Ảnh hưởng đến việc thay đổi môi trường ôxy hóa khử bằng sục khí đến tiêu thụ đường ở nấm men bia saccharomyces cerevisiae

Tạp chí Khoa học và Phát triển 2010: Tập 8, số 2: 319 - 326 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI<br /> <br /> <br /> <br /> ¶NH H¦ëNG CñA VIÖC THAY §æI M¤I TR¦êNG ¤XY HãA KHö B»NG SôC KHÝ<br /> §ÕN TI£U THô §¦êNG ë NÊM MEN BIA SACCHAROMYCES CEREVISIAE<br /> <br /> Impact of Modification of Redox Environment by Gases on Sugar Consumtion<br /> by the Brewing Yeast Saccharomyces cerevisiae<br /> <br /> Phạm Thu Hà1, Geneviève Mauvais2, Catherine Vergoignan2, Rémy Cachon2, Gilles Feron3<br /> 1<br /> Khoa Công nghệ thực phẩm, Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Trâu Quỳ, Gia Lâm, Hà Nội<br /> 2<br /> Laboratoire de Génie des Procédés Microbiologiques et Alimentaires, INRA, 17 rue Sully,<br /> F-21065 Dijon, Cộng hoà Pháp<br /> 3<br /> UMR1129 FLAVIC, ENESAD/INRA, Université de Bourgogne, 17 rue Sully, F-21065 Dijon,<br /> Cộng hoà Pháp<br /> Địa chỉ email tác giả liên lạc: phamthuha@hua.edu.vn<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Mục đích của nghiên cứu này là xem xét ảnh hưởng của việc thay đổi môi trường ôxy hóa khử<br /> bằng cách sục các loại khí khác nhau (H2, He, O2 hay không sục khí) đến sự tiêu thụ cơ chất trong quá<br /> trình lên men gián đoạn của nấm men bia Saccharomyces cerevisiae BRAS 291. Các thông số được<br /> theo dõi bao gồm pH, thế ôxy hóa khử (Eh), tiêu thụ các loại đường (maltose, maltotriose, glucose và<br /> fructose). Việc sục khí đã thay đổi đáng kể Eh của môi trường và dẫn đến ảnh hưởng nhất định đến<br /> tiêu thụ cơ chất của nấm men, đặc biệt là tiêu thụ maltose – cơ chất chính trong quá trình lên men bia.<br /> Từ khóa: Lên men bia, Saccharomyces cerevisiae, sục khí, tiêu thụ đường, thế ôxy hóa khử.<br /> <br /> <br /> SUMMARY<br /> The purpose of this study was to investigate the impact of modification of redox environmental<br /> (Eh) by different gases (H2, He, O2 or gas-free) on sugar consumption by the brewing yeast<br /> Saccharomyces cerevisiae BRAS291 during batch fermentation. The different parameters followed<br /> were: pH, Eh, consumption of sugars (maltose, maltotriose, glucose and fructose). Gas atmospheres<br /> induced strong modification on environmental Eh and sugar consumption by yeast, particularly<br /> consumption of maltose – the major substrate of brewing fermentation.<br /> Key words: Brewing fermentation, gases, redox potential, Saccharomyces cerevisiae, sugar<br /> consumption.<br /> <br /> <br /> <br /> 1. §ÆT VÊN §Ò l−îng nit¬ ®ång hãa ®−îc trong m«i tr−êng<br /> ViÖc thay ®æi c¸c th«ng sè cña mét qu¸ (Bohlscheid & cs., 2007). T−¬ng tù, mét m«<br /> tr×nh lªn men sÏ dÉn ®Õn nh÷ng thay ®æi vÒ h×nh ®éng häc lªn men r−îu vang m« t¶<br /> chÊt l−îng cña s¶n phÈm nhËn ®−îc. Qu¸ t−¬ng t¸c nhiÖt ®é - nång ®é nit¬ bæ sung<br /> tr×nh trao ®æi chÊt ë nÊm men S. cerevisiae còng ®· ®−îc x©y dùng ®Ó kiÓm so¸t tèt h¬n<br /> bÞ ¶nh h−ëng khi thay ®æi pH vμ nång ®é chÊt l−îng lªn men (Malherbe & cs., 2004).<br /> acid citric (Nielsen vμ Arneborg, 2007) hay ViÖc thªm c¸c trung t©m nhËn electron còng<br /> <br /> 319<br />  Ảnh hưởng của việc thay đổi môi trường ôxy hóa khử bằng sục khí đến tiêu thụ đường ở nấm men bia...<br /> <br /> ®· ¶nh h−ëng ®Õn c¸c s¶n phÈm phô cña qu¸ Mét nghiªn cøu tr−íc cña nhãm t¸c gi¶<br /> tr×nh lªn men r−îu (Roustan vμ Sablayrolles, ®· chØ ra c¸c t¸c ®éng kh¸c nhau cña viÖc<br /> 2002). Thay ®æi nång ®é «xy hßa tan trong thay ®æi Eh m«i tr−êng b»ng c¸c lo¹i khÝ<br /> qu¸ tr×nh lªn men r−îu vang lμm ¶nh h−ëng kh¸c nhau ®Õn t¨ng tr−ëng vμ h×nh th¸i cña<br /> ®Õn nång ®é sterol ë nÊm men S. cerevisiae S. cerevisiae (Pham & cs., 2008). Nghiªn cøu<br /> (Fornairon-Bonnefond & cs., 2003). nμy sÏ tËp trung vμo t¸c ®éng ®Õn trao ®æi<br /> So víi c¸c th«ng sè m«i tr−êng nh− pH, chÊt ë nÊm men bia tËp trung vμo sù tiªu<br /> nhiÖt ®é, ho¹t ®é n−íc, v.v., thÕ «xy hãa khö thô ®−êng trong qu¸ tr×nh lªn men.<br /> (Eh) ®· ®−îc nghiªn cøu tõ rÊt sím ë vi<br /> khuÈn (Andreeva vμ Rabotnova, 1978). Míi<br /> 2. VËT LIÖU Vμ PH¦¥NG PH¸P<br /> ®©y, c¸c nghiªn cøu vÒ thÕ «xy hãa khö tËp<br /> trung chñ yÕu vμo vi khuÈn Escherichia coli 2.1. Chñng nÊm men<br /> (Bagramyan & cs. 2000; Riondet & cs., 2000) Chñng nÊm men bia Saccharomyces<br /> vμ vi khuÈn lactic (Kieronczyk & cs. 2006).<br /> cerevisiae BRAS291 (chñng lªn men ch×m)<br /> ë nÊm men, cã mét sè nghiªn cøu m« t¶ ®−îc cung cÊp tõ bé s−u tËp BRAS cña Khoa<br /> ¶nh h−ëng cña thÕ «xy hãa khö ®Õn sinh lý C«ng nghÖ bia vμ c«ng nghiÖp thùc phÈm,<br /> cña S. cerevisiae (Cachon & cs., 2002), Tr−êng §¹i häc Tæng hîp Luvanh (Louvain),<br /> Yarrowia lipolytica (Husson & cs., 2006) vμ V−¬ng quèc BØ. Chñng ®−îc b¶o qu¶n ë -80C<br /> gÇn ®©y nhÊt lμ Sporidiobolus ruinenii trong dung dÞch glycerol 10 %, v.v...<br /> (Feron & cs., 2007). C¸c nghiªn cøu nμy cho<br /> thÊy, Eh m«i tr−êng cã ¶nh h−ëng ®Õn sinh 2.2. C¸c lo¹i khÝ sö dông<br /> lý tÕ bμo vμ do ®ã dÉn ®Õn thay ®æi qu¸ tr×nh C¸c lo¹i khÝ nÐn («xy, hydro vμ helium)<br /> trao ®æi chÊt (T§C). Víi vÞ trÝ quan träng ®−îc cung cÊp bëi Air Liquide (France). §é<br /> cña S. cerevisiae trong nhiÒu quy tr×nh s¶n tinh khiÕt cña c¸c khÝ nμy ®¹t kho¶ng<br /> xuÊt thùc phÈm kh¸c nhau (r−îu, r−îu vang, 99,99%. Hydro vμ «xy ®−îc chän t−¬ng øng<br /> b¸nh mú, v.v...), viÖc ®¸nh gi¸ t¸c ®éng cña lμ hai t¸c nh©n khö vμ «xy hãa. Helium ®−îc<br /> Eh m«i tr−êng ®Õn qu¸ tr×nh T§C cña nÊm chän nhê tÝnh «xy hãa khö trung tÝnh vμ<br /> men nμy ®−îc ®Æt ra nh− mét vÊn ®Ò hÕt søc tÝnh t−¬ng ®ång víi hydro vÒ kÝch th−íc<br /> quan träng. ph©n tö vμ kh¶ n¨ng khuyÕch t¸n (Air<br /> Mét trong nh÷ng kü thuËt phæ biÕn ®Ó Liquide, 2002).<br /> thay ®æi Eh m«i tr−êng lμ sö dông c¸c t¸c<br /> nh©n «xy hãa khö b»ng c¸c hîp chÊt hãa häc. 2.3. C¸c ®iÒu kiÖn lªn men<br /> C¸c t¸c nh©n phæ biÕn lμ dithiothreitol S. cerevisiae BRAS291 ®−îc nh©n gièng<br /> (DTT), potassium ferricyanide (FeK (CN)6) trong m«i tr−êng YPGM (1% w/v yeast<br /> hay 2,6-dichloroindophenol (DPIP) (Roustan extract, 05% w/v peptone, 5% w/v glucose vμ<br /> and Sablayrolles, 2003; Husson & cs., 2006). 5% w/v maltose) ë 28C, khuÊy 120 v/p, nu«i<br /> Tuy nhiªn, kü thuËt nμy chØ phï hîp trong cÊy trong 24h. Tû lÖ cÊy truyÒn ban ®Çu cho<br /> phßng thÝ nghiÖm, khã ¸p dông ë quy m« lªn men lμ 1 x 106 cells/ml. M«i tr−êng lªn<br /> c«ng nghiÖp. Mét ph−¬ng ph¸p thay ®æi Eh men lμ m«i tr−êng cã thμnh phÇn hoμn toμn<br /> m«i tr−êng linh ho¹t h¬n lμ sö dông c¸c t¸c x¸c ®Þnh vμ t−¬ng tù thμnh phÇn dÞch ®−êng<br /> nh©n «xy hãa khö b»ng c¸c lo¹i khÝ malt trong s¶n xuÊt bia (Pham & cs., 2008)<br /> (nitrogen, «xy, hydro) (Riondet & cs., 2000; trong ®ã thμnh phÇn c¬ chÊt cacbonhydrate<br /> Ouvry & cs., 2002; Alwazeer & cs., 2003; bao gåm glucose:10,4 g/l, fructose: 4,6 g/l,<br /> Feron & cs., 2007). Kü thuËt nμy dÔ dμng ¸p maltotriose: 3,5 g/l vμ maltose: 115,5 g/l<br /> dông ë quy m« c«ng nghiÖp. (®−êng tæng: 134 g/l). C¸c axit amin còng<br /> <br /> 320<br />  Phạm Thu Hà, Geneviève Mauvais, Catherine Vergoignan, Rémy Cachon và Gilles Feron<br /> <br /> ®−îc bæ sung vμo m«i tr−êng. Lªn men ®−îc Dùa trªn gi¸ trÞ ®iÖn cùc chuÈn (Eref) ë<br /> tiÕn hμnh víi hÖ thèng lªn men gi¸n ®o¹n nhiÖt ®é lªn men (Eref = 205 mV), gi¸ trÞ<br /> BIOSTAT Q ë 280C, khuÊy 120 v/p, lªn men ®iÖn cùc ®o ®−îc (Em, so víi ®iªn cùc<br /> trong 13 ngμy. Ag/AgCl) ®−îc chuyÓn thμnh gi¸ trÞ Eh (thÕ<br /> Ba ®iÒu kiÖn sôc khÝ ®−îc ¸p dông hydro «xy hãa khö, so víi ®iÖn cùc hydro, Eh = Em<br /> (H2), helium (He) vμ «xy (O2). C¸c khÝ ®−îc + Eref). Tõ mèi t−¬ng quan gi÷a pH vμ Eh<br /> sôc liªn tôc trong suèt qu¸ tr×nh lªn men víi theo ph−¬ng tr×nh Nernst, Eh sÏ ®−îc quy<br /> l−u l−îng lμ 0,03 vvm (Pham & cs., 2008). thμnh Eh t¹i pH 7 (Eh7) theo ph−¬ng tr×nh<br /> §iÒu kiÖn kiÓm chøng lμ lªn men kh«ng sôc Eh7 = Eh -α × (7 – pHx), trong ®ã α lμ hÖ sè<br /> khÝ. Gi¸ trÞ pH cña ®iÒu kiÖn sôc O2 ®−îc t−¬ng quan Eh – pH ®−îc x¸c ®Þnh b»ng<br /> ®iÒu hØnh nhê hÖ thèng ®iÒu chØnh pH tù thùc nghiÖm lμ 41, 52, 59, 42 t−¬ng øng lÇn<br /> ®éng cña hÖ thèng BIOSTAT Q víi dung dÞch l−ît víi c¸c ®iÒu kiÖn kiÓm chøng, H2, He vμ<br /> NaOH 10M. Môc ®Ých lμ ®Ó ®¹t ®éng th¸i pH O2; pHx lμ gi¸ trÞ pH cña m«i tr−êng.<br /> trong suèt qu¸ trinh lªn men t−¬ng tù nh− 2.5. X¸c ®Þnh nång ®é c¸c lo¹i ®−êng b»ng<br /> trong c¸c ®iÒu kiÖn kiÓm chøng vμ sôc khÝ HPLC<br /> kh¸c (pH 4,0 trong ngμy lªn men thø 2 vμ<br /> C¸c mÉu canh tr−êng ®−îc ly t©m ë 40C –<br /> pH 3,8 vμo cuèi qu¸ tr×nh lªn men). 5000 g trong 10 phót vμ dÞch trong thu ®−îc<br /> §Ó ®o nång ®é «xy hßa tan, thiÕt bÞ ®o dïng ®Ó x¸c ®Þnh nång ®é ®−êng trong dÞch<br /> ®−îc chuÈn víi kh«ng khÝ. §iÒu kiÖn kiÓm lªn men. C¸c lo¹i ®−êng cã kh¶ n¨ng lªn men<br /> chøng khëi ®éng víi 100% O2 hßa tan, nång ®−îc (maltose, glucose, fructose, maltotriose)<br /> ®é nμy gi¶m vÒ 0% sau 4h lªn men. C¸c ®iÒu ®−îc x¸c ®Þnh b»ng hÖ thèng s¾c ký láng cao<br /> kiÖn H2 vμ He khëi ®éng víi 0% O2 hßa tan ¸p HPLC (Merck, France) víi cét s¾c ký<br /> vμ ®iÒu kiÖn O2: 400%, c¸c gi¸ trÞ nμy kh«ng Aminex HPX 87H (Biorad, France). Cét s¾c<br /> ®æi trong suèt qu¸ tr×nh lªn men. khÝ ®−îc ch¹y ë 650C víi dung dÞch H2SO4<br /> 0,5 mmol/l víi l−u l−îng 0,6 ml/p. ThiÕt bÞ<br /> 2.4. Ghi nhËn sè liÖu<br /> ph¸t hiÖn lμ khóc x¹ kÕ Bischoff IR 8110.<br /> C¸c ®iÖn cùc ®o nhiÖt ®é, pH (405-<br /> DPAS-SC K8S/200, Mettler Toledo SARL,<br /> Paris, France), Eh (Pt 4805-DPAS-SC<br /> 3. KÕT QU¶ Vμ TH¶O LUËN<br /> K8S/200, Mettler Toledo SARL, Paris, 3.1. ¶nh h−ëng cña viÖc sôc khÝ ®Õn thay<br /> France) vμ «xy hßa tan (InPro ®æi pH vμ Eh trong qu¸ tr×nh lªn<br /> 6100/1200/T/N, Mettler-Toledo SARL, Paris, men bëi Saccharomyces cerevisiae<br /> France) cña tõng b×nh lªn men trong hÖ Thay ®æi cña pH trong suèt qu¸ tr×nh<br /> thèng lªn men nhiÒu b×nh BIOSTAT Q (B. lªn men lμ t−¬ng tù nhau trong c¸c ®iÒu kiÖn<br /> Braun Biotech International, Melsungen, kh¸c nhau (H×nh 1a). Trªn thùc tÕ, nÕu<br /> Germany) ®−îc kÕt nèi víi bé ghi nhËn cho kh«ng ®iÒu chØnh pH th× trong ®iÒu kiÖn sôc<br /> phÐp theo dâi ®ång thêi vμ hiÓn thÞ c¸c gi¸ O2, pH gi¶m nhanh chãng trong vßng 3 ngμy<br /> trÞ nhiÖt ®é, pH, thÕ «xy hãa khö ®o (Em, ®Çu tõ 5,2 ®Õn 3,0. Sù gi¶m pH nμy dÉn ®Õn<br /> mV) vμ nång ®é O2 hßa tan cña m«i tr−êng tû lÖ chÕt cña nÊm men t¨ng m¹nh (sè liÖu<br /> trong suèt qu¸ tr×nh lªn men. Toμn bé hÖ kh«ng biÓu diÔn). Do ®ã, ®Ó ®¶m b¶o t¨ng<br /> thèng ®−îc kÕt nèi víi m¸y tÝnh vμ phÇn tr−ëng cña nÊm men trong ®iÒu kiÖn sôc O2,<br /> mÒm MFCS win 2.0 (B. Braun Biotech pH cña m«i tr−êng ®−îc ®iÒu chØnh ®Ó cã<br /> International, Melsungen, Germany) cho diÔn biÕn t−¬ng tù nh− c¸c ®iÒu kiÖn lªn<br /> phÐp ghi l¹i tù ®éng c¸c gi¸ trÞ trªn theo thêi men kh¸c (xem môc VËt liÖu vμ ph−¬ng<br /> gian trong suèt qu¸ tr×nh lªn men. ph¸p).<br /> <br /> 321<br />  Ảnh hưởng của việc thay đổi môi trường ôxy hóa khử bằng sục khí đến tiêu thụ đường ở nấm men bia...<br /> <br /> <br /> <br /> 5,5 (a) 600 (b)<br /> 400<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Eh at pH 7 (mV)<br /> 5<br /> 200<br /> pH<br /> 4,5 0<br /> -200<br /> 4<br /> -400<br /> 3,5 -600<br /> 0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14<br /> Fermentation time(ngày)<br /> Thời gian lên men (days) Fermentation time(ngày)<br /> (days)<br /> Thời gian lên men<br /> H×nh 1. BiÕn ®æi cña pH (a) vμ Eh7 (b) trong qu¸ tr×nh lªn men<br /> cña Saccharomyces cerevisiae BRAS291 trong c¸c ®iÒu kiÖn sôc khÝ kh¸c nhau:<br /> hydro ( ); heli ( ); «xy ( ); kh«ng sôc khÝ ( )<br /> Sè liÖu biÓu diÔn trung b×nh cña 3 thÝ nghiÖm lÆp l¹i ®éc lËp. Sai sè kh«ng ®−îc biÓu diÔn trªn ®å<br /> thÞ ®Ó tr¸nh sù r−êm rμ. Sai sè lín nhÊt quan s¸t ®−îc víi pH lμ 0,1 ®¬n vÞ pH vμ víi Eh7 lμ 29 mV<br /> <br /> Nh×n chung, pH gi¶m m¹nh trong hai ®iÒu kiÖn He: Eh7 gi¶m tõ +383 mV ®Õn -195<br /> ngμy ®Çu cña qu¸ tr×nh lªn men, tõ 5,2 ®Õn mV sau 2 ngμy ®Çu lªn men vμ sau ®ã gi¶m<br /> kho¶ng 3,8 – 4,0 vμ sau ®ã æn ®Þnh ®Õn cuèi tõ tõ vμ ®¹t ®Õn +40 mV vμo cuèi qu¸ tr×nh<br /> qu¸ tr×nh lªn men. DiÔn biÕn nμy phï hîp lªn men. Nh− vËy, 3 møc thÕ «xy hãa khö ®·<br /> víi diÔn biÕn cña pH trong nh÷ng qu¸ tr×nh ®−îc t¹o ra (i) m«i tr−êng «xy hãa m¹nh víi<br /> lªn men bia th«ng th−êng (Moll, 1991). Sù O2: +515 mV; (ii) m«i tr−êng khö m¹nh víi<br /> gi¶m pH ®−îc gi¶i thÝch lμ do sù h×nh thμnh H2: -385 mV; vμ (iii) m«i tr−êng tõ khö nhÑ<br /> CO2 vμ mét l−îng lín c¸c axit h÷u c¬ trong víi ®iÒu kiÖn kiÓm chøng ®Õn xÊp xØ trung<br /> qu¸ tr×nh lªn men, sù tiªu thô c¸c ion tÝnh víi He: -195 − +40 mV.<br /> phosphate trong con ®−êng ®−êng ph©n, tiªu KÕt qu¶ nμy t−¬ng tù nh÷ng kÕt qu¶ cña<br /> thô c¸c ion NH4+ vμ ions K+ vμ sù gi¶i phãng Roustan vμ Sablayrolles (2003) nhËn ®−îc<br /> c¸c ion H+ ra m«i tr−êng cïng hμng lo¹t c¸c trong qu¸ tr×nh lªn men r−îu vang bëi<br /> biÕn ®æi cña c¸c axit amin dÉn ®Õn gi¶i Saccharomyces cerevisiae K1 ICV-INRA<br /> phãng glutamate and NH4+ ra m«i tr−êng trong ®iÒu kiÖn bæ sung hoÆc kh«ng bæ sung<br /> (Kunze, 1996). Nh− vËy, víi ®iÒu kiÖn kiÓm ferricyanide. Eh (+400 mV ë ®iÒu kiÖn bæ<br /> chøng, viÖc sôc O2 ®· ¶nh h−ëng m¹nh ®Õn sung ferricyanide vμ +70 mV ë ®iÒu kiÖn<br /> pH ngo¹i bμo trong khi H2 vμ He kh«ng ¶nh kiÓm chøng) gi¶m liªn tôc trong pha t¨ng<br /> h−ëng ®Õn diÔn biÕn pH cña S. cerevisiae tr−ëng (trong kho¶ng 35 h lªn men) vμ sau<br /> BRAS291. ®ã æn ®Þnh ë kho¶ng gi¸ trÞ -100 − -150 mV<br /> §èi víi Eh, H2 (t¸c nh©n khö) and O2 trong ®iÒu kiÖn bæ sung ferricyanide vμ<br /> (t¸c nh©n «xy hãa) cho phÐp t¹o ra vμ gi÷ Eh kho¶ng -220 − -250 mV trong ®iÒu kiÖn kiÓm<br /> æn ®Þnh trong suèt qu¸ tr×nh lªn men: –385 chøng ®Õn hÕt qu¸ tr×nh lªn men. Míi ®©y,<br /> mV víi H2 vμ +515 mV víi O2 (H×nh 1b). Husson vμ cs. (2006) ®· quan s¸t thÊy khi<br /> Trong ®iÒu kiÖn kiÓm chøng, Eh gi¶m m¹nh nu«i cÊy nÊm men Yarrowia lipolytica trong<br /> sau ngμy ®Çu tiªn tõ kho¶ng +500 mV xuèng ®iÒu kiÖn bæ sung ferricyanide hay kh«ng,<br /> kho¶ng -175 mV vμ sau ®ã gi¶m tõ tõ cho Eh gi¶m trong vßng 12 h lªn men, sau ®ã æn<br /> ®Õn cuèi qu¸ tr×nh lªn men (®¹t xÊp xØ -128 ®Þnh vμ t¨ng nhÑ vμo cuèi qu¸ tr×nh lªn men.<br /> mV). DiÔn biÕn t−¬ng tù ®−îc ghi nhËn víi C¬ chÕ thay ®æi Eh trong m«i tr−êng nu«i<br /> <br /> 322<br />  Phạm Thu Hà, Geneviève Mauvais, Catherine Vergoignan, Rémy Cachon và Gilles Feron<br /> <br /> cÊy vi sinh vËt vÉn ch−a ®−îc lμm s¸ng tá. C¸c ®−êng ®¬n ®−îc nÊm men tiªu thô<br /> Tuy nhiªn, sù gi¶m Eh cã thÓ do nÊm men hoμn toμn sau 3 ®Õn 4 ngμy lªn men trong<br /> tiªu thô «xy hßa tan trong m«i tr−êng, ®ång mäi ®iÒu kiÖn (sè liÖu kh«ng biÓu diÔn).<br /> thêi tæng hîp vμ gi¶i phãng ra m«i tr−êng Trong ®iÒu kiÖn O2 (+515 mV), nång ®é<br /> c¸c hîp chÊt khö nh− sulphite (Hoon Park, maltose gi¶m nhÑ trong vßng 5 ngμy ®Çu ®Õn<br /> 2000; Ouvry & cs., 2002). HiÖn t−îng Eh æn 17% so víi nång ®é ban ®Çu vμ gi÷ kh«ng ®æi<br /> ®Þnh trong ®iÒu kiÖn He vμ kh«ng sôc khÝ cã ®Õn hÕt qu¸ tr×nh lªn men. Trong khi ®ã,<br /> thÓ lμ kÕt qu¶ cña c©n b»ng c¸c d¹ng khö vμ l−îng maltose tiªu thô trong m«i tr−êng H2<br /> d¹ng «xy trong m«i tr−êng. Cßn hiÖn t−îng (-385 mV) vμ He (-195 − +40 mV) cao h¬n so<br /> t¨ng nhÑ cña Eh vμo cuèi qu¸ tr×nh lªn men víi ®iÒu kiÖn kiÓm chøng (-175 – -128 mV).<br /> cã thÓ do sù gi¶m trao ®æi chÊt vμ nÊm men Sau 13 ngμy lªn men, 86% maltose ®−îc tiªu<br /> b¾t ®Çu tù ph©n (Jacob, 1970). thô trong m«i tr−êng H2 vμ He so víi 72%<br /> trong ®iÒu kiÖn kiÓm chøng (H×nh 2a). DiÔn<br /> 3.2. ¶nh h−ëng cña viÖc sôc khÝ vμ thÕ biÕn t−¬ng tù còng ®−îc quan s¸t thÊy víi<br /> «xy hãa khö ®Õn tiªu thô ®−êng cña matotriose (sè liÖu kh«ng biÓu diÔn). Tæng<br /> Saccharomyces cerevisiae<br /> céng, nÊm men tiªu thô 89% ®−êng tæng sè<br /> Do maltose lμ c¬ chÊt cacbonhydrate trong ®iÒu kiÖn H2 (m«i tr−êng khö m¹nh)<br /> chÝnh trong m«i tr−êng lªn men (chiÕm vμ He (m«i tr−êng khö nhÑ ®Õn trung tÝnh)<br /> 82.5% ®−êng tæng) nªn diÔn biÕn tiªu thô so víi 76% trong ®iÒu kiÖn kiÓm chøng (m«i<br /> ®−êng tæng ®−îc quyÕt ®Þnh bëi maltose. C¸c tr−êng khö nhÑ). ë ®iÒu kiÖn O2 (m«i tr−êng<br /> kÕt qu¶ tr×nh bμy trong phÇn nμy tËp trung «xy hãa m¹nh), chØ cã 29% l−îng ®−êng tæng<br /> chñ yÕu vμo maltose vμ ®−êng tæng (H×nh 2). sè ban ®Çu ®−îc tiªu thô (H×nh 2b).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 120 (a) 120 (b)<br /> (%)(%)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 100 100<br /> tổng số<br /> Maltose (%)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 80 80<br /> Total sugar<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 60 60<br /> Đường<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 40 40<br /> <br /> 20 20<br /> <br /> 0 0<br /> 0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14<br /> Fermentation<br /> Thời gian lên time (days)<br /> men (ngày) Fermentation time(ngày)<br /> Thời gian lên men (days)<br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 2. Tiªu thô maltose (a) vμ ®−êng tæng sè (b) trong qu¸ tr×nh lªn men bëi<br /> Saccharomyces cerevisiae BRAS291 trong c¸c ®iÒu kiÖn m«i tr−êng kh¸c nhau:<br /> hydro ( ); heli ( ); «xy ( ); kh«ng sôc khÝ ( ).<br /> Sè liÖu biÓu diÔn gi¸ trÞ trung b×nh vμ sai sè tõ 3 thÝ nghiÖm lÆp l¹i ®éc lËp<br /> <br /> <br /> 323<br />  Ảnh hưởng của việc thay đổi môi trường ôxy hóa khử bằng sục khí đến tiêu thụ đường ở nấm men bia...<br /> <br /> NhiÒu nghiªn cøu vÒ tiªu thô ®−êng ë 4. KÕT LUËN<br /> nÊm men vμ tËp trung chñ yÕu vμo glucose<br /> Nghiªn cøu ®· chØ ra kh¶ n¨ng thay ®æi<br /> vμ maltose (Lagunas, 1993; van Dijken vμ<br /> m«i tr−êng «xy hãa khö b»ng c¸ch sö dông<br /> cs., 1993; Weusthuis vμ cs., 1994 a,b;<br /> c¸c lo¹i khÝ kh¸c nhau nh− c¸c t¸c nh©n «xy<br /> Brondijk vμ cs., 2001). ë nÊm men, c¸c<br /> hãa khö ë l−u l−îng rÊt nhá (0.03 vvm): (i)<br /> ®−êng ®¬n nh− glucose vμ fructose ®−îc vËn<br /> m«i tr−êng «xy hãa m¹nh víi O2: +515 mV;<br /> chuyÓn vμo tÕ bμo nhê chªnh lÖch nång ®é<br /> (ii) m«i tr−êng khö m¹nh víi H2: -385 mV;<br /> ®−êng trong vμ ngoμi tÕ bμo. Trong khi ®ã,<br /> vμ (iii) m«i tr−êng tõ khö nhÑ ®Õn xÊp xØ<br /> lªn men maltose bëi S. cerevisiae ®ßi hái<br /> trung tÝnh víi kh«ng sôc khÝ vμ He: -195 −<br /> tr−íc hÕt enzyme maltose permease vËn<br /> +40 mV. Sù thay ®æi tiªu thô ®−êng bëi nÊm<br /> chuyÓn maltose vμo tÕ bμo vμ tiÕp theo lμ<br /> men S. cerevisiae BRAS291 bÞ ¶nh h−ëng<br /> maltase thñy ph©n maltose thμnh glucose –<br /> nhiÒu bëi b¶n chÊt khÝ sö dông h¬n lμ bëi<br /> ®−êng cã kh¶ n¨ng lªn men ®−îc ®èi víi nÊm<br /> thÕ «xy hãa khö cña m«i tr−êng: so víi ®iÒu<br /> men. Thªm vμo ®ã, hÖ thèng vËn chuyÓn<br /> kiÖn kh«ng sôc khÝ – m«i tr−êng khö nhÑ,<br /> maltose lμ hÖ thèng kÕt hîp proton (proton-<br /> tæng l−îng ®−êng tiªu thô trong m«i tr−êng<br /> symport) cÇn n¨ng l−îng trao ®æi chÊt ®Ó cã<br /> tõ trung tÝnh ®Õn khö m¹nh t¹o thμnh do<br /> thÓ vËn hμnh ®−îc (Lagunas, 1993).<br /> sôc khÝ He hay H2 t¨ng 13% vμ trong m«i<br /> Trong nghiªn cøu cña chóng t«i, so víi<br /> tr−êng «xy hãa m¹nh t¹o thμnh do sôc khÝ<br /> ®iÒu kiÖn kh«ng sôc khÝ – m«i tr−êng khö<br /> O2 gi¶m 47%.<br /> nhÑ, m«i tr−êng tõ trung tÝnh ®Õn khö m¹nh<br /> t¹o thμnh do sôc khÝ He hay H2 ®Òu t¹o<br /> thuËn lîi cho tiªu thô maltotriose vμ maltose TμI LIÖU THAM KH¶O<br /> cña nÊm men. Ng−îc l¹i, m«i tr−êng «xy hãa<br /> m¹nh t¹o thμnh do sôc khÝ O2 ®· øc chÕ tiªu AirLiquide (2002). Gas encyclopedia.<br /> thô chóng. HiÖn t−îng øc chÕ nμy cã thÓ Amsterdam: Elsevier Science B.V.<br /> ®−îc gi¶i thÝch bëi sù øc chÕ cña O2 ®èi víi Alwazeer, D., C. Delbeau, C. Divies and R.<br /> enzyme maltose permease vμ/hoÆc maltase. Cachon (2003). "Use of redox potential<br /> Tuy nhiªn, gÇn nh− ch−a cã nghiªn cøu nμo modification by gas improves microbial<br /> ®Ò cËp ®Õn ¶nh h−ëng cña thÕ «xy hãa khö quality, color retention, and ascorbic acid<br /> ®Õn vËn chuyÓn vμ tiªu thô ®−êng. Theo mét stability of pasteurized orange juice." Int<br /> nghiªn cøu vÒ ¶nh h−ëng cña nång ®é «xy J Food Microbiol 89(1): 21-29.<br /> trong m«i tr−êng (Weusthuis & cs., 1994b), Andreeva, E. A. and I. L. Rabotnova (1978).<br /> l−u l−îng O2 d−íi 100 ml/phót kh«ng ¶nh "Effect of the redox potential on the<br /> h−ëng ®Õn trao ®æi chÊt cña maltose ë S. growth of aerobic microorganisms."<br /> cerevisiae CBS8066 nh−ng l¹i øc chÕ lªn Mikrobiologiia 47(4): 637-643.<br /> men maltose Candida utilis CBS 621. HiÖn Bagramyan, K., A. Galstyan and A.<br /> t−îng m«i tr−êng H2 vμ He c¶i thiÖn kh¶ Trchounian (2000). "Redox potential is a<br /> n¨ng tiªu thô maltose cña nÊm men cßn determinant in the Escherichia coli<br /> ch−a cã lêi gi¶i ®¸p. Nã cã thÓ liªn quan ®Õn anaerobic fermentative growth and<br /> sù gi¶m kÝch th−íc tÕ bμo nÊm men 50% so survival: effects of impermeable oxidant."<br /> víi trong ®iÒu kiÖn kh«ng sôc khÝ (Pham & Bioelectrochemistry 51(2): 151-156.<br /> cs., 2008). V× diÖn tÝch trao ®æi gi÷a m«i Bohlscheid, J. C., J. K. Fellman, X. D.<br /> tr−êng ngoμi vμ trong tÕ bμo t¨ng khi kÝch Wang, D. Ansen and C. G. Edwards<br /> th−íc tÕ bμo gi¶m, trao ®æi chÊt cña tÕ bμo cã (2007). "The influence of nitrogen and<br /> thÓ ®−îc c¶i thiÖn. biotin interactions on the performance<br /> <br /> 324<br />  Phạm Thu Hà, Geneviève Mauvais, Catherine Vergoignan, Rémy Cachon và Gilles Feron<br /> <br /> of Saccharomyces in alcoholic Ribbons D.W., Academic Press London &<br /> fermentations." J. Appl Microbiol 102(2): New York 2: 91-123.<br /> 390-400. Kieronczyk, A., R. Cachon, G. Feron and M.<br /> Brondijk, H., W. Konings and B. Poolman Yvon (2006). "Addition of oxidizing or<br /> (2001). "Regulation of maltose transport reducing agents to the reaction medium<br /> in Saccharomyces cerevisiae." Arch influences amino acid conversion to aroma<br /> Microbiol 176(1 - 2): 96-105.<br /> compounds by Lactococcus lactis." J Appl<br /> Cachon, R., N. Capelle, C. Divies and L. Microbiol 101(5): 1114-1122.<br /> Prost (2002). Method for culturing micro-<br /> Kunze, W. (1996). "Technology of brewing<br /> organisms in reducing condition obtained<br /> by a gas stream. World patent 0,202,748, and malting." VLB Berlin Germany.<br /> 10 Jan 2002. Lagunas, R. (1993). "Sugar transport in<br /> Feron, G., G. Mauvais, J. Lherminier, J. Saccharomyces cerevisiae." FEMS<br /> Michel, X.-D. Wang, C. Viel and R. Microbiol Lett 104(3-4): 229-242.<br /> Cachon (2007). "Metabolism of fatty acid Malherbe, S., V. Fromion, N. Hilgert and J.<br /> in yeast: Addition of reducing agents to M. Sablayrolles (2004). "Modeling the<br /> the reaction medium influences beta- effects of assimilable nitrogen and<br /> oxidoreduction activities, gama- temperature on fermentation kinetics in<br /> decalactone production and cell enological conditions." Biotechnol Bioeng<br /> ultrastructure in Sproridiobolus ruinenii 86(3): 261-272.<br /> cultivated on ricinoleic acid methyl ester." Moll, M. (1991). "BiÌres & coolers."<br /> Can J Microbiol 53: 738-749. Collection Sciences & Techiniques Agro-<br /> Fornairon-Bonnefond, C., E. Aguera, C. Alimentaire Tec & Doc - Lavoisier: 198-<br /> Deytieux, J. M. Sablayrolles and J. M. 199.<br /> Salmon (2003). "Impact of oxygen addition<br /> Nielsen, M. K. and N. Arneborg (2007). "The<br /> during enological fermentation on sterol<br /> effect of citric acid and pH on growth and<br /> contents in yeast lees and their reactivity<br /> metabolism of anaerobic Saccharomyces<br /> towards oxygen." J Biosci Bioeng 95(5):<br /> cerevisiae and Zygosaccharomyces bailii<br /> 496-503.<br /> cultures." Food Microbiol 24(1): 101-105.<br /> Hoon Park, A. T. B. (2000). "SSU1 mediates<br /> Ouvry, A., Y. Wache, R. Tourdot-Marechal,<br /> sulphite efflux in Saccharomyces<br /> C. Divies and R. Cachon (2002). "Effects of<br /> cerevisiae." Yeast 16(10): 881-888.<br /> oxidoreduction potential combined with<br /> Husson, F., V. P. Tu, M. Santiago-Gomez, R.<br /> acetic acid, NaCl and temperature on the<br /> Cachon, G. Feron, J.-M. Nicaud, S.<br /> growth, acidification, and membrane<br /> Kermasha and J.-M. Belin (2006). "Effect<br /> properties of Lactobacillus plantarum."<br /> of redox potential on the growth of<br /> Yarrowia lipolytica and the biosynthesis FEMS Microbiol Lett 214(2): 257-261.<br /> and activity of heterologous hydroperoxide Pham, T.-H., Mauvais, G., Vergoignan, C.,<br /> lyase." Journal of Molecular Catalysis B: Lherminier, J., Dumont, F., De Coninck,<br /> Enzymatic, Proceedings of the 7th. J., Cachon, R., Feron, G. (2008). Gaseous<br /> International Symposium on Biocatalysis environments modify physiology in the<br /> and Biotransformations 39(1-4): 179-183. brewing yeast Saccharomyces cerevisiae<br /> Jacob, H.-E. (1970). "Redox Potential." during batch alcoholic fermentation. J<br /> Methods in Microbilogy, Noris J.R. & Appl Microbiol, 105 (3): 858-874.<br /> <br /> 325<br />  Ảnh hưởng của việc thay đổi môi trường ôxy hóa khử bằng sục khí đến tiêu thụ đường ở nấm men bia...<br /> <br /> Riondet, C., R. Cachon, Y. Wache, G. Alcaraz van Dijken, J. P., R. A. Weusthuis and J. T.<br /> and C. Divies (2000). "Extracellular Pronk (1993). "Kinetics of growth and<br /> oxidoreduction potential modifies carbon sugar consumption in yeasts." Antonie<br /> and electron flow in Escherichia coli." J Van Leeuwenhoek 63(3-4): 343-352.<br /> Bacteriol 182(3): 620-626. Weusthuis, R. A., J. T. Pronk, P. J. Van den<br /> Roustan, J.-L. and J.-M. Sablayrolles (2003). Broek and J. P. Van Dijken (1994a).<br /> "Feasibility of measuring ferricyanide "Chemostat cultivation as a tool for<br /> reduction by yeasts to estimate their<br /> studies on sugar transport in yeasts."<br /> activity during alcoholic fermentation in<br /> Microbiol Rev 58(4): 616–630.<br /> wine-making conditions." J Biosci Bioeng<br /> 96(5): 434-437. Weusthuis, R. A., W. Visser, J. T. Pronk, W.<br /> A. Scheffers and J. P. van Dijken (1994b).<br /> Roustan, J. L. and J. M. Sablayrolles (2002).<br /> "Impact of the addition of electron "Effects of oxygen limitation on sugar<br /> acceptors on the by-products of alcoholic metabolism in yeasts: a continuous-<br /> fermentation." Enz Microb Technol 31 (1- culture study of the Kluyver effect."<br /> 2): 142-152. Microbiology 140(4): 703-715.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 326<br />