VI SINH VẬT HỌC TRONG CÔNG NGHIỆP BIA
(MICROBIOLOGY IN BREWING)
Bài giảng cho SABMiller Vietnam
LÊ VĂN VIỆT MẪN
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
1
ĐH Bách khoa TP.HCM
NỘI DUNG
Chương 1: Giới thiệu về nấm men bia
Chương 2: Kỹ thuật vi sinh trong sản xuất bia
Chương 3: Hệ vi sinh vật nhiễm trong công nghiệp bia
Chương 4: Một số thành tựu về nấm men bia
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
2
1
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA
1.1. Phân loại nấm men bia
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
1.3. Cơ chất của nấm men bia
1.4. Phương pháp sinh sản
1.5. Quá trình trao đổi chất của nấm men bia
1.6. Các phương pháp định lượng nấm men bia
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
3
1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện
1.1. Phân loại nấm men bia
Phân loại (taxonomy)
Sinh vật
Phi bào Tế bào
Procaryote Eucaryote Virus
(cid:1) Vi khuẩn (cid:1) Tảo lam
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
4
(cid:1) Tảo (trừ tảo lam) (cid:1) Protista (cid:1) Nấm (nấm men và nấm sợi) (cid:1)Thực vật (cid:1) Động vật
2
1.1. Phân loại nấm men bia
Phân loại (taxonomy)
Kingdom (Giới) Fungi Division (Ngành) Ascomycota Class (Lớp) Hemiascomycete
Sub family (Họ phụ) Saccharomycetodeae Family (Họ) Saccharomycetaceae Order (Bộ) Endomycetales
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
5
Genus (Giống) Saccharomyces Species (Loài) Saccharomyces cerevisiae
1.1. Phân loại nấm men bia
Nấm men bia: 2 nhóm
Nấm men nổi Nấm men chìm
Nổi lơ lửng trong dịch lên men Chìm xuống đáy dịch lên men
ALE LAGER
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
6
Vấn đề tái sử dụng trong sản xuất?
3
1.1. Phân loại nấm men bia
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
7
Nấm men nổi
1.1. Phân loại nấm men bia
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
8
Nấm men chìm
4
1.1. Phân loại nấm men bia
Nấm men bia: 2 nhóm
Nấm men nổi Nấm men chìm
Tên cũ
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlbergensis/ Saccharomyces uvarum
Tên mới (Kreger Van Rij, 1984)
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
9
Saccharomyces cerevisiae
1.1. Phân loại nấm men bia
Phân biệt nấm men nổi và chìm
Nấm men nổi Nấm men chìm
15-250C 6-140C Nhiệt độ lên men
Kém Khả năng kết lắng Tốt
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
10
33.3% 100% Khả năng lên men raffinose
5
1.1. Phân loại nấm men bia
Raffinose
Melibiase Saccharose
α-D-Galactosyl- (1→6) -α-D-glucosyl- (1→2) -ß-D-Fructoside
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
11
Melibiose Invertase
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA
1.1. Phân loại nấm men bia
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
1.3. Cơ chất của nấm men bia
1.4. Phương pháp sinh sản
1.5. Quá trình trao đổi chất của nấm men bia
1.6. Các phương pháp định lượng nấm men bia
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
12
1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện
6
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Hình thái
• Vi sinh vật đơn bào • Không chuyển động • Hình cầu, trứng, elip, oval, ống kéo dài • Kích thước:
(cid:2) Lớn: 4.5-1.5 x 7.0-21.0µm (cid:2) Nhỏ: 2.5-7.0 x 4.5-11.0µm (cid:2) Trung bình: 3.5-8.0 x 5.0-11.0µm
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
13
→ Quan sát dưới kính hiển vi với độ phóng đại x 400
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Hình thái
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
14
S. cerevisiae
7
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
15
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Thành tế bào (Cell wall): 3 lớp • Cấu tạo: 90% carbohydrate, 10% protein
(cid:2) Lớp trong: β(1-3)-glucan, hình sợi, không tan trong kiềm và acid acetic → độ cứng (cid:2) Lớp giữa: β(1-3)-glucan, tan trong kiềm, nơi liên kết với mannoprotein → độ đàn hồi (cid:2) Lớp ngoài: mannoprotein
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
16
→ β(1-6)-glucan sẽ liên kết lớp trong và lớp giữa
8
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
17
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Thành tế bào (Cell wall) • Chú ý vết sẹo → chitin
• Chức năng
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
18
(cid:2) Tạo hình dạng (cid:2) Bảo vệ
9
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Màng tế bào chất (Cytoplasmic membrane) • Cấu tạo:
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
19
2 lớp phospholipid, protein, sterol • Chức năng
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
20
Màng tế bào chất (Cytoplasmic membrane)
10
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
21
Màng tế bào chất (cytoplasmic membrane)
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Lớp không gian chu chất (Periplasm)
• Cấu tạo
• Chức năng: chứa các enzyme invertase, protease…
Tế bào chất (Cyoplasm) • Cấu tạo
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
22
• Chức năng: chứa các cơ quan con và là nơi diễn ra các quá trình trao đổi chất
11
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Nhân (Nucleus)
• Cấu tạo: 17 chromosome
• Chức năng
Plasmide • Cấu tạo
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
23
• Chức năng
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Ty thể (Mitochondria)
• Cấu tạo
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
24
• Chức năng
12
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Ribosome
• Cấu tạo: 2 tiểu phần 60S và 40S, tốc độ lắng 80S
• Chức năng
Mạng lưới nội chất (Endoplasmic reticulum) • Cấu tạo
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
25
• Chức năng
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Không bào (Vacuole)
• Cấu tạo
• Chức năng
Tonoplast
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
26
Volutin granule
13
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Thể Golgi
• Cấu tạo
• Chức năng
Hạt dự trữ (Lipid granule, glycogen granule) • Cấu tạo
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
27
• Chức năng
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Thành phần hóa học tế bào
• Các hợp chất cơ bản: nước, glucid, protein, lipid, acid nucleic • Các hợp chất khác: vitamin, khoáng…
Các nguyên tố hóa học trong tế bào
• Nguyên tố cơ bản: C, N, H, O • Khoáng
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
28
(cid:2) Đa lượng: P, S, Na, K, Ca, Mg, Fe, Cl… (cid:2) Vi lượng: Zn, Mn, Co, Mo…
14
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
29
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA
1.1. Phân loại nấm men bia
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
1.3. Cơ chất của nấm men bia
1.4. Phương pháp sinh sản
1.5. Quá trình trao đổi chất của nấm men bia
1.6. Các phương pháp định lượng nấm men bia
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
30
1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện
15
1.3. Cơ chất của nấm men bia
Phương pháp tổng hợp năng lượng ở vi sinh vật
VSV quang năng (phototrophs) VSV hóa năng (chemotrophs)
VSV tự dưỡng quang năng (photoautotrophs/ photolithotrophs)
VSV dị dưỡng quang năng (photoheterotrophs/ photoorganotrophs)
VSV tự dưỡng hóa năng (chemoautotrophs/ chemolithotrophs)
VSV dị dưỡng hóa năng (chemoheterotrophs/ chemoorganotrophs)
Nấm men bia
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
31
1.3. Cơ chất của nấm men bia
Nhu cầu về các nguyên tố cơ bản
• Nguồn C trong dịch nha
(cid:2) Đường đơn: glucose, fructose (cid:2) Đường đôi: saccharose, maltose (cid:2) Đường tam (cid:2) Các cơ chất khác
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
32
→ Nhận xét
16
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
33
1.3. Cơ chất của nấm men bia
Nhu cầu về các nguyên tố cơ bản
• Nguồn N
(cid:2) N hữu cơ: acid amin, peptide mạch ngắn (cid:2) N vô cơ: ammonium, urea
→ Nhận xét
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
34
• Nguồn H và O
17
1.3. Cơ chất của nấm men bia
Nhu cầu về khoáng
(cid:1) Đa lượng và vi lượng
→ Định lượng
Yếu tố sinh trưởng
(cid:1) Định nghĩa
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
35
→ Định lượng
1.3. Cơ chất của nấm men bia
Môi trường (medium)
(cid:1) Định nghĩa
(cid:1) Mục đích sử dụng (cid:2) Nghiên cứu
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
36
(cid:3) Phân lập (identification) (cid:3) Định lượng (quantification) (cid:3) Bảo quản giống (storage) (cid:3) Xác định các đặc điểm về hình thái hoặc các tính chất sinh lý…
18
1.3. Cơ chất của nấm men bia
Môi trường (medium)
(cid:1) Mục đích sử dụng (cid:2) Sản xuất
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
37
(cid:3) Nhân giống (cid:3) Hoạt hóa giống (cid:3) Lên men thu nhận sản phẩm
1.3. Cơ chất của nấm men bia
Môi trường (medium)
(cid:1) Phân loại môi trường theo phương pháp pha chế
(cid:2) Tự nhiên (cid:2) Tổng hợp
(cid:1) Phân loại môi trường theo trạng thái vật lý
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
38
(cid:2) Rắn (cid:2) Lỏng (cid:2) Đặc
19
1.3. Cơ chất của nấm men bia
Môi trường (medium)
(cid:1) Nguyên tắc thiết lập môi trường
(cid:2) Xác định thành phần định tính
(cid:2) Tối ưu hóa thành phần định lượng
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
39
(cid:1) Nhận xét
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA
1.1. Phân loại nấm men bia
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
1.3. Cơ chất của nấm men bia
1.4. Phương pháp sinh sản
1.5. Quá trình trao đổi chất của nấm men bia
1.6. Các phương pháp định lượng nấm men bia
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
40
1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện
20
1.4. Phương pháp sinh sản
Các khái niệm cơ bản
(cid:1) Tế bào đơn bội (haploide)
(cid:1) Tế bào lưỡng bội (diploide)
(cid:1) Sinh sản vô tính (asexual)
(cid:1) Sinh sản hữu tính (sexual)
(cid:1) Nguyên phân (mitosis)
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
41
(cid:1) Giảm phân (meiosis)
1.4. Phương pháp sinh sản
Nấm men bia
(cid:1) Sinh sản vô tính: phương pháp nảy chồi
(cid:2) Phạm vi ứng dụng
(cid:2) Quy trình
(cid:2) Thời gian thế hệ: 1.5-2.0h
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
42
(cid:2) Số lần thực hiện: 40
21
1.4. Phương pháp sinh sản
Nấm men bia
(cid:1) Sinh sản hữu tính: tiếp hợp
(cid:2) Phạm vi ứng dụng
(cid:2) Quy trình
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
43
(cid:2) Thời gian hình thành zygote: 6-8h
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
44
1.4. Phương pháp sinh sản
22
1.4. Phương pháp sinh sản
Các yếu tố ảnh hưởng
Vật lý
(cid:1) Nhiệt độ
(cid:2) Khái niệm Topt
(cid:2) Tmin
(cid:2) Tmax
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
45
(cid:2) Mesophile
1.4. Phương pháp sinh sản
Các yếu tố ảnh hưởng
Vật lý
(cid:1) Áp lực thẩm thấu
(cid:2) Định nghĩa
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
46
(cid:2) Quy luật ảnh hưởng
23
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
47
1.4. Phương pháp sinh sản
Các yếu tố ảnh hưởng
Vật lý
(cid:1) Tia UV và gamma
(cid:2) Cơ chế tác động
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
48
(cid:2) Ứng dụng
24
1.4. Phương pháp sinh sản
Các yếu tố ảnh hưởng
Hóa học
(cid:1) Độ ẩm/ hoạt độ của nước
(cid:2) Độ ẩm
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
49
(cid:2) Hoạt độ của nước: Aw = P/Po = N2/(N1+N2)
1.4. Phương pháp sinh sản
Các yếu tố ảnh hưởng
Hóa học
(cid:1) pH
(cid:2) pHopt (cid:2) pHmin (cid:2) pHmax (cid:1) Oxy phân tử
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
50
→ Kỵ khí tùy tiện (facultative aerobe)
25
1.4. Phương pháp sinh sản
Các yếu tố ảnh hưởng
Hóa học
(cid:1) Các chất hóa học khác
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
51
(cid:2) Rượu (ethanol, isopropanol…) (cid:2) Halogen: chlore, flour, iodine… (cid:2) Các chất oxy hóa: KMnO4, H2O2, O3… (cid:2) Phenol (cid:2) Kháng sinh
1.4. Phương pháp sinh sản
Các yếu tố ảnh hưởng
Sinh học
(cid:1) Tương tác sinh học (Bio-interaction)
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
52
→ Cạnh tranh (competition)
26
1.4. Phương pháp sinh sản
Quy luật sinh trưởng
(cid:1) Định nghĩa sinh trưởng
(cid:1) Đường cong sinh trưởng: X=f(t)
(cid:1) Tốc độ sinh trưởng: dX/dt
(cid:1) Tốc độ sinh trưởng riêng: µ = (dX/dt)*(1/X)
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
53
(cid:1) Hiệu suất tổng hợp sinh khối: (X2-X1)/(S1-S2)
1.4. Phương pháp sinh sản
6 giai đoạn sinh trưởng
a) Thích nghi
b) Sinh trưởng nhanh
c) Sinh trưởng logarite
d) Sinh trưởng chậm
e) Ổn định
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
54
f) Suy vong
27
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
55
1.4. Phương pháp sinh sản
1.4. Phương pháp sinh sản
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
56
Quy luật sinh trưởng
28
1.4. Phương pháp sinh sản
Quy luật sinh trưởng (cid:1) Phương trình Monod:
µexpo = µexpo
max * S/(Ks+S)
max: Maximum µexpo
(cid:2) S: Nồng độ cơ chất (cid:2) µexpo (cid:2) Ks: Hằng số bão hòa
(cid:1) Giới hạn
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
57
(cid:1) Ứng dụng
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA
1.1. Phân loại nấm men bia
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
1.3. Cơ chất của nấm men bia
1.4. Phương pháp sinh sản
1.5. Quá trình trao đổi chất của nấm men bia
1.6. Các phương pháp định lượng nấm men bia
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
58
1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện
29
1.5. Trao đổi chất
Các khái niệm cơ bản
(cid:1) Trao đổi chất (metabolism): tập hợp các phản ứng hóa học xảy ra ở tế bào (cid:1) Mục đích
(cid:2) Trao đổi năng lượng (cid:2) Trao đổi vật chất (cid:1) Gồm 2 quá trình độc lập (cid:2) Dị hóa (catabolism)
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
59
(cid:2) Đồng hóa (anabolism)
1.5. Trao đổi chất
Các khái niệm cơ bản
(cid:1) Sản phẩm trao đổi chất (metabolite) (cid:2) Bậc một (primary metabolite)
(cid:2) Bậc hai (secondary metabolite)
(cid:1) Sản phẩm chính (main product) và sản phẩm phụ (by-product or secondary product)
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
60
(cid:1) Con đường trao đổi chất (metabolic pathway)
30
1.5. Trao đổi chất
Trao đổi năng lượng
ATP ADP/AMP Sử dụng năng lượng - Pi/PPi
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
61
+ Pi/PPi Tổng hợp năng lượng ADP/AMP ATP
1.5. Trao đổi chất
Tổng hợp năng lượng
Chất khử Chất oxy hóa Cho e-/ H
+ Pi
ADP ATP
(cid:1) Hai phương pháp tổng hợp năng lượng
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
62
(cid:2) Hô hấp (respiration) (cid:2) Lên men (fermentation)
31
1.5. Trao đổi chất
Tổng hợp năng lượng – Hô hấp
(cid:1) Thành phần chuỗi hô hấp
(cid:2) Flavoprotein: enzyme chứa FMN (cid:2) Protein Fe-S (cid:2) Ubiquinone (coenzyme Q) (cid:2) Cytochrome: heteroprotein với ferroporphyrinic
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
63
(cid:1) Vị trí (cid:1) Chức năng
1.5. Trao đổi chất Tổng hợp năng lượng – Hô hấp
Chuỗi hô hấp ở Eucaryote
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
64
32
1.5. Trao đổi chất Tổng hợp năng lượng – Hô hấp
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
65
Thuyết hóa thấm Mitchelle
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
66
1.5. Trao đổi chất Tổng hợp năng lượng – Lên men
33
1.5. Trao đổi chất Trao đổi glucid
Dị hóa (cid:1) Glucose
Chu trình đường phân (EMP) Glucose Acid pyruvic, năng lượng
Phương trình tổng quát:
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi + 2NAD = 2CH3-CO-COOH + 2ATP + 2NADH2
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
67
1.5. Trao đổi chất Trao đổi glucid
Dị hóa (cid:1) Glucose
(cid:2) Điều kiện có oxy:
Chu trình Crebs Acid pyruvic Khí carbonic, nước, năng lượng
Phương trình tổng quát:
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
68
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6 H2O + 38/28ATP
34
1.5. Trao đổi chất Trao đổi glucid
Dị hóa (cid:1) Glucose
(cid:2) Điều kiện không có oxy: NADH + H+ CH3COCOOH → CH3CHO → CH3CH2OH -CO2
Phương trình tổng quát
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
69
C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
Chu trình EMP
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
70
35
Chu trình Crebs
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
71
Chu trình Pentose- phosphate
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
72
Chức năng
36
1.5. Trao đổi chất Trao đổi glucid
Dị hóa
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
73
(cid:1) Các saccharide khác
1.5. Trao đổi chất Trao đổi glucid
Đồng hóa
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
74
(cid:1) Glycogen
37
1.5. Trao đổi chất Trao đổi glucid
Đồng hóa
(cid:1) Trehalose
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
75
(cid:1) Mannan, glucan…
1.5. Trao đổi chất Trao đổi glucid
Đồng hóa
(cid:1) Hiệu ứng Pasteur
Oxygen ức chế quá trình lên men ethanol
→ Ứng dụng
(cid:1) Hiệu ứng Crabtree
Trong điều kiện hiếu khí, một phần glucose sẽ được chuyển hóa thành ethanol và khí carbonic
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
76
→ Ứng dụng
38
1.5. Trao đổi chất
Trao đổi các hợp chất có chứa nitơ
(cid:1) Dị hóa
(cid:1) Đồng hóa
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
77
→ Nguồn acid amin (cid:2) Dịch nha (cid:2) Keto acid
1.5. Trao đổi chất
Trao đổi các hợp chất có chứa nitơ
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
78
Phản ứng trao đổi amin
39
1.5. Trao đổi chất
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
79
Trao đổi các hợp chất có chứa nitơ
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
80
1.5. Trao đổi chất
40
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
81
1.5. Trao đổi chất
1.5. Trao đổi chất
Trao đổi các hợp chất có chứa nitơ
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
82
Thứ tự hấp thu acid amin của nấm men bia (Pierce, 1987)
41
1.5. Trao đổi chất
Trao đổi các hợp chất có chứa nitơ
Phân loại acid amin dựa trên sự ảnh hưởng của nó đến mùi vị bia
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
83
1.5. Trao đổi chất
Trao đổi lipid
(cid:1) Dị hóa
(cid:1) Đồng hóa
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
84
(cid:2) Acid béo: từ acetyl-SCoA (cid:2) Triglyceride (cid:2) Phospholipide (cid:2) Sterol (20 loại)
42
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
85
1.5. Trao đổi chất
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
86
Các sản phẩm phụ của quá trình lên men ethanol
43
1.5. Trao đổi chất
Sản phẩm phụ: acid hữu cơ
• Nguồn gốc
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
87
• Hàm lượng (Klopper, 1986)
1.5. Trao đổi chất
Sản phẩm phụ: acid béo tự do
(cid:2)C8 (a. caprilic): 3.6ppm (cid:2)C10 (a. capric): 0.5ppm (cid:2)C12 (a. lauric): 0.1ppm (cid:2)C14 (a. myristic): 0.1pp (cid:2)C16 (a. palmitic): 0.3ppm (cid:2)C18 (a. stearic): vết (cid:2)C18:1 (a. oleic): 0.1ppm (cid:2)C18:2 (a. linoleic): vết (cid:2)C18:3 (a. linolenic): vết
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
88
• Nguồn gốc • Hàm lượng trong bia (Klopper, 1975)
44
1.5. Trao đổi chất
Sản phẩm phụ: aldehyde và ketone • Nguồn gốc
• Thành phần: 200 cấu tử
(cid:2) Aldehyde acetic: 90% tổng aldehyde (cid:2) Vicinal diketone
• Ngưỡng quy định
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
89
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
90
(cid:2) Acetaldehyde: 10-20ppm (cid:2) Diacetyl (cid:2) Acetoin (cid:2) 2,3-butanediol
45
1.5. Trao đổi chất
Sản phẩm phụ: aldehyde và ketone
• Giải pháp hạn chế diacetyl:
(cid:2) Xử lý nhiệt
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
91
(cid:2) Sử dụng chế phẩm α-acetolactate decarboxylase
1.5. Trao đổi chất
Sản phẩm phụ: higher alcohol
• Nguồn gốc:
(cid:2) Con đường Ehrlich: Acid amin → Keto-acid → Aldehyde → Alcohol (cid:2) Cơ chất
• Thành phần: 40 loại
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
92
(cid:2) Hàm lượng tổng: 100-200mg/L (cid:2) Chủ yếu: n-propanol, iso-butanol, 2-methylbutanol, 3- methylbutanol
46
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
93
1.5. Trao đổi chất
Sản phẩm phụ: ester
• Nguồn gốc:
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
94
(cid:2) Phản ứng giữa alcohol và acid hữu cơ/ acid béo (cid:2) Phản ứng giữa alcohol và fatty acyl-CoA ester (cid:2) Phản ứng xúc tác bởi esterase
47
1.5. Trao đổi chất
Sản phẩm phụ: ester
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
95
• Thành phần
1.5. Trao đổi chất
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
96
Sản phẩm phụ: các hợp chất chứa lưu huỳnh • Nguồn gốc: (cid:2) Malt (cid:2) Houblon (cid:2) Nước • Thành phần (cid:2) H2S (cid:2) SO2 (cid:2) Dimethyl sulphide (DMS) (cid:2) Dimethyl sulfoxide (DMSO) (cid:2) Ethylmercaptan C2H5SH
48
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
97
1.5. Trao đổi chất
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
98
Sản phẩm phụ: các hợp chất chứa lưu huỳnh
49
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
99
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA
1.1. Phân loại nấm men bia
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
1.3. Cơ chất của nấm men bia
1.4. Phương pháp sinh sản
1.5. Quá trình trao đổi chất của nấm men bia
1.6. Các phương pháp định lượng nấm men bia
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
100
1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện
50
1.6. Phương pháp định lượng
1.6.1. Đếm số tế bào
Sử dụng buồng đếm (cid:1) Chọn buồng đếm
(cid:2)Thoma: h=0.1mm (cid:2) Salubemi: h=0.04mm (cid:1) Thuốc nhuộm methylene blue
(cid:1) Ưu điểm
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
101
(cid:1) Nhược điểm
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
102
1.6. Phương pháp định lượng
51
1.6. Phương pháp định lượng
1.6.1. Đếm số tế bào
Đếm khuẩn lạc trên môi trường thạch
(cid:1) Nguyên tắc:
(cid:2) Khái niệm khuẩn lạc (cfu) (cid:2) Chọn môi trường đặc hiệu
(cid:1) Ưu điểm
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
103
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
104
(cid:1) Nhược điểm
52
1.6. Phương pháp định lượng
1.6.1. Đếm số tế bào
Đếm khuẩn lạc trên môi trường thạch
(cid:1) Phương pháp Pour plate
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
105
(cid:1) Phương pháp Spread plate
1.6. Phương pháp định lượng
1.6.2. Định lượng sinh khối
Lượng chất khô (dry weight)
(cid:1) Nguyên tắc:
(cid:2) Vi lọc/ ly tâm → Sấy (cid:2) Biểu diễn kết quả
(cid:1) Ưu điểm
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
106
(cid:1) Nhược điểm
53
1.6. Phương pháp định lượng
1.6.2. Định lượng sinh khối
Đo độ đục
(cid:1) Công thức: A = lg (Io/I) = K.C.L ~ K.C
(cid:2) Io, I: cường độ ánh sáng trước và sau khi qua mẫu (cid:2) K: hệ số hấp thu (cid:2) C: nồng độ tế bào trong mẫu (cid:2) L: độ dày của cuvet
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
107
(cid:1) Dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ đục và lượng chất khô của sinh khối (cid:1) Ưu điểm (cid:1) Nhược điểm
1.6. Phương pháp định lượng
1.6.3. Định lượng các hợp chất nội bào
ATP (cid:1) Phản ứng giữa ATP và luciferine, xúc tác luciferase (Mg2+)
(cid:2) Kích thích: H2
H2-L-CO2 + ATP + E = AMP-L-E + PPi
CO2 (cid:2) Oxy hóa: H2
+ ½ O2 = AMP-L*-E + H2O
CO2 AMP-L-E CO2 (cid:2) Decarboxyl hóa:
= AMP + L-E + CO2 + photon
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
108
AMP-L*-E CO2
54
1.6. Phương pháp định lượng
1.6.3. Định lượng các hợp chất nội bào
ATP (cid:1) Quy trình thực hiện
(cid:2) Xác định ATP ngoại bào (cid:2) Phá vỡ thành tế bào (cid:2) Xác định ATP tổng (cid:2) Dựng đường chuẩn
(cid:1) ATP (cid:1) Nấm men (cid:2) Tính kết quả
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
109
(cid:1) Ưu điểm (cid:1) Nhược điểm
1.6. Phương pháp định lượng
1.6.3. Định lượng các hợp chất nội bào
Các hợp chất khác
(cid:1) FAD và FMN
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
110
(cid:1) Nitơ tổng
55
1.6.4. Phương pháp sử dụng chỉ số xác suất cao nhất
Most Probable Number (MPN)
(cid:1)Ưu điểm
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
111
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
112
(cid:1) Nhược điểm
56
1.6. Phương pháp định lượng
1.6.5. Định lượng sinh trưởng qua hoạt tính của tế bào
(cid:1) Mức độ sử dụng cơ chất
(cid:1) Mức độ hình thành sản phẩm
(cid:1) Ưu điểm
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
113
(cid:1) Nhược điểm
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA
1.1. Phân loại nấm men bia
1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
1.3. Cơ chất của nấm men bia
1.4. Phương pháp sinh sản
1.5. Quá trình trao đổi chất của nấm men bia
1.6. Các phương pháp định lượng nấm men bia
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
114
1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện
57
1.7. Chọn giống nấm men bia
Tiêu chí và phương pháp thực hiện
Hình thái (Morphological test)
(cid:1) Quan sát dưới kính hiển vi
(cid:1) Quan sát khuẩn lạc
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
115
→ Ví dụ: Môi trường WLN với bromocresol: khuẩn lạc có màu từ xanh nhạt đến xanh đậm (dark green)
1.7. Chọn giống nấm men bia
Tiêu chí và phương pháp thực hiện
Sinh lý (Physiological test) (cid:1) Dị hóa/ lên men glucid:
(cid:2) Glucose, fructose, galactose, maltose, saccharose, trehalose, raffinose, maltotriose… (cid:2) Panose, isomaltose
(cid:1) Dị hóa/ lên men các hợp chất chứa nitơ: acid amin (theo Jones & Pierce 1964) (cid:1) Nhu cầu về yếu tố sinh trưởng:
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
116
(cid:2) Vitamin: biotin, folic acid, inositol, nicotic acid, pantothenic acid, riboflavin, thiamine, ubiquionone… (cid:2) Sterol → Ergosterol
58
1.7. Chọn giống nấm men bia
Tiêu chí và phương pháp thực hiện
Lên men (Fermentation test)
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
117
(cid:1) EBC tube: Hình trụ có 2 vỏ bằng thủy tinh → cao 150cm, đường kính 5cm
1.7. Chọn giống nấm men bia
Tiêu chí và phương pháp thực hiện
Lên men (Fermentation test) (cid:1) Tốc độ lên men
(cid:1) Tốc độ sinh trưởng
(cid:1) Hiệu suất tổng hợp sinh khối
(cid:1) Khả năng kết lắng
(cid:1) Hàm lượng ethanol, diacetyl và các sản phẩm phụ khác
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
118
(cid:1) Hiệu suất sinh tổng hợp ethanol
59
1.7. Chọn giống nấm men bia
Tiêu chí và phương pháp thực hiện
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
119
Lên men (Fermentation test)
1.7. Chọn giống nấm men bia
Tiêu chí và phương pháp thực hiện
Lên men (Fermentation test) (cid:1) Độ lên men cuối cùng
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
120
(cid:1) Khả năng kết lắng
60
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
121
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)
122
