Saccharomyces cerevisiae là một chủng nấm men [yeast] thuộc một trong 5 loài trong giới vi sinh vật có kích thước cực kì nhỏ đến nhỏ theo thứ tự: virus, vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, và tảo.
Là một sinh vật đơn bào, Saccharomyces cerevisiae là một phần của giới nấm. Mặc dù tên gọi chung của nó là nấm men bánh mì [Vì có tác dụng làm bột mì trương nở] hoặc nấm men bia thì tên chi của nó lại bắt nguồn từ cụm từ saccharose [đường] và mycelium [nấm]. Tên loài là ‘cerevisiae’ nghĩa là bia lúa mạch hoặc lúa mì lên men truyền thống của Gauls.
Lịch sử
Adamo Fabbroni – một nhà nông học người Ý, vào cuối thế kỷ 18, người đã nghi ngờ rằng một chất sống tự nhiên có trên quả nho là nguồn gốc của quá trình lên men rượu vang. Tuy nhiên, mãi cho đến thế kỉ 19, việc kiểm soát nuôi cấy Saccharomyces cerevisiae trong một môi trường nhất định được thực hiện bởi công của Robert Koch và Julius Richard Petri, những người đã đặt tên cho đĩa Petri nổi tiếng.
Nhờ vào việc phân lập và lựa chọn các vi sinh vật quan tâm, có thể được đặc trưng theo nhu cầu và chức năng dinh dưỡng. Ngành lên men nói chung trở thành ứng dụng quan trọng trong thói quen thực phẩm hàng ngày của chúng ta.
Cấu tạo của nấm men Saccharomyces cerevisiae
So với vi khuẩn thì tế bào nấm men tiến hóa hơn về mặt cấu trúc.
Nấm men Saccharomyces cerevisiae có tế bào hình tròn hoặc hình cầu. Kích thước tế bào khoảng 5 – 8µm.
Thành tế bào dày khoảng 25 nm [chiếm khoảng 25 % khối lượng tế bào khô], chứa khoảng 10 % protein được cấu tạo từ gucan và mannan. Dưới lớp thành tế bào là lớp màng tế bào chất. Cấu tạo chủ yếu là protein, lipit và ít polisaccarit.
Cũng như tất cả các loại nấm men khác, Saccharomyces cerevisiae có thể sinh sản theo 2 cách: Nảy chồi từ nấm men mẹ thành một tế bào mới giống hệt nhau, trong tế bào già thường chứa nhiều glycogen và metaxromantin. Ở 25˚C trong một ngày có thể hình thành bào tử [từ 1-4 bào tử ].
Hoặc sinh sản hữu tính, nếu điều kiện không thuận lợi, bằng cách hình thành các bào tử kháng thuốc sẽ hợp nhất để tạo ra cá thể mới.
Môi trường nuôi cấy nấm men Saccharomyces cerevisiae
Trước khi chuẩn bị cho bất kì quá trình lên men sản phẩm nào, thì chúng ta cần tiến hành nuôi cấy giống Saccharomyces cerevisiaes trong điều kiện tối ưu sự phát triển của nó.
Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến sự lên men bao gồm: môi trường dinh dưỡng [cơ chất], nhiệt độ, pH, không khí [saccharomyces cerevisiaes kị khí không bắt buột]…
Nguyên liệu làm môi trường nuôi cấy men bánh mì thường đơn giản, phổ biến, thường là phụ phẩm chứa các thành phần đơn giản ở các nhà máy sản xuất khác. Ví dụ mật rỉ đường thường chứa rất nhiều saccharose, ngoài ra còn chứa hợp chất hữu cơ, chất khoáng và vitamin mà nấm men cần cho sự phát triển.
Đặc điểm của môi trường nuôi cấy
Nhiệt độ môi trường nuôi cấy của Nấm men Saccharomyces cerevisiae thường là 14 – 30 ° C. Chúng lên men mạnh ở bề mặt môi trường. Chủ yếu lên men đường đơn, đương đôi và khó lên men đường ba. Luôn đảm bảo môi trường nuôi cấy tránh nhiễm các vi sinh vật khác [vô trùng].
Bằng nhiều nghiên cứu, người ta thấy rằng môi trường lên men lỏng cho sinh khối nấm men cao nhất khi sử dụng rỉ đường [nguồn cacbon] và 2 yếu tố khác là urea [nguồn nitơ] và KH2PO4 [nguồn phốt pho] có hàm lượng lần lượt là 16,13%, 0,46% và 0,22%.
Các yếu tố này và sự tương tác giữa các yếu tố đều có sự ảnh hưởng nhất định đến quá trình sinh trưởng và phát triển của nấm men. Tối ưu các điều kiện lên men sản xuất sinh khối nấm men cho sinh khối khô [10,71g/L] cao gấp 2 lần so với môi trường đối chứng và cao gấp 1,7 lần sinh khối khô ở môi trường chưa tối ưu.
Môi trường nuối cấy Saccharomyces cerevisiae tổng hợp
Môi trường nuôi cấy Saccharomyces cerevisiae ở giai đoạn phòng thí nghiệm thường sử dụng môi trường tổng hợp.
Hệ thống nuôi cấy men bánh mì đã được áp dụng để thiết lập điều kiện môi trường tốt nhất cho nấm men phát triển.
Nó bao gồm ba phần: bộ điều khiển, bộ trộn khí và bộ phân tích khí.
Bình phản ứng sinh học [3 lít] được lấp đầy bởi 2 lít môi trường nuôi cấy tổng hợp:
- 10 g KH2PO4
- 4 g [NH4] 2SO4
- 0,8 g MgSO4
- 2 g dịch chiết nấm men
- 10 g glucose
- 3 ml Huyền phù tế bào nấm men [108 cfu/ml] trong huyết thanh sinh lý được thêm vào bình.
Nhiệt độ được đặt ở 30 ° C và môi trường nuôi cấy được khuấy với tốc độ 200 vòng / phút.
Hệ thống được lắp một bình áo khoác kép. Nước luân chuyển xung quanh bình, giữa hai áo, giúp môi trường nuôi cấy duy trì nhiệt độ của nó. Nhiệt độ của nước lưu thông xung quanh áo khoác phải thấp hơn nhiệt độ của môi trường nuôi cấy tổng hợp từ 10 – 15 ° C.
Trước đây, sự tăng trưởng của Saccharomyces cerevisiae đã được tối ưu hóa. Trong nghiên cứu này, hai thông số của môi trường tổng hợp [pH và tỷ lệ phần trăm oxy hòa tan [DO]] ảnh hưởng của đến tốc độ tăng trưởng của nó.
PH môi trường nuôi cấy được điều chỉnh thành 4-6 bằng HCl 1M và phần trăm DO được điều chỉnh thành 15 % bằng máy trộn khí.
Môi trường nuôi cấy Saccharomyces cerevisiae trong sản xuất công nghiệp
Từ ống nghiệm giống gốc nấm men Saccharomyces cerevisiae, tiến hành nuôi cấy nhân cấp 10 lần lượt ở các môi trường 10mL, 100mL, 1L; 10L; 100L; 1000L.
Môi trường nuôi cấy ở giai đoạn 10mL, 100mL thường dùng malt đại mạch.
Nấm men giống được nuôi cấy ở môi trường thạch nghiêng. Khi đã có nấm men giống và đã chuẩn bị môi trường xong, tiến hành cấy chuyền nấm men giống từ môi trường thạch nghiêng sang môi trường dịch thể 10ml. Sau đó nuôi trong tủ ấm, duy trì nhiệt độ 28÷320C và giữ trong thời gian 20÷24 giờ.
Sau thời gian đó thì tiến hành chuyển nấm men từ ống nghiệm 10ml sang bình 100ml, 1000ml cũng đã chứa môi trường dinh dưỡng đã được chuẩn bị trước, thời gian nuôi cấy 12 giờ.
Tiếp tục, chuyển sang nuôi cấy ở bình 10L, sau 10÷12 giờ thì chuyển sang nuôi cấy ở các thiết bị lớn hơn trong phân xưởng.
Ứng dụng của saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae, vi sinh vật lên men được nhà hóa học Louis Pasteur năm 1857 xác định là tác nhân chính của quá trình lên men rượu. Saccharomyces cerevisiae biến đổi đường trong ngũ cốc hoặc trái cây thành rượu và CO2 trong điều kiện yếm khí, nghĩa là trong môi trường thiếu không khí.
Bằng cách nghiên cứu về các chủng, môi trường tăng trưởng và hoạt động lên men, con người có thể tối ưu hóa nhiều ứng dụng tiềm năng của nấm men.
Ví dụ, trong lĩnh vực sản xuất bánh mì, một số loại men phù hợp hơn với các công thức làm bột ngọt hoặc chua, trong khi những loại men khác lại hiệu quả hơn về kỹ thuật làm bánh mì đông lạnh.
Trong lĩnh vực sản xuất rượu vang, nấm men Saccharomyces cerevisiae không chỉ là tác nhân của quá trình chuyển hóa mà chúng còn góp phần hữu ích để lưu giữ hương thơm và màu sắc của rượu vang trong suốt quá trình lưu trữ và bảo quản.
Được tích hợp vào môi trường tăng trưởng, chất chiết xuất từ nấm men Saccharomyces cerevisiae cũng được đánh giá cao trong việc sản xuất lên men lactic trong các nhà sản xuất sữa, cũng như trong việc tạo ra các xét nghiệm chẩn đoán và vắc xin trong lĩnh vực dược phẩm.
Các phân đoạn nấm men giàu mannan-oligosaccharides và β-glucans [1,3 và 1,6] cũng là đồng phân được lựa chọn trong chăn nuôi gia cầm, bằng cách giảm áp lực của một số mầm bệnh như E.Coli hoặc Salmonella.
Saccharomyces cerevisiae được sử dụng như một mô hình sinh vật nhân chuẩn trong các nghiên cứu sinh học, vì nó có thể dễ dàng được nuôi cấy. Nó tiếp tục cho thấy tiềm năng mới, cho dù để làm bánh mì, sản xuất đồ uống lên men hay trong lĩnh vực dinh dưỡng và sức khỏe.
Saccharomyces cerevisiae trong sản xuất bánh mì
Saccharomyces cerevisiae còn gọi là men bánh vì được biết đến nhiều nhất trong việc sản xuất bánh mì.
Trong quá trình làm bánh mì, thì thường không thể bỏ qua giai đoạn ủ bột. Đây cũng chính là giai đoạn lên men, nấm men tiết ra enzyme làm chuyển hóa cơ chất [bột mì] một phần, giải phóng rượu [tạo hương vị đặc trưng] và CO2.
Chính CO2 đóng vai trò làm cho bột mì trương nở. Mỗi bóng khí trong khối bột được bao bọc bởi một lớp màng mỏng của mạng lưới gluten. Chính đặc điểm này giúp cho bánh mì tăng kích thước rất nhiều so với ban đầu.
Saccharomyces cerevisiae trong sản xuất bia
Saccharomyces cerevisiae cũng được gọi là nấm men bia, đặc trưng tạo ra dòng sản phẩm bia theo phương lên men nổi. Có các đặc điểm như khả năng sinh trưởng và lên men nhanh hơn so với nấm men chìm. Quá trình lên men mạnh và xảy ra trên bề mặt môi trường.
Trong sản phẩm bia lên men nổi [lên men Saccharomyces cerevisiae] có nhiều sản phẩm phụ, chất lượng sản phẩm thấp hơn. Tuy nhiên, chu kỳ lên men ngắn hơn, hương vị phong phú hơn.
Saccharomyces cerevisiae trong sản xuất rượu
Trong sản xuất rượu người ta sử dụng hầu hết đại diện của ba nhóm vi sinh vật: nấm mốc, nấm men và vi khuẩn.
Trong đó nấm men là tác nhân cơ bản gây ra quá trình lên men rượu và thường sử dụng nấm men rượu họ Saccharomyces cerevisiae [chủng N˚12 tách từ nhà máy men bánh mỳ 1902 và chủng N˚2 tách ra từ 1889 do Linder trong nhà máy rượu].
Dưới xúc tác của ezyme từ nấm men saccharomyces cerevisiae, các loại đường sẻ được chuyển hóa về etanol [rượu] và các sản phẩm phụ khác như rượu bậc cao, CO2, este, andehyt, axit hữu cơ, glyxerin.
Tốc độ phát triển nhanh và ít sinh bọt, sau 24h một tế bào có thể phát triển thêm 56 tế bào mới, không tạo thành đám trắng.
Saccharomyces cerevisia lên men ở nhiệt độ cao và lên men được nhiều loại đường, có thể lên men đạt 13 % rượu trong môi trường.
Sự lên men rượu etylic trong môi trường acid [pH=4-5] và trong điều kiện yếm khí.
Tổng kết: Với ưu điểm là lên men nhanh, sâu các loại đường, kết lắng tốt, bền vững với rượu, acid và các chất sát trùng giống nấm men saccharomyces cerevisiae thật sự góp mặt trong nhiều khâu sản xuất quan trọng, tạo sự hiệu quả về mặt năng suất và chất lượng trong ngành công nghiệp thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và ứng dụng quan trọng khác.
Tham khảo:[1]. lesaffre.com/trends-mag/introducing-saccharomyces-cerevisiae/[2]. file:///C:/Users/PC/Downloads/Documents/13395-103810388289-1-SM.pdf[3]. wikipedia.org/wiki/Saccharomyces_cerevisiae[4]. Đồ án tốt nghiệp sản xuất cồn Đại học Bách khoa Đà Nẵng
[5]. ncbi