng và tích tụ lại trong đó. Trong quá trình lên men rượu, hợp chất hữu cơ được tích tụ chủ yếu là rượu etylic [10]. Quá trình lên men chuyển hóa đường thành rượu là quá trình sinh hóa phức tạp, bao gồm một chuỗi các phản ứng theo con đường fructose – 1,6 – diphotphat. Người ta nhận thấy rằng chu trình Embden – Meyerhof – parnas và chu trình Crep là trung tâm của các quá trình lên men. Vỡ lẽ những chu trình này đáp ứng được các yêu cầu về nguồn năng lượng, nguồn carbon và nguồn các chất khử là những yếu tố rất cần thiết để duy trì các hoạt động sống của tế bào [10]. Các chủng nấm men khác nhau có khả năng đồng hóa (lên men) các nguồn hydrocarbon khác nhau. Sự khác nhau này do tính chất đặc hiệu, chuyển hóa của các loại enzyme chứa trong tế bào nấm men quyết định. Nói chung đại bộ phận các chủng nấm men đều đồng hóa được các monosacarit glucose, fructose... Đối với quá trình lên men rượu, nguồn hydrocarbon có ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng rượu. Ví dụ chủng S.cerevisiae XII chỉ lên men được glucose, fructose, sacarose, galactose và rafinose nhưng không lên men được lactose. Còn đối với chủng S.cerevisiae lại lên men được glucose, fructose, sacarose, mantose và cả dextrin [10].
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan