Vi sinh vật học trong công nghiệp bia

1Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1 VI SINH VẬT HỌC TRONG CÔNG NGHIỆP BIA (MICROBIOLOGY IN BREWING) Bài giảng cho SABMiller Vietnam LÊ VĂN VIỆT MẪN ĐH Bách khoa TP.HCM 2Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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 23Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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 1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA 4Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.1. Phân loại nấm men bia Phân loại (taxonomy) Sinh vật Phi bào Tế bào Procaryote Eucaryote
Vi khuẩn
Tảo lam
Tảo (trừ tảo lam)
Protista
Nấm (nấm men và nấm sợi)
Thực vật
Động vật Virus 35Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.1. Phân loại nấm men bia Phân loại (taxonomy) Kingdom (Giới) Fungi Division (Ngành) Ascomycota Class (Lớp) Hemiascomycete Order (Bộ) Endomycetales Family (Họ) Saccharomycetaceae Sub family (Họ phụ) Saccharomycetodeae Genus (Giống) Saccharomyces Species (Loài) Saccharomyces cerevisiae 6Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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 Vấn đề tái sử dụng trong sản xuất? 47Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.1. Phân loại nấm men bia Nấm men nổi 8Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.1. Phân loại nấm men bia Nấm men chìm 59Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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) Saccharomyces cerevisiae 10Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.1. Phân loại nấm men bia Phân biệt nấm men nổi và chìm Nấm men nổi Nấm men chìm 15-250C 6-140CNhiệt độ lên men Khả năng kết lắng Kém Tốt Khả năng lên men raffinose 33.3% 100% 611Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.1. Phân loại nấm men bia Raffinose α-D-Galactosyl- (1→6) -α-D-glucosyl- (1→2) -ß-D-Fructoside Melibiose SaccharoseMelibiase Invertase 12Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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 1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA 713Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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:  Lớn: 4.5-1.5 x 7.0-21.0µm  Nhỏ: 2.5-7.0 x 4.5-11.0µm  Trung bình: 3.5-8.0 x 5.0-11.0µm → Quan sát dưới kính hiển vi với độ phóng đại x 400 14Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào Hình thái S. cerevisiae 815Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào 16Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào Thành tế bào (Cell wall): 3 lớp • Cấu tạo: 90% carbohydrate, 10% protein  Lớp trong: β(1-3)-glucan, hình sợi, không tan trong kiềm và acid acetic → độ cứng  Lớp giữa: β(1-3)-glucan, tan trong kiềm, nơi liên kết với mannoprotein → độ đàn hồi  Lớp ngoài: mannoprotein → β(1-6)-glucan sẽ liên kết lớp trong và lớp giữa 917Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 18Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào Thành tế bào (Cell wall) • Chú ý vết sẹo → chitin • Chức năng  Tạo hình dạng  Bảo vệ 10 19Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào Màng tế bào chất (Cytoplasmic membrane) • Cấu tạo: 2 lớp phospholipid, protein, sterol • Chức năng 20Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào Màng tế bào chất (Cytoplasmic membrane) 11 21Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào Màng tế bào chất (cytoplasmic membrane) 22Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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 • Chức năng: chứa các cơ quan con và là nơi diễn ra các quá trình trao đổi chất 12 23Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào Nhân (Nucleus) • Cấu tạo: 17 chromosome • Chức năng Plasmide • Cấu tạo • Chức năng 24Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào Ty thể (Mitochondria) • Cấu tạo • Chức năng 13 25Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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 • Chức năng 26Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào Không bào (Vacuole) • Cấu tạo • Chức năng Tonoplast Volutin granule 14 27Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào Thể Golgi • Cấu tạo • Chức năng Hạt dự trữ (Lipid granule, glycogen granule) • Cấu tạo • Chức năng 28Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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  Đa lượng: P, S, Na, K, Ca, Mg, Fe, Cl  Vi lượng: Zn, Mn, Co, Mo 15 29Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào 30Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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 1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA 16 31Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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 32Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.3. Cơ chất của nấm men bia Nhu cầu về các nguyên tố cơ bản • Nguồn C trong dịch nha  Đường đơn: glucose, fructose  Đường đôi: saccharose, maltose  Đường tam  Các cơ chất khác → Nhận xét 17 33Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 34Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.3. Cơ chất của nấm men bia Nhu cầu về các nguyên tố cơ bản • Nguồn N  N hữu cơ: acid amin, peptide mạch ngắn  N vô cơ: ammonium, urea → Nhận xét • Nguồn H và O 18 35Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.3. Cơ chất của nấm men bia Nhu cầu về khoáng
Đa lượng và vi lượng → Định lượng Yếu tố sinh trưởng
Định nghĩa → Định lượng 36Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.3. Cơ chất của nấm men bia Môi trường (medium)
Định nghĩa
Mục đích sử dụng  Nghiên cứu  Phân lập (identification)  Định lượng (quantification)  Bảo quản giống (storage)  Xác định các đặc điểm về hình thái hoặc các tính chất sinh lý 19 37Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.3. Cơ chất của nấm men bia Môi trường (medium)
Mục đích sử dụng  Sản xuất  Nhân giống  Hoạt hóa giống  Lên men thu nhận sản phẩm 38Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.3. Cơ chất của nấm men bia Môi trường (medium)
Phân loại môi trường theo phương pháp pha chế  Tự nhiên  Tổng hợp
Phân loại môi trường theo trạng thái vật lý  Rắn  Lỏng  Đặc 20 39Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.3. Cơ chất của nấm men bia Môi trường (medium)
Nguyên tắc thiết lập môi trường  Xác định thành phần định tính  Tối ưu hóa thành phần định lượng
Nhận xét 40Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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 1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA 21 41Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản Các khái niệm cơ bản
Tế bào đơn bội (haploide)
Tế bào lưỡng bội (diploide)
Sinh sản vô tính (asexual)
Sinh sản hữu tính (sexual)
Nguyên phân (mitosis)
Giảm phân (meiosis) 42Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản Nấm men bia
Sinh sản vô tính: phương pháp nảy chồi  Phạm vi ứng dụng  Quy trình  Thời gian thế hệ: 1.5-2.0h  Số lần thực hiện: 40 22 43Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản Nấm men bia
Sinh sản hữu tính: tiếp hợp  Phạm vi ứng dụng  Quy trình  Thời gian hình thành zygote: 6-8h 44Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản 23 45Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản Các yếu tố ảnh hưởng Vật lý
Nhiệt độ  Khái niệm Topt  Tmin  Tmax  Mesophile 46Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản Các yếu tố ảnh hưởng Vật lý
Áp lực thẩm thấu  Định nghĩa  Quy luật ảnh hưởng 24 47Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 48Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản Các yếu tố ảnh hưởng Vật lý
Tia UV và gamma  Cơ chế tác động  Ứng dụng 25 49Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản Các yếu tố ảnh hưởng Hóa học
Độ ẩm/ hoạt độ của nước  Độ ẩm  Hoạt độ của nước: Aw = P/Po = N2/(N1+N2) 50Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản Các yếu tố ảnh hưởng Hóa học
pH  pHopt  pHmin  pHmax
Oxy phân tử → Kỵ khí tùy tiện (facultative aerobe) 26 51Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản Các yếu tố ảnh hưởng Hóa học
Các chất hóa học khác  Rượu (ethanol, isopropanol)  Halogen: chlore, flour, iodine  Các chất oxy hóa: KMnO4, H2O2, O3  Phenol  Kháng sinh 52Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản Các yếu tố ảnh hưởng Sinh học
Tương tác sinh học (Bio-interaction) → Cạnh tranh (competition) 27 53Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản Quy luật sinh trưởng
Định nghĩa sinh trưởng
Đường cong sinh trưởng: X=f(t)
Tốc độ sinh trưởng: dX/dt
Tốc độ sinh trưởng riêng: µ = (dX/dt)*(1/X)
Hiệu suất tổng hợp sinh khối: (X2-X1)/(S1-S2) 54Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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 f) Suy vong 28 55Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản 56Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản Quy luật sinh trưởng 29 57Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.4. Phương pháp sinh sản Quy luật sinh trưởng
Phương trình Monod: µexpo = µexpomax * S/(Ks+S)  S: Nồng độ cơ chất  µexpomax: Maximum µexpo  Ks: Hằng số bão hòa
Giới hạn
Ứng dụng 58Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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 1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA 30 59Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Các khái niệm cơ bản
Trao đổi chất (metabolism): tập hợp các phản ứng hóa học xảy ra ở tế bào
Mục đích  Trao đổi năng lượng  Trao đổi vật chất
Gồm 2 quá trình độc lập  Dị hóa (catabolism)  Đồng hóa (anabolism) 60Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Các khái niệm cơ bản
Sản phẩm trao đổi chất (metabolite)  Bậc một (primary metabolite)  Bậc hai (secondary metabolite)
Sản phẩm chính (main product) và sản phẩm phụ (by-product or secondary product)
Con đường trao đổi chất (metabolic pathway) 31 61Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Trao đổi năng lượng Sử dụng năng lượng Tổng hợp năng lượng ATP ADP/AMP ADP/AMP ATP - Pi/PPi + Pi/PPi 62Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Tổng hợp năng lượng Chất khử Chất oxy hóaCho e-/ H ADP ATP + Pi
Hai phương pháp tổng hợp năng lượng  Hô hấp (respiration)  Lên men (fermentation) 32 63Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Tổng hợp năng lượng – Hô hấp
Thành phần chuỗi hô hấp  Flavoprotein: enzyme chứa FMN  Protein Fe-S  Ubiquinone (coenzyme Q)  Cytochrome: heteroprotein với ferroporphyrinic
Vị trí
Chức năng 64Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Tổng hợp năng lượng – Hô hấp Chuỗi hô hấp ở Eucaryote 33 65Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Tổng hợp năng lượng – Hô hấp Thuyết hóa thấm Mitchelle 66Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Tổng hợp năng lượng – Lên men 34 67Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Trao đổi glucid Dị hóa C6H12O6 + 2ADP + 2Pi + 2NAD = 2CH3-CO-COOH + 2ATP + 2NADH2
Glucose Glucose Acid pyruvic, năng lượng Chu trình đường phân (EMP) Phương trình tổng quát: 68Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Trao đổi glucid Dị hóa C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6 H2O + 38/28ATP
Glucose  Điều kiện có oxy: Acid pyruvic Khí carbonic, nước, năng lượng Chu trình Crebs Phương trình tổng quát: 35 69Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Trao đổi glucid Dị hóa
Glucose  Điều kiện không có oxy: CH3COCOOH → CH3CHO → CH3CH2OH -CO2 NADH + H+ Phương trình tổng quát C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP 70Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) Chu trình EMP 36 71Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) Chu trình Crebs 72Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) Chu trình Pentose- phosphate Chức năng 37 73Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chấtTrao đổi glucid Dị hóa
Các saccharide khác 74Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Trao đổi glucid Đồng hóa
Glycogen 38 75Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Trao đổi glucid Đồng hóa
Trehalose
Mannan, glucan 76Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Trao đổi glucid Đồng hóa
Hiệu ứng Pasteur Oxygen ức chế quá trình lên men ethanol → Ứng dụng
Hiệu ứng Crabtree Trong điều kiện hiếu khí, một phần glucose sẽ được chuyển hóa thành ethanol và khí carbonic → Ứng dụng 39 77Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Trao đổi các hợp chất có chứa nitơ
Dị hóa
Đồng hóa → Nguồn acid amin  Dịch nha  Keto acid 78Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Trao đổi các hợp chất có chứa nitơ Phản ứng trao đổi amin 40 79Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Trao đổi các hợp chất có chứa nitơ 80Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất 41 81Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất 82Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Trao đổi các hợp chất có chứa nitơ Thứ tự hấp thu acid amin của nấm men bia (Pierce, 1987) 42 83Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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 84Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Trao đổi lipid
Dị hóa
Đồng hóa Acid béo: từ acetyl-SCoA  Triglyceride  Phospholipide  Sterol (20 loại) 43 85Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 86Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Các sản phẩm phụ của quá trình lên men ethanol 44 87Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Sản phẩm phụ: acid hữu cơ • Nguồn gốc • Hàm lượng (Klopper, 1986) 88Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Sản phẩm phụ: acid béo tự do • Nguồn gốc • Hàm lượng trong bia (Klopper, 1975) C8 (a. caprilic): 3.6ppm C10 (a. capric): 0.5ppm C12 (a. lauric): 0.1ppm C14 (a. myristic): 0.1pp C16 (a. palmitic): 0.3ppm C18 (a. stearic): vết C18:1 (a. oleic): 0.1ppm C18:2 (a. linoleic): vết C18:3 (a. linolenic): vết 45 89Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Sản phẩm phụ: aldehyde và ketone • Nguồn gốc • Thành phần: 200 cấu tử Aldehyde acetic: 90% tổng aldehyde  Vicinal diketone • Ngưỡng quy định Acetaldehyde: 10-20ppm  Diacetyl Acetoin  2,3-butanediol 90Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 46 91Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Sản phẩm phụ: aldehyde và ketone • Giải pháp hạn chế diacetyl:  Xử lý nhiệt  Sử dụng chế phẩm α-acetolactate decarboxylase 92Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Sản phẩm phụ: higher alcohol • Nguồn gốc:  Con đường Ehrlich: Acid amin → Keto-acid → Aldehyde → Alcohol  Cơ chất • Thành phần: 40 loại  Hàm lượng tổng: 100-200mg/L  Chủ yếu: n-propanol, iso-butanol, 2-methylbutanol, 3- methylbutanol 47 93Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 94Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Sản phẩm phụ: ester • Nguồn gốc:  Phản ứng giữa alcohol và acid hữu cơ/ acid béo  Phản ứng giữa alcohol và fatty acyl-CoA ester  Phản ứng xúc tác bởi esterase 48 95Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Sản phẩm phụ: ester • Thành phần 96Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Sản phẩm phụ: các hợp chất chứa lưu huỳnh • Nguồn gốc:  Malt  Houblon  Nước • Thành phần  H2S  SO2  Dimethyl sulphide (DMS)  Dimethyl sulfoxide (DMSO)  Ethylmercaptan C2H5SH 49 97Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 98Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.5. Trao đổi chất Sản phẩm phụ: các hợp chất chứa lưu huỳnh 50 99Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 100Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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 1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA 51 101Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.6. Phương pháp định lượng 1.6.1. Đếm số tế bào
Chọn buồng đếm Thoma: h=0.1mm  Salubemi: h=0.04mm
Thuốc nhuộm methylene blue
Ưu điểm
Nhược điểm Sử dụng buồng đếm 102Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.6. Phương pháp định lượng 52 103Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.6. Phương pháp định lượng 1.6.1. Đếm số tế bào Đếm khuẩn lạc trên môi trường thạch
Nguyên tắc:  Khái niệm khuẩn lạc (cfu)  Chọn môi trường đặc hiệu
Ưu điểm
Nhược điểm 104Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 53 105Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.6. Phương pháp định lượng 1.6.1. Đếm số tế bào Đếm khuẩn lạc trên môi trường thạch
Phương pháp Pour plate
Phương pháp Spread plate 106Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.6. Phương pháp định lượng 1.6.2. Định lượng sinh khối Lượng chất khô (dry weight)
Nguyên tắc:  Vi lọc/ ly tâm → Sấy  Biểu diễn kết quả
Ưu điểm
Nhược điểm 54 107Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.6. Phương pháp định lượng 1.6.2. Định lượng sinh khối Đo độ đục
Công thức: A = lg (Io/I) = K.C.L ~ K.C  Io, I: cường độ ánh sáng trước và sau khi qua mẫu  K: hệ số hấp thu  C: nồng độ tế bào trong mẫu  L: độ dày của cuvet
Dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ đục và lượng chất khô của sinh khối
Ưu điểm
Nhược điểm 108Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.6. Phương pháp định lượng 1.6.3. Định lượng các hợp chất nội bào ATP
Phản ứng giữa ATP và luciferine, xúc tác luciferase (Mg2+)  Kích thích: H2-L-CO2 + ATP + E = AMP-L-E + PPi H2 CO2  Oxy hóa: AMP-L-E H2 CO2 + ½ O2 = AMP-L*-E + H2O CO2 AMP-L*-E CO2 = AMP + L-E + CO2 + photon  Decarboxyl hóa: 55 109Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.6. Phương pháp định lượng 1.6.3. Định lượng các hợp chất nội bào ATP
Quy trình thực hiện  Xác định ATP ngoại bào  Phá vỡ thành tế bào  Xác định ATP tổng  Dựng đường chuẩn
ATP
Nấm men  Tính kết quả
Ưu điểm
Nhược điểm 110Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.6. Phương pháp định lượng 1.6.3. Định lượng các hợp chất nội bào Các hợp chất khác
FAD và FMN
Nitơ tổng 56 111Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.6.4. Phương pháp sử dụng chỉ số xác suất cao nhất Most Probable Number (MPN)
Ưu điểm
Nhược điểm 112Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 57 113Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.6. Phương pháp định lượng 1.6.5. Định lượng sinh trưởng qua hoạt tính của tế bào
Mức độ sử dụng cơ chất
Mức độ hình thành sản phẩm
Ưu điểm
Nhược điểm 114Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 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 1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và phương pháp thực hiện CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NẤM MEN BIA 58 115Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.7. Chọn giống nấm men bia Tiêu chí và phương pháp thực hiện Hình thái (Morphological test)
Quan sát dưới kính hiển vi
Quan sát khuẩn lạc → Ví dụ: Môi trường WLN với bromocresol: khuẩn lạc có màu từ xanh nhạt đến xanh đậm (dark green) 116Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.7. Chọn giống nấm men bia Sinh lý (Physiological test)
Dị hóa/ lên men glucid:  Glucose, fructose, galactose, maltose, saccharose, trehalose, raffinose, maltotriose  Panose, isomaltose
Dị hóa/ lên men các hợp chất chứa nitơ: acid amin (theo Jones & Pierce 1964)
Nhu cầu về yếu tố sinh trưởng:  Vitamin: biotin, folic acid, inositol, nicotic acid, pantothenic acid, riboflavin, thiamine, ubiquionone  Sterol → Ergosterol Tiêu chí và phương pháp thực hiện 59 117Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.7. Chọn giống nấm men bia Lên men (Fermentation test)
EBC tube: Hình trụ có 2 vỏ bằng thủy tinh → cao 150cm, đường kính 5cm Tiêu chí và phương pháp thực hiện 118Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.7. Chọn giống nấm men bia Lên men (Fermentation test)
Tốc độ lên men
Tốc độ sinh trưởng
Hiệu suất tổng hợp sinh khối
Khả năng kết lắng
Hàm lượng ethanol, diacetyl và các sản phẩm phụ khác
Hiệu suất sinh tổng hợp ethanol Tiêu chí và phương pháp thực hiện 60 119Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.7. Chọn giống nấm men bia Lên men (Fermentation test) Tiêu chí và phương pháp thực hiện 120Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 1.7. Chọn giống nấm men bia Lên men (Fermentation test)
Độ lên men cuối cùng
Khả năng kết lắng Tiêu chí và phương pháp thực hiện 61 121Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 122Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)