Bài giảng vi sinh vật học trong công nghiệp bia chương 1 lê văn việt mẫn

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

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

1

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
1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và
phương pháp thực hiện
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

3

1.1. Phân loại nấm men bia
Phân loại (taxonomy)
Sinh vật
Phi bào
Virus

Tế bào
Procaryote

Eucaryote

Vi khuẩn

Tảo (trừ tảo lam)

Tảo lam

Protista
Nấm (nấm men và
nấm sợi)
Thực vật
Động vật

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

4

2


1.1. Phân loại nấm men bia
Phân loại (taxonomy)
Kingdom (Giới)
Fungi

Division (Ngành)
Ascomycota

Class (Lớp)
Hemiascomycete

Sub family (Họ phụ)

Family (Họ)

Saccharomycetodeae

Saccharomycetaceae

Order (Bộ)
Endomycetales

Species (Loài)
Saccharomyces
cerevisiae

Genus (Giống)
Saccharomyces

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

5

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?
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

6

3


1.1. Phân loại nấm men bia
Nấm men nổi

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

7

1.1. Phân loại nấm men bia
Nấm men chìm

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

8

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)
Saccharomyces cerevisiae

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

9

1.1. Phân loại nấm men bia
Phân biệt nấm men nổi và chìm
Nấm men nổi

Nấm men chìm

Nhiệt độ lên men

15-250C

6-140C

Khả năng kết lắng

Kém

Tốt

Khả năng lên men
raffinose

33.3%

100%

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

10

5


1.1. Phân loại nấm men bia
Raffinose

Melibiase

Saccharose

α-D-Galactosyl- (1→6) -α-D-glucosyl- (1→2) -ß-D-Fructoside
Melibiose

Invertase
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

11

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
1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và
phương pháp thực hiện
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

12

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:
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

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

13

1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Hình thái

S. cerevisiae
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

14

7


1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

15

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

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

16

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
Tạo hình dạng
Bảo vệ

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

18

9


1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Màng tế bào chất
(Cytoplasmic membrane)
• Cấu tạo:
2 lớp phospholipid,
protein, sterol

• Chức năng

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

19

1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Màng tế bào chất (Cytoplasmic membrane)

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

20

10


1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Màng tế bào chất (cytoplasmic membrane)

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

21

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

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

22

11


1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Nhân (Nucleus)
• Cấu tạo: 17 chromosome
• Chức năng
Plasmide
• Cấu tạo
• Chức năng

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

23

1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Ty thể (Mitochondria)
• Cấu tạo

• Chức năng

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

24

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
• Chức năng

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

25

1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào
Không bào (Vacuole)
• Cấu tạo
• Chức năng
Tonoplast
Volutin granule

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

26

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
• Chức năng

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

27

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…

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

28

14


1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

29

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
1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và
phương pháp thực hiện
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

30

15


1.3. Cơ chất của nấm men bia
Phương pháp tổng hợp năng lượng ở vi sinh vật
VSV quang năng
(phototrophs)

VSV tự dưỡng
quang năng

(photoautotrophs/
photolithotrophs)

VSV hóa năng
(chemotrophs)

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

Đường đơn: glucose, fructose
Đường đôi: saccharose, maltose
Đường tam
Các cơ chất khác
→ Nhận xét

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

32

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
N hữu cơ: acid amin, peptide mạch ngắn
N vô cơ: ammonium, urea
→ Nhận xét

• Nguồn H và O

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

34

17


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

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

35

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…
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

36

18


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

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

37

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

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

38

19

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

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

39

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
1.7. Chọn giống nấm men trong sản xuất bia: các tiêu chí và
phương pháp thực hiện
Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

40

20

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)

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

41

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

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

42

21

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

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

43

1.4. Phương pháp sinh sản

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

44

22


1.4. Phương pháp sinh sản
Các yếu tố ảnh hưởng
Vật lý
Nhiệt độ
Khái niệm Topt
Tmin
Tmax
Mesophile

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

45

1.4. Phương pháp sinh sản
Các yếu tố ảnh hưởng
Vật lý
Áp lực thẩm thấu
Định nghĩa

Quy luật ảnh hưởng

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

46

23


Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

47

1.4. Phương pháp sinh sản
Các yếu tố ảnh hưởng
Vật lý
Tia UV và gamma
Cơ chế tác động

Ứng dụng

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

48

24


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)

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

49

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)

Lê Văn Việt Mẫn (3/2009)

50

25