Tài liệu Khảo sát khả năng lên men và tính chịu nhiệt từ nấm men thương mại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ---------- LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH VI SINH VẬT HỌC KHẢO SÁT KHẢ NĂNG LÊN MEN VÀ TÍNH CHỊU NHIỆT TỪ NẤM MEN THƢƠNG MẠI CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN ThS. HUỲNH XUÂN PHONG LÊ THỊ TRÚC LY MSSV: 3113726 LỚP: VI SINH VẬT HỌC K37 Cần Thơ, Tháng 12/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ---------- LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH VI SINH VẬT HỌC KHẢO SÁT KHẢ NĂNG LÊN MEN VÀ TÍNH CHỊU NHIỆT TỪ NẤM MEN THƢƠNG MẠI CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN ThS. HUỲNH XUÂN PHONG LÊ THỊ TRÚC LY MSSV: 3113726 LỚP: VI SINH VẬT HỌC K37 Cần Thơ, Tháng 12/2014 Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ PHẦN KÝ DUYỆT -------------------- CÁN BỘ HƢỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN Huỳnh Xuân Phong Lê Thị Trúc Ly XÉT DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………...................………………………………… Cần Thơ, ngày tháng năm 2014 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký tên) Chuyên ngành Vi sinh vật học i Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ LỜI CẢM TẠ -------------------Em xin chân thành gởi lời cám ơn đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban Giám Đốc Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, cùng Quý Thấy, Cô đã tận tâm, tận tình giảng dạy em trong thời gian học tập vừa qua. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của em đến cô PGS.TS. Ngô Thị Phương Dung đã tạo điều kiện tốt nhất để em thực hiện đề tài và chân thành cảm ơn Thầy ThS. Huỳnh Xuân Phong – người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong thời gian em thực hiện Luận văn tốt nghiệp. Thầy Phạm Hồng Quang – cố vấn học tập đã chỉ dẫn, khuyên bảo em trong suốt thời gian em học tập tại trường. Xin chân thành cảm ơn anh Nguyễn Ngọc Thạnh, Bùi Hoàng Đăng Long – cán bộ phòng thí nghiệm CNSH Thực Phẩm, anh chị cán bộ các phòng thí nghiệm của Viện Nghiên Cứu và Phát triển Công Nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ đã hỗ trợ, đóng góp ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện đề tài. Xin ghi ơn gia đình, các anh chị, bạn bè đã động viên giúp đỡ, cũng như hỗ trợ, chỉ dẫn em trong những tình huống khó khăn khi làm luận văn. Em xin chân thành cảm ơn tập thể các bạn sinh viên lớp Vi Sinh Vật khóa 37 và các anh chị Cao học đã nhiệt tình giúp đỡ trong thời gian qua. Kính chúc Quý Thầy Cô được nhiều sức khỏe, thành đạt trên nhiều lĩnh vực và luôn có những cống hiến quý báu cho sự nghiệp giáo dục và đào tạo. Xin chân thành cảm ơn ! Cần Thơ, ngày 21 tháng 12 năm 2014 Sinh viên thự hiện Lê Thị Trúc Ly Chuyên ngành Vi sinh vật học ii Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ TÓM LƢỢC Đề tài ʻʻKhảo sát khả năng lên men và tính chịu nhiệt từ nấm men thương mạiʼʼ nhằm khảo sát các đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa, chịu nhiệt và lên men của 20 chủng nấm men được phân lập từ nguồn nấm men thương mại. Qua đó sơ tuyển nấm men thông qua hoạt tính lên men, khả năng chịu cồn (3%, 6%, 9%, 12%), khả năng chịu nhiệt (30ºC, 35ºC, 37ºC, 40ºC, 43ºC và 45ºC) và khả năng sinh ethanol ở nhiệt độ cao (30ºC, 35ºC, 37ºC, 39ºC và 42ºC). Kết quả cho thấy hình thái nấm men rất đa dạng với 7 dạng tế bào từ 20 chủng phân lập: hình cầu lớn, oval lớn, oval nhỏ, elip, elip dài, hình trụ, oval dạng chùm. Tuyển chọn được 3 chủng triển vọng là Ins 3, CT2, TM1có khả năng sinh ethanol nồng độ cao. Chủng Ins 3, CT2 chịu được nhiệt độ 40ºC, chủng TM1 chịu được 37ºC. Cả 3 chủng nấm men đều có khả năng lên men cả 3 lọai đường là glucose, saccharose và maltose trong thời gian rất ngắn (làm đầy chuông Durham 30 mm trong 10 giờ) và chịu được cồn 12% (v/v). Chủng Ins 3 lên men đạt được độ rượu 6,1 % (v/v) ở 30oC và là chủng có khả năng sinh ethanol cao nhất so với 2 chủng TM1 và CT2 có ý nghĩa thống kê với độ tin cậy 95%. Ở 35ºC và 37ºC, chủng Ins 3 sinh ethanol nồng độ khá cao 5,54% và 4,847% (v/v) và chủng CT2 (5,5067% và 4,367% v/v) khác biệt có ý nghĩa thống kê so với chủng TM1 (3,463% và 3,523% v/v) . Nhiệt độ từ 39ºC, nồng độ ethanol sinh ra ở chủng Ins 3 cũng khá cao 5,043% (v/v) khác biệt có ý nghĩa thống kê so với 2 chủng CT2 (2,767% v/v) và TM1 (2,533% v/v). Từ khóa: chịu cồn, chịu nhiệt, nấm men, sản xuất ethanol công nghiệp. Chuyên ngành Vi sinh vật học iii Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ MỤC LỤC Trang XÉT DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG ...................................................................................i LỜI CẢM TẠ ................................................................................................................ ii TÓM LƢỢC ................................................................................................................. iii MỤC LỤC .....................................................................................................................iv DANH SÁCH BẢNG .................................................................................................. vii DANH SÁCH HÌNH .................................................................................................. viii CÁC TỪ VIẾT TẮT .....................................................................................................ix CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU ........................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................ 1 1.2. Mục tiêu đề tài ..................................................................................................... 3 1.3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 3 CHƢƠNG 2. LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU ..................................................................... 4 2.1. Một số loại men thƣơng mại .............................................................................. 4 2.1.1. Nấm men bánh mì (baker’s yeast ) ................................................................ 4 2.1.2. Nấm men bia (brewer’s yeast) ....................................................................... 4 2.1.3. Nấm men bia dinh dưỡng (nutritional brewer’s yeast) .................................. 5 2.1.4. Nấm men rượu (distiller”s yeast) ................................................................... 5 2.1.5. Nấm men probiotic (probiotic yeast) ............................................................. 5 2.1.6. Nấm men Torula (Torula yeast) ..................................................................... 6 2.2. Giới thiệu chung về nấm men ............................................................................ 7 2.2.1. Hình dạng và kích thước ................................................................................ 7 2.2.2. Cấu tạo tế bào nấm men ................................................................................. 8 2.2.3. Các quá trình sinh lý của tế bào nấm men ..................................................... 9 2.2.4. Phân lập nấm men ........................................................................................ 12 2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của nấm men trong điều kiện nuôi cấy thu sinh khối tế bào.......................................................................................... 12 Chuyên ngành Vi sinh vật học iv Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ 2.2.6. Vai trò và ứng dụng của nấm men ............................................................... 15 2.3. Nấm men chịu nhiệt .......................................................................................... 16 2.4. Một số loài nấm men chịu nhiệt quan trọng................................................... 18 2.4.1. Nấm men Klyveromyces spp. ....................................................................... 18 2.4.2. Nấm men Saccharomyces spp...................................................................... 19 2.4.3. Nấm men Candida spp. ................................................................................ 20 2.5. Lên men ethanol ................................................................................................ 21 2.5.1. Khái quát quá trình lên men ethanol ............................................................ 21 2.5.2. Cơ chế của quá trình lên men ethanol .......................................................... 22 2.5.3. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình lên men ethanol ........................ 23 CHƢƠNG 3. PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 27 3.1. Phƣơng tiện nghiên cứu ................................................................................... 27 3.1.1. Thời gian, địa điểm thực hiện ...................................................................... 27 3.1.2. Nguyên liệu .................................................................................................. 27 3.1.3. Hóa chất ....................................................................................................... 27 3.1.4. Dụng cụ, thiết bị ........................................................................................... 27 3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................. 28 3.2.1. Phân lập các chủng nấm men từ nấm men thương mại .............................. 28 3.2.2. Xác định hình thái sinh lý, sinh hóa của các chủng nấm men ..................... 29 3.2.3. Sơ tuyển nấm men có hoạt tính lên men ...................................................... 31 3.2.4. Khảo sát khả năng chịu ethanol của các chủng nấm men ............................ 31 3.2.5. Khảo sát khả năng chịu nhiệt của các chủng nấm men................................ 32 3.2.6. Khảo sát khả năng lên men ethanol của các chủng nấm men ...................... 32 3.2.7. Phương pháp phân tích ................................................................................. 33 CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢI LUẬN .............................................................. 34 4.1. Phân lập nấm men ............................................................................................ 34 4.2. Xác định hình thái sinh lý, sinh hóa của các chủng nấm men ...................... 34 4.2.1. Đặc điểm hình thái ....................................................................................... 35 4.2.2. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa của nấm men ..................................................... 38 4.3. Sơ tuyển hoạt tính lên men............................................................................... 43 4.4. Khả năng chịu ethanol của các chủng nấm men ............................................ 45 4.5. Kết quả chịu nhiệt của các chủng nấm men ................................................... 47 Chuyên ngành Vi sinh vật học v Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ 4.6. Khả năng lên men ethanol của các chủng nấm men đƣợc tuyển chọn ........ 50 CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................. 53 5.1. Kết luận .............................................................................................................. 53 5.2. Đề Nghị............................................................................................................... 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 54 PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 61 PHỤ LỤC 1. MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM PHỤ LỤC 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VI SINH PHỤ LỤC 3. BẢNG KẾT QUẢ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM PHỤ LỤC 4. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THỐNG KÊ Chuyên ngành Vi sinh vật học vi Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ DANH SÁCH BẢNG Bảng 1. Thành phần hoá học của nấm men ..................................................................... 9 Bảng 2. Sự hiện diện và ứng dụng của nấm men trong một số thực phẩm, thức uống có cồn và sản phẩm lên men............................................................ 16 Bảng 3. Những chủng nấm men được khảo sát có khả năng phát triển và sản sinh ethanol ở nhiệt độ 37ºC đến 45ºC .................................................................... 18 Bảng 4. Tên các chủng nấm men phân bố ở 3 địa điểm thu mẫu .................................. 34 Bảng 5. Đặc điểm hình thái và kích thước của khuẩn lạc và tế bào nấm men .............. 36 Bảng 6. Tổng hợp các dạng tế bào của 20 nấm men phân bố ở 3 địa điểm .................. 37 Bảng 7. Chiều cao cột khí trong ống Durham (mm) lên men đường Saccharose 2% .. 39 Bảng 8. Chiều cao cột khí trong ống Durham (mm) lên men đường Maltose 2% ........ 39 Bảng 9. Tổng hợp các đặc điểm sinh lý, sinh hóa của 20 chủng nấm men ................... 43 Bảng 10. Chiều cao cột khí CO2 (mm) của 20 chủng nấm men theo thời gian lên men đường glucose 2% ............................................................................................ 44 Bảng 11. Khảo sát khả năng chịu ethanol của 20 chủng nấm men ............................... 45 Bảng 12. Khảo sát khả năng chịu nhiệt của 20 chủng nấm men sau 48 giờ ................. 47 Bảng 13. Chiều cao cột khí CO2 (cm) trong ống Durham của 20 chủng nấm men lên men đường glucose 2% sau 10 giờ .................................................................. 48 Bảng 14. Đặc tính lên men glucose, chịu ethanol và chịu nhiệt của các chủng nấm men được tuyển chọn ....................................................................................... 49 Bảng 15. Khả năng lên men của 3 củng nấm men được tuyển chọn ............................ 50 Chuyên ngành Vi sinh vật học vii Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ DANH SÁCH HÌNH Hình 1. Tế bào nấm men quan sát dưới kính hiển vi điện tử .......................................... 7 Hình 2. Sơ đồ cơ chế lên men ethanol ............................................................................ 9 Hình 3. Nấm men Kluyveromyces lactis ....................................................................... 19 Hình 4. Nấm men saccharomyces cerevisiae ................................................................ 19 Hình 5. Nấm men Candida spp ..................................................................................... 20 Hình 6. Cơ chế lên men glucose của nấm men tạo ethanol và CO2 ............................. 22 Hình 7. Hình dạng khuẩn lạc của một số chủng nấm men ............................................ 35 Hình 8. Hình dạng điển hình của 7 nhóm nấm men ở vật kính X100 ........................... 37 Hình 9. Sự đổi màu môi trường Urea của một số chủng nấm men ............................... 41 Hình 10. Khả năng phân giải gelatine của các chủng nấm men ................................... 42 Hình 11. Khuẩn lạc của một số chủng nấm men chịu cồn ở các nồng độ 0% (A), 3% (B), 6% (C), 9%(D) và 12% (E) ....................................................................... 46 Hình 12. Khuẩn lạc của một số chủng phát triển ở các mức nhiệt độ 30ºC (A), 35ºC (B), 37ºC (C) và 40ºC (D) và 7 chủng nấm men phát triển trên 43ºC (E, F, G, H) ...................................................................................................................... 48 Hình 13. Mối tương quan giữa nhiệt độ và các chủng nấm men lên nồng độ ethanol .. 51 Chuyên ngành Vi sinh vật học viii Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ CÁC TỪ VIẾT TẮT E. coli Escherichia coli Kcal Kiocalorie Kg Kilogam mL milliliter mm milimeter µL microliter v/v thể tích/thể tích w/v khối lượng/thể tích YPD agar Yeast Extract Peptone Dextrose Agar Chuyên ngành Vi sinh vật học ix Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề Từ xưa, con người đã biết làm ra ethanol (rượu) từ nguồn nguyên liệu là các sản phẩm nông nghiệp có hàm lượng tinh bột cao bằng phương pháp lên men truyền thống. Nhìn chung, ethanol rất quan trọng trong đời sống con người, tùy theo nồng độ, nó được sử dụng vào mục đích khác nhau như thức uống (rượu – lên men truyền thống được sử dụng như một thức uống mang đậm tính văn hóa), chất sát trùng, chất chống đông, chất ức chế và là một chất trung gian quan trọng trong sản xuất các hóa chất như acetaldehyde, acid acetic, ethyl acetate, ethylamine. Hiện nay, nhu cầu về ethanol công nghiệp với độ tinh sạch cao ngày càng cấp thiết, bởi ethanol đã được chứng minh là một loại nhiên liệu sinh học có tiềm năng thay thế những nguồn nhiên liệu hóa thạch (Alfenore et al., 2002). Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến sự lên men tạo ethanol của nấm men. Vào mùa hè, nhiệt độ ở miền Nam nước ta tăng rất cao, thậm chí trong tương lai nhiệt độ còn có thể tăng cao hơn nữa do hiện tượng nóng lên toàn cầu. Do đó, việc sản xuất ethanol sinh học bằng nấm men gặp nhiều khó khăn và thử thách. Chi phí dùng cho việc làm lạnh rất tốn kém nên việc chọn lọc các chủng nấm men chịu nhiệt có thể giúp giảm thiểu chi phí, tận dụng được một số thuận lợi khi thực hiện lên men ở nhiệt độ cao như: độ tan của oxy vào các chất khí khác giảm tạo điều kiện kỵ khí rất tốt, cơ hội bị nhiễm được giảm thiểu. Nói chung, các chủng nấm men công nghiệp có khả năng phát triển và lên men ethanol hiệu quả tại các giá trị pH 3,5-6,0 và nhiệt độ khoảng 2830ºC. Nấm men chịu nhiệt có khá nhiều tiềm năng cũng như lợi ích, thích hợp sử dụng trong sản xuất cồn công nghiệp (Roehr, 2001). Một số loài nấm men có khả năng lên men mạnh đã được sử dụng trong thực phẩm, nước giải khát và các ngành công nghiệp lên men (Jacobson và Jolly, 1989). Theo kết quả nghiên cứu của Ngô Thị Phương Dung (2009) cho thấy nấm men Saccharomyces cerevisiae có khả năng lên men rượu và có tính chịu đựng độ cồn cao. Với việc tiêu thụ lượng sản phẩm nấm men hằng ngày, nhu cầu con người tăng việc sản xuất nấm men cũng dần được sản xuất theo quy mô công nghiệp hiện đại mới đáp ứng cho con người trên cả thế giới, chất lượng cũng đạt tiêu chuẩn thế giới. Vì vậy, những mặt hàng nấm men có mặt trên thị trường là các men tốt có lợi sức khỏe Chuyên ngành Vi sinh vật học 1 Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ cho con người, nhưng để hiểu sâu hơn các nhà khoa học vẫn không ngừng tìm tòi, nghiên cứu để đưa ra chủng nấm men tối ưu nhất, mang đặc tính tốt nhất và quan trọng là phải chọn được chủng nấm men hoàn toàn ổn định, chịu được những biến đổi của môi trường (Nguyễn Thanh Hằng, 2005). Nấm men thương mại hiện nay được chú ý quan tâm nhất là chi Saccharomyces, đây là chủng nấm men được biết nhiều nhất khi nhắc tới nấm men, chúng được ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm như lên men bia, rượu, sản xuất bánh mì,… . Một số sản phẩm được sản xuất thương mại, đồng thời có giá trị trong công nghệ sinh học (Kurtzman và Fell, 1997). Lên men ethanol ở nhiệt độ cao là chìa khóa cần thiết cho việc sản xuất ethanol có hiệu quả ở các quốc gia nhiệt đới, nơi mà nhiệt độ trung bình trong năm luôn ở mức rất cao. Để đạt được quá trình lên men ở nhiệt độ cao, cần có những chủng nấm men lên men hiệu quả, có khả năng chịu nhiệt độ cao (Limtong et al., 2009). Để có giống men tối ưu hơn nữa, chịu được môi trường sống khắc nghiệt hơn nữa nhưng vẫn mang phẩm chất tốt vì thế việc tuyển chọn nấm men có khả năng len men mạnh, chịu nhiệt và chịu cồn là vấn đề đang được quan tâm và mang tính ứng dụng thực tiễn cao và mang ý nghĩa quan trọng bước đầu tìm ra chủng nấm men có khả năng lên men và chịu được nhiệt độ cao. Để đạt được mục tiêu nên đề tài “Khảo sát khả năng lên men và chịu nhiệt từ nấm men thương mại” được thực hiện. Chuyên ngành Vi sinh vật học 2 Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ 1.2. Mục tiêu đề tài Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là phân lập và tuyển chọn được một số chủng nấm men từ nấm men thương mại có khả năng chịu nhiệt, chịu ethanol, đồng thời có khả năng lên men tạo ethanol ở nhiệt độ cao. 1.3. Nội dung nghiên cứu - Phân lập một số chủng nấm men thương mại được bán trên thị trường. - Khảo sát đặc tính sinh lý, sinh hóa của các chủng nấm men phân lập được. - Khảo sát khả năng chịu được nhiệt độ cao và nồng độ ethanol cao của các chủng nấm men phân lập được. - Khảo sát và so sánh khả năng lên men ethanol của các chủng nấm men phân lập. Chuyên ngành Vi sinh vật học 3 Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ CHƢƠNG 2. LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1. Một số loại men thƣơng mại 2.1.1. Nấm men bánh mì (baker’s yeast ) Chủng loại nấm men dùng để sản xuất bánh mì thuộc họ Saccharomyces cerevisiae. Nguyên liệu chính dùng để sản xuất nấm men là mật rỉ, ngoài ra một số hóa chất khác sẽ được cung cấp trong quá trình nuôi cấy men để bổ sung các chất dinh dưỡng mà mật rỉ không đủ. Quá trình nuôi cấy nấm men Saccharomyces là quá trình hiếu khí vì vậy người ta phải thổi vào bồn lên men một lượng khí rất lớn. Trong quá trình nuôi cấy nấm men phải kiểm soát lượng mật rỉ nạp vào bồn lên men theo lượng cồn có trong môi trường lên men. Nếu lượng mật nạp vào nhiều quá nấm men sẽ không sinh sản mà sẽ thực hiện quá trình lên men tạo ra cồn khiến nồng độ cồn tăng cao và năng suất men sẽ giảm, nhưng nếu lượng mật nạp vào quá ít nấm men sẽ thiếu chất dinh dưỡng cho sinh trưởng. Nấm men bánh mì tươi có khoảng 30-33% chất khô; 40-58% protein; 35-45% carbohydrate; 4-6% lipid và 5,0-7,5% chất khoáng và một số loại vitamin như vitamin nhóm B, tiền vitamin D. Nấm men bánh mì thương phẩm bao gồm các sản phẩm dạng lỏng, dạng cream, dạng ép và dạng men khô hoạt động và không hoạt động. Men khô dạng hoạt động gồm các hạt tế bào men sống có năng lực lên men, còn men khô không hoạt động là dạng men chết, không có năng lực lên men thường dùng làm bột nhào trong quá trình làm bánh hay tạo hương vị cho bánh. Ngành chăn nuôi cũng sử dụng men khô dạng không hoạt động để bổ sung protein, lysine và vitamin nhóm B cho động vật nuôi (Nguyễn Lân Dũng, 1998). 2.1.2. Nấm men bia (brewer’s yeast) Môi trường nuôi cấy nấm men bia tinh chất thường được sản xuất công nghiệp để cung cấp cho ngành bia. Hai chủng Saccharomyces được dùng là S. uvarum (trước đây gọi là S. carlsbergenis) và S. cerevisiae, tuỳ từng kiểu lên men khác nhau (lên men chìm hay lên men nổi) mà người ta sử dụng các chủng khác nhau và cho ra các loại bia khác nhau. Nấm men bia cũng đã được nuôi cấy trên những môi trường đặc biệt để thu sinh khối giàu protein và vitamin B làm chất bổ sung dinh dưỡng cho người và động vật Chuyên ngành Vi sinh vật học 4 Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ nuôi. Đặc biệt khác với nấm men bánh mì, nấm men bia dinh dưỡng hay Torula, nấm men bia khá giàu crôm (vi khoáng cần để duy mức đường màu bình thường) và selen (vi khoáng có vai trò nâng cao năng lực miễn dịch). Vách tế bào nấm men bia còn có năng lực hấp phụ độc tố nấm mốc rất mạnh; ngày nay sản phẩm này đã được chế biến thành phụ gia vô hoạt độc tố nấm mốc trong thức ăn chăn nuôi có hiệu quả và đã được thương mại hoá trên khắp thế giới. 2.1.3. Nấm men bia dinh dƣỡng (nutritional brewer’s yeast) Nấm men bia dinh dưỡng là những nấm men chết còn lại sau quá trình làm bia. Sinh khối nấm men thu được từ ngành bia là rất lớn, cứ sản xuất 1.000 lít bia thì thu được 12 kg nấm men sệt tương ứng với 1,5 kg nấm men khô trong đó chứa khoảng 700 g protein. Hàng năm, sản lượng bia của nước ta đạt khoảng 2,5-3,0 tỷ lít, với sản 3 khử đắng và dùng phương pháp tự phân (xử lý nhiệt 50ºC trong 18 giờ) để phá vỡ vách tế bào nấm men đã thu được bột sinh khối nấm men có 48% protein và lượng acid amin tổng số là 36%, dùng làm nguồn bổ sung protein cho gia súc, gia cầm và cá. Ngoài ra, sinh khối nấm men loại này cũng giầu vitamin nhóm B và chất khoáng như Ca, P, K, Mg, Cu, Fe, Zn, Mn và Cr. 2.1.4. Nấm men rƣợu (distiller”s yeast) Nấm men rượu (S. cerevisiae) được dùng để sản xuất rượu và rượu màu như brandy, whiskey, rum, tequila,… Chúng thường được phân lập từ quá trình lên men bã quả, mật rỉ của củ cải đường hay mía đường. Sự chọn lọc những chủng này phụ thuộc vào tính chất mong muốn của sản phẩm như hương vị, sản lượng cồn và những yêu cầu công nghệ khác. Nấm men rượu cũng có khả năng lên men những cơ chất khác nhau như gạo, mạch, mì, khoai, sắn,… sau khi tinh bột được thuỷ phân thành đường. Ngành chăn nuôi nước ta thường sử dụng nấm men rượu ủ vào bột gạo hay bột khoai mì để nuôi lợn và gia cầm. Lợn ăn hỗn hợp bột ngũ cốc và khoai mì thì trơn lông, đỏ da, mau lớn và hạn chế được giun sán ký sinh. 2.1.5. Nấm men probiotic (probiotic yeast) Probiotic là chế phẩm bổ sung tế bào vi khuẩn hay những thành phần của tế bào vi khuẩn có tác dụng làm cân bằng vi khuẩn đường ruột, nhờ vậy có lợi cho sức khoẻ động vật. Chuyên ngành Vi sinh vật học 5 Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ Nấm men probiotic, như nấm thuộc chủng S. buolardii, có vai trò ngăn chặn và hạn chế sừ hoạt động của vi khuẩn bệnh như E. coli, Shigella và Samonella. Đặc biệt S. buolardii là loại nấm men probiotic an toàn, chịu nhiệt, có năng lực sống trong ống tiêu hoá, kháng lại kháng sinh, phát triển nhanh trong một thời gian ngắn, không khu trú lâu dài trong đường ruột và dễ loại bỏ khỏi đường ruột khi không sử dụng. Do những ưu điểm này mà nấm S. buolardii đã được dùng làm phụ gia probiotic trong chăn nuôi từ hơn 50 năm nay. Các loại nấm men khác như S. cerevisiaes, Candida pintolopesii, C. saitoana cũng đã được phép dùng làm phụ gia probiotic và cũng đã được dùng phổ biến trong chăn nuôi do có những tính chất tương tự như S. buolardii. 2.1.6. Nấm men Torula (Torula yeast) Nấm men là nguồn protein đơn bào có nhiều ưu thế hơn so với nguồn protein truyền thống như đỗ tương, thịt và cá. Nó không những giàu protein, thời gian tạo sinh khối nhanh, liên tục, không phụ thuộc vào thời tiết khí hậu mà còn có thể phát triển trên những nguyên liệu rẻ tiền như phụ phẩm của ngành mía đường, làm giấy, chế biến tinh bột và hoa quả,… Ngành chăn nuôi nước ta cần khai thác các thế mạnh này để giảm bớt những khó khăn về sự khan hiếm hiện nay và trong tương lai các nguồn protein như khô đỗ tương, bột thịt, bột cá,… Nấm Torula hay Candida là những sản phẩm chứa Candida utilis đã được sử dụng trong thức ăn chăn nuôi từ hơn 60 năm nay. Nấm Candida utilis được nuôi cấy trong môi trường rỉ mật đường hay phụ phẩm của ngành giấy chứa hỗn đường và chất khoáng. Sau khi nuôi cấy, nấm men được thu hoạch, rửa, xử lý nhiệt và làm khô. Xử lý nhiệt có vai trò vô hoạt men, tức là là làm mất năng lực lên men. Sinh khối nấm men chứa hơn 50% protein, giàu lysine, threonine và acid glutamic, chất khoáng và vitamin (niacine, axit pantothenic và các vitamin B khác). Sinh khối nấm men Torula có hương vị của thịt đã được dùng làm phụ gia trong nhiều thực phầm chế biến như gia vị, súp và nước sốt. Nó cũng được dùng trong thực phẩm của người ăn chay, trẻ nhỏ,… Sinh khối nấm men Torula là nguồn thức ăn tốt cho gia súc, gia cầm và cá vì hàm lượng protein cao, protein lại dễ tiêu hoá (tỷ lệ tiêu hoá cao hơn bột thịt xương: 87% so với 70%). Một nghiên cứu cho biết nấm men Torula chiếm 10% trong khẩu phần của gà con cho năng suất chăn nuôi cao hơn khẩu phần chứa khô đỗ tương và nấm men bia. Trong một nghiên cứu khác trên cá rô phi giai đoạn cá bột đã thấy một Chuyên ngành Vi sinh vật học 6 Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ hỗn hợp chứa protein thực vật cùng với 30% nấm men Torula có thể thay thế được 65% protein động vật nhưng không ảnh hưởng xấu đến tăng trưởng và tỷ lệ sống của cá. Đặc biệt hơn, nấm men Torula còn chứa một hàm lượng cao nucleotide tạo cho sản phẩm có hương vị rất thơm ngon, nhưng hương vị lại dịu, không gắt, do vậy nó không những là nguồn gia vị thực phẩm của người mà còn là thức ăn tốt cho thú cảnh như mèo và chó. 2.2. Giới thiệu chung về nấm men Nấm men là các vi sinh vật chân hạch, hiện tại có khoảng hơn 1.500 loài được tìm thấy, chiếm khoảng 1% trong tổng số các chủng nấm (Kurtzman và Fell, 2006). Hầu hết nấm men có cấu tạo đơn bào. Chúng phân bố rộng rãi khắp nơi. Đặc biệt chúng có mặt nhiều ở đất trồng nho và các nơi trồng hoa quả. Ngoài ra, chúng có mặt trên trái cây chín, trong nhụy hoa, trong không khí và cả nơi sản xuất rượu vang (Lương Đức Phẩm, 2006). 2.2.1. Hình dạng và kích thƣớc * Hình dạng tế bào nấm men Nấm men có nhiều hình dạng khác nhau, thường có hình cầu, hình elip, hình trứng, hình bầu dục và cả hình dài. Chúng hầu hết tồn tại dưới dạng đơn bào, một số loài như Candida albicans không chỉ nẩy chồi mà các tế bào nối lại với nhau tạo thành khuẩn ty giả và Eremothecium gossypii hình thành khuẩn ty thật (Kurtzman và Piškur, 2006). Hình 1. Tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae quan sát dƣới kính hiển vi điện tử (Nguồn:http://techmart.cesti.gov.vn/news/tabid/59/newsId/545/Default.aspx, ngày 18/06/20014) Chuyên ngành Vi sinh vật học 7 Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ * Kích thước tế bào Tế bào nấm men thường có kích thước rất lớn gấp từ 5-10 lần tế bào vi khuẩn. Kích thước trung bình: chiều dài 9-10 µm, chiều rộng 2-7 µm. Kích thước của tế bào nấm men thay đổi theo điều kiện nuôi cấy và theo tuổi sinh lý (Nguyễn Đức Lượng, 1996). Saccharomyces cerevisiae là loại nấm men phổ biến thường được nhắc đến trong các sản phẩm có quá trình lên men, mà tiêu biểu là trong lên men rượu và bia. Loài này có kích thước chiều rộng khoảng 2,5-10 µm và chiều dài 4,5-21 µm, thời gian phát triển của một thế hệ trung bình là 120 phút (Nguyễn Lân Dũng, 1998). 2.2.2. Cấu tạo tế bào nấm men Thành tế bào: Thành tế bào nấm men dày khoảng 25 nm, chiếm 15-30% trọng lượng khô của tế bào nấm men, được cấu tạo chủ yếu từ glucan (60% khối lượng thành tế bào), mannoprotein, chitin và một lượng nhỏ lipid. Do glucan là thành phần chính tạo nên vỏ tế bào nấm men, nên khi glucan bị vỡ do một tác nhân nào đó thì tế bào sẽ bị vỡ hoàn toàn. Lượng mannoprotein và chitin trong thành tế bào nấm men rất nhỏ, nên hầu như ít ảnh hưởng đến cấu trúc tổng thể của tế bào nấm men nếu bị tác động. Tiêu biểu như ở loài Saccharomyces guttulata và Endomycopsis caponlaris lượng mannoprotein và chitin trong thành tế bào là rất nhỏ, còn ở Nadsonia fulvescen và họ Schizosaccharomyces hầu như không có mannoprotein và chitin trong thành tế bào (Lương Đức Phẩm, 2006). Màng nguyên sinh chất: Màng nguyên sinh chất có 3 tầng kết cấu khác nhau, được cấu tạo chủ yếu từ protein (50% khối lượng khô), phần còn lại là lipid và một ít polysaccharide (Nguyễn Lân Dũng, 1999). Chất nguyên sinh: Chất nguyên sinh của nấm men cũng tương tự như chất nguyên sinh của vi khuẩn, thành phần chủ yếu là nước, protein, glucid, lipid và enzyme. Nhân tế bào: Nhân tế bào nấm men là nhân điển hình, có màng nhân, bên trong là chất dịch nhân có chứa hạch nhân. Nhân tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae có chứa 17 đôi nhiễm sắc thể. Các bào quan và thành phần khác: ty thể, không bào, ribosome,… Chuyên ngành Vi sinh vật học 8 Viện NC & PT Công nghệ sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 37 - 2014 Trường Đại Học Cần Thơ Hình 2. Cấu tạo tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae (*Nguồn: http://s4.zetaboards.com/BioFood_Tech/topic/8485043/1/ và http://www.sinhhocvietnam.com/forum/showthread.php?t=9437, ngày 19/06/2014) 2.2.3. Các quá trình sinh lý của tế bào nấm men * Sinh dƣỡng của nấm men Cấu tạo của tế bào nấm men thay đổi khác nhau tùy theo loài, độ tuổi và môi trường sống, nhưng nhìn chung bao gồm: - Nước: 75-85% - Chất khô: 15-25%. Trong đó chất khoáng chiếm 2-14% hàm lượng chất khô. Nấm men cũng như các sinh vật sống khác cần oxy, hydro, carbon, nitơ, phospho, kali, magiê,… Bảng 1. Thành phần hóa học của nấm men Các chất Thành phần (% chất khô) Carbon CaO Nitơ Hydro P2O5 K2O SO3 MgO Fe2O3 SiO 49,8 12,4 6,7 3,54 2,34 0,04 0,42 0,38 0,035 0,09 (*Nguồn: Nguyễn Đức Lượng, 2003) - Dinh dưỡng carbon: Chuyên ngành Vi sinh vật học 9 Viện NC & PT Công nghệ sinh học