BÁO CÁO ĐỀ TÀI LÊN MEN CÀ PHÊ

LÊN MEN CÀ PHÊ

PHẦN MỞ ĐẦU........................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.....................................................................4
1.1.

Tổng quan về cây cà phê...............................................................................4

1.1.1.

Nguồn gốc................................................................................................4

1.1.2.

Phân loại cây cà phê................................................................................5

1.1.3.

Cấu tạo, thành phần hóa học hạt cà phê nhân tươi............................11

1.2.

Tổng quan về nấm men...............................................................................14

1.2.1.

Đặc điểm chung của nấm men.................................................................14

1.2.2.

Đặc điểm sinh lý, sinh hóa của nấm men................................................18

1.2.3.

Sự sinh sản của nấm men.........................................................................21

1.2.4.

Nhu cầu dinh dưỡng của nấm men.........................................................22

1.2.5.

Sự trao đổi chất của nấm men [15]......................................................26

1.2.6.

Phân loại nấm men...................................................................................27

1.2.7.

Vai trò của nấm men trong đời sống.[23]................................................28

1.2.8.

Ứng dụng của nấm men...........................................................................29

1.3.

Quy trình công nghệ....................................................................................33

1.3.1.

Phương pháp chế biến khô......................................................................33

1.3.2.
1.4.

Phương pháp chế biến ướt....................................................................33

Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước......................................33

1.4.1.

Trong nước.............................................................................................33

1.4.2.

Ngoài nước.............................................................................................33

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNGVÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................35
2.1.

Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài.......................................................35

2.1.1.

Thời gian................................................................................................35

2.1.2.

Địa điểm.................................................................................................35

2.2.

Vật liệu thí nghiệm.......................................................................................35

2.2.1.

Đối tượng...............................................................................................35

2.2.2.

Môi trường.............................................................................................35

2.2.3.

Hóa chất.................................................................................................35

2.2.4.

Thiết Bị..................................................................................................35

ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 1


LÊN MEN CÀ PHÊ
2.3.

Phương pháp nghiên cứu............................................................................36

2.3.1.
2.4.

Sơ đồ nội dung nghiên cứu...................................................................36

Phương pháp thiết kế thí nghiệm...............................................................36

2.4.1. Khảo sát và tuyển chọn chủng nấm men phù hợp với quá trình lên
men cà phê nhân tươi.........................................................................................36
2.5.
2.6.

Phương pháp phân tích............................................................................37
Sơ đồ quy trình thực nghiệm......................................................................37

HÌNH 2.2. Sơ đồ quy trình thực nghiệm.................................................................38
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................38
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................38
CHƯƠNG 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................38

PHẦN MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Quả cà phê tươi sau khi thu hoạch có vị ngọt dịu và màu đỏ ở phần vỏ ngoài,
hoàn toàn không có hương thơm. Hương và màu sắc của hạt cà phê chúng ta cảm nhận
được chỉ hình thành sau khi “ủ”. Ủ là quá trình lên men yếm khí nhờ hệ vi sinh vật tự
nhiên bao gồm: nấm men, nấm mốc và vi khuẩn. Trong đó, nấm men và vi khuẩn
lactic là hai tác nhân vi sinh vật có vai trò quan trọng quyết định đến chỉ tiêu chất
lượng về hương vị của hạt cà phê sau lên men.
Cà phê được lên men bằng phương pháp sinh học có vị thơm đậm, sau khi

uống vào có vị ngọt hậu, càng để lâu càng ngon. Cà phê được sản xuất bằng phương
pháp lên men có hiệu suất trích ly lên đến 95%, các thành phần có trong hạt cà phê
được hòa tan gần như hoàn toàn khi pha chế. Đồng thời cà phê lên men đem lại hiệu
quả kinh tế cao. Vì mục đích đó, chúng tôi chọn đề tài “ lên men cà phê”
Nội dung nghiên cứu.
-

Chọn dòng nấm men phù hợp cho quá trình lên men cà phê.

ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 2


LÊN MEN CÀ PHÊ
-

Xác định tỷ lệ nấm men bổ sung tối ưu cho quá trình lên men.

-

Xác định độ ẩm tối ưu quá trình lên men.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Tạo ra dòng sản phẩm cà phê nhân tươi lên men. Ứng dụng nấm men lên men
cà phê tươi, tận dụng được nguồn dinh dưỡng có trong vỏ quả nhằm chủ động nâng
cao chất lượng về hương của cà phê.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

Tổng quan về cây cà phê

1.1.1. Nguồn gốc
Khi nghiên cứu hệ thực vật hoang dại các nhà khoa học đã khẳng định cây cà
phê được phát hiện cách đây hàng nghìn năm, chúng thường mọc dưới tán nhiều khu
rừng thưa thuộc Châu Phi. Tới năm 575 sau Công Nguyên mới được đưa về trồng
thuần hóa, đến ngày nay hiện có 3 loài cà phê thương mại và được di thực nhập nội tới
nhiều nước trên thế giới.
Khoảng nửa sau thế kỷ XIX, người phương Tây đưa cây cà phê sang trồng ở
Việt Nam. Cây cà phê ở Việt Nam có nguồn gốc từ Indônexia và Côngô sang.( bản
đồ). Cây cà phê được trồng lần đầu tiên là ở khu vực phía Bắc, chủ yếu là cây cà phê
chè. Sau đó, cây cà phê được trồng mở rộng vào các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà
Tĩnh...Sau một thời gian, thực dân phương Tây thấy giống cà phê chè không mang lại
hiệu quả kinh tế cao vì vậy đã đưa giống cà phê vối từ Côngô vào trồng ở Tây
Nguyên. Sau một thời gian cây cà phê phát triển rất mạnh mẽ, diện tích cây cà phê
ngày càng tăng.
1.1.1.1. Loài Coffea arabica (cà phê chè)
Có nguồn gốc từ Ethiopia và hai vùng phụ cận là cao nguyên Buma thuộc
Sudan và phía Bắc Kenya. Các vùng này có độ cao từ 1.200 – 2.000m và nằm giữa 7 0
– 90 vĩ Bắc. Theo Beuthaud và Charieu 1985 cà phê chè từ Ethiopya được đưa tới
Yemen sang Java năm 1690, đến Amsterdam (Hà Lan) năm 1706, sang Colombia năm
1724. Từ Yemen sang Brazil (Nam Mỹ) năm 1715 và từ Java sang PaPua New Ghine
năm 1700.
1.1.1.2. Loài Coffea canephora Pierre (cà phê vối) và loài Coffea
liberica Bull (cà phê mít, dâu da).
Có nguồn gốc từ một số nước thuộc Tây và Trung Phi. Cà phê vối từ Tây Phi
và Madagasca đưa sang Nam Mỹ và Amsterdam năm 1889. Sau đó từ Amsterdam đưa
sang Java năm 1900 sau đó lại từ Java đưa trở về Châu Phi năm 1912.
ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 3


LÊN MEN CÀ PHÊ
Do giá trị kinh tế cao, là thức uống thơm ngon hợp khẩu vị của nhiều dân tộc trên thế
giới nên cà phê đã được trồng trên 75 nước thuộc vùng nhiệt đới (HÌNH 1.1).

HÌNH 1.1. Khu vực sản xuất cà phê trên thế giới (Nguồn: Chemistry of Coffee, 2010
Elsevier Ltd.,)
Cây cà phê được trồng ở những khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới như Trung và
Nam Mỹ, Châu Phi và Đông Nam Á, trong vùng khí hậu ẩm ướt và ôn hòa ở độ cao từ
600 – 2500m (Schenker 2000).
1.1.1.3.

Cây cà phê ở Việt Nam

Hiện nay cây cà phê là cây trồng đem lại kim ngạch xuất khẩu lớn thứ hai sau
cây lúa. Cây cà phê sau khi du nhập đã phát triển bền vững ở Việt Nam đến nay đã
157 năm (từ 1857). Năm 1870 tại tu viện Kẻ Sở (Kim Bảng, Hà Nam) bắt đầu trồng
thử. Năm 1888 sau 30 năm nhập nội và trồng thử cây cà phê đã được trồng trên quy
mô sản xuất do nhiều người Pháp lập đồn điền như: Borel Leconte ở Chi Nê tỉnh Hòa
Bình, Condoux – Gombert ở tỉnh Nghệ An, Michel Philip ở tỉnh Quảng Trị, Rossi –
Delfante ở tỉnh Dak lak.
Những năm sau đó cà phê được trồng ở Trung du Bắc Bộ như: Cổ Nghĩa, Đồng
Lăng, Cốc Thôn tỉnh Hà Nam. Ba Vì, Phú Mãn, Hòa Mục tỉnh Hà Tây, Phú Hộ tỉnh
Phú Thọ. Đến năm 1920 – 1925 sau khi phát hiện ra vùng đất Bazan ở Tây Nguyên,
người Pháp đã bắt đầu trồng cà phê trên vùng đất này. Sau nhiều năm cây cà phê đã
phát triển nhanh ở hầu hết các vùng trước đây đã trồng và mở rộng ra nhiều tỉnh khác
với quy mô ngày một tăng.
1.1.2. Phân loại cây cà phê

Việc phân loại cà phê đến nay vẫn theo cách phân loại của Linne (1937). Theo
Linne cây cà phê thuộc:
ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 4


LÊN MEN CÀ PHÊ

Giới ( regum): Plantae
Angiospermae
Eudicots
Asterids
Bộ ( ordo) : Gentianales
Họ ( Familia) : Rubiaceae
Chi ( genus) : Coffea
Năm 1947 theo Giáo sư Auguste Chevarier trong tự nhiên có tới 70 loài phụ
trong Coffea, trong đó có rất ít loài có giá trị kinh tế và ông chia thành 4 nhóm: Nhóm
Eucoffea K.Schum, Argocoffea Piere, Mascarocoffea và Paracoffea Miq. Ba nhóm
đầu có nguồn gốc duy nhất ở Châu Phi.Nhóm Paracoffea có hai loài mọc hoang ở
Việt Nam là Coffea dongnaiensis P.ex.Pit và Coffea cochinchinensis P.ex.Pit. Nhóm
này được xác định có nguồn gốc tại các nước Đông Dương và Ấn Độ.
Đặc biệt quan tâm đến nhóm Eucoffea K.Schum, chúng có tầm quan trọng về
kinh tế và được trồng trọt. Nhóm Eucoffea K.Schum được chia làm 5 nhóm phụ dựa
trên một số chỉ tiêu như cây cao to (Nanocoffea), lá dày (Pachycoffea), màu sắc của
quả (Erythrocoffea), phân bố theo điều kiện địa lý (Mozambicoffea) (BẢNG 1.1)
Gần đây nhất là nghiên cứu của Clake (2003)[8], theo bài nghiên cứu cho thấy
đến thời điểm hiện tại đã phát hiện hơn 80 loài cà phê trên toàn thế giới. Tuy nhiên,
chỉ có Coffea arabica (Arabica), Coffea canephora (Robusta), và Coffea liberica có
giá trị kinh tế quan trọng (Schenker, 2000)[18]. Arabica chiếm khoảng 64% trong khi

đó Robusta chiếm khoảng 35% sản phẩm cà phê thế giới, những giống còn lại có giá
trị kinh tế không nhiều như Coffea liberica và Coffea excelsa chỉ chiếm 1% (Rubayiza
& Meurens 2005)
BẢNG 1. 1. Các nhóm phụ và loài trong chi Coffea
Nhóm phụ
1 –Erythrocoffea

2 – Pachycoffea

ThS.TRẦN QUỐC HUY

Cơ loài
C.arabica Linne (1)
C.canephora Piere ex Froehner (2)
C.congnsis Frochner
C.liberica Bull ex Hiern
C.derrei de Wild var.Excelsa Chev
C.klainii Piere
Trang 5


LÊN MEN CÀ PHÊ
C.abeokutae Cramer
C. oymensis Chev
C.humils Chev
C.brevipes Hiem
C.togoensis
C.stenophyla G.Dun
C.carrisoi Chev
C.mayombensis

C.chumania
C.eugenodes
C.kivuensis
C.munfindiensis
C.zanguebariae
C.racemosa Lour
C.liguisdes Moore
C.salvatrix Swyn & Phil

3 – Nanocoffea

4 – Melanocoffea

5 – Mozabicoffea

Như vậy, các giống cà phê đang được trồng và có giá trị kinh tế lớn thuộc hai
nhóm phụ (1) và (2).
Số nhiễm sắc thể cơ bản của chi Coffea là n = 11, đặc trưng cho tất cả các chi
khác thuộc họ Rubiaceae. Hầu hết các loài thuộc chi Coffea là những loài nhị bội (2n
= 22) và đều là những cây hoàn toàn không có khả năng tự thụ phấn (Berthaud, 1980)
[7]. Riêng chỉ có loài cà phê chè (Coffea arabica) là loài tứ bội (2n = 44) (Lashermes
et, al., 1999, 2000)[16] và có khả năng tự hợp và là cây tự thụ phấn (Charrier và
Berthaud, 1985)[9].
Các nghiên cứu của Dennarly (1975), Chevarlier (1978), Lorearn (1982) đều cho
thấy tất cả các loài nhị bội của chi Coffea đều có cấu trúc nhiễm sắc thể giống nhau và
xuất phát từ một nguồn gen chung. Nhưng trong quá trình tiến hóa theo những hướng
khác nhau về địa lý, môi trường sống, v.v... nên dần có sự biệt hóa để hình thành các
loài khác, chúng thể hiện khả năng thích nghi của mỗi loài, như C.canephora và
C.liberica thích hợp ở những vùng thấp, nóng ẩm và có lượng mưa nhiều. Loài
C.arabica tại các vùng nguyên sản sống dưới những tán rừng, quanh năm có ẩm độ

không khí cao và trên độ cao từ 1.200 – 1.800m. Tuy có sự biệt hóa nhưng giữa chúng
vẫn có khả năng lai tạo khác loài, trong tự nhiên khả năng tạp giao giữa chúng ít xảy
ra vì sự phân bố địa lý và thời gian ra hoa khác nhau.
Đặc điểm một số loài và giống cà phê:
1.1.2.1.
ThS.TRẦN QUỐC HUY

Loài cà phê chè (Coffea arabica)
Trang 6


LÊN MEN CÀ PHÊ
Giống Typica (Coffea arabica L.var Typica): Có nhiều ở Brazil và một số
nước Châu Mỹ La Tinh. Typica được tìm thấy sớm, là giống có phẩm chất thơm ngon
bậc nhất trong các giống cà phê chè thương mại. Tán cây hình chóp nón, dạng trung
bình. Lá non có màu tím hơi tối hoặc màu đồng nhạt. Phiến lá thon nhỏ, đuôi lá dài
nhọn hình mũi mác, mép lá ít gợn sóng. Cành cơ bản (cành ngang, cành quả) yếu,
buông rủ tạo với thân cây một góc trên 80 0. Trên cành có nhiều cành thứ cấp nhỏ yếu
(cành tăm hay cành nhớt). Lóng đốt của cành ngang dài, số hoa, quả trên mỗi đốt rất ít
biến động khoảng 5 – 10. Quả và hạt to, dạng quả hơi dài, quả khi chín có màu đỏ.
Typica thích hợp với vùng khí hậu ôn hòa, mát, cường độ ánh sáng yếu, mẫn cảm với
bệnh gỉ sắt (Hemileia vestatrix B&Br), bệnh đốm mắt cua (Cercospora Coffeicola),
nấm hồng (Corticicum salmonicolor), năng suất thấp nên đang bị thay thế bằng các
giống khác.
Giống Bourbon (Coffea arabica L.var Bourbon): Do giống Typica biến dị,
trong điều kiện tự nhiên tại Việt Nam, tán cây hình trụ không khít tán, dạng trung
bình. Lá non xanh nhạt, phiến lá dạng bầu, đuôi ngắn, mép lá gợn sóng. Cành cơ bản
khỏe, hợp với thân một góc nhỏ hơn 800, có khả năng phân cành thứ cấp nhiều (7 cấp).
Lóng đốt trung bình, số hoa, quả trên đốt cao hơn giống Typica biến động từ 10 – 20,
nhưng quả và hạt có kích thướt nhỏ hơn, dạng quả hơi hình cầu, quả chín màu đỏ.

Bourbon là giống có chất lượng thơm ngon, thích hợp với khí hậu ôn hòa, cường độ
ánh sáng vừa, mẫn cảm với bệnh gỉ sắt, sâu bọ dễ xâm nhập.
Giống Catura (Coffea arabica L.var Catura): Là một dạng biến dị của giống
Bourbon được chọn lọc ở Brazil. Cây thấp khỏe, tán cây hẹp nên rất thích hợp mật độ
trồng dày từ 5.000 – 10.000 cây/ha. Lóng đốt thân, cành ngắn, khả năng phân cành thứ
cấp nhiều. Số hoa, quả trên đốt nhiều từ 20 – 30 quả/đốt. Quả và hạt có kích thướt nhỏ
hơn và dạng bầu gần giống dạng hạt cà phê vối (C.canephora). Catura có hai dạng:
Một dạng quả màu đỏ khi chín được gọi là Catura rojo và một dạng quả vàng khi chín
được gọi là Catura amarello. Catura có tiềm năng cho năng suất nhưng cần thâm canh
cao, dạng quả vàng cho năng suất cao hơn. Chất lượng nước uống khá, gần được như
Bourbon, có khả năng chịu hạn, thích hợp với cường độ chiếu sáng mạnh và vùng có
độ cao thấp, giống rất mẫn cảm với bệnh gỉ sắt, bệnh khô cành khô quả
(Colletotricum coffeanum Noak) hay còn gọi là bệnh CBD (Coffee Berry Disease).
Giống Catura amarello được trung tâm nghiên cứu cây quả Phù Quỳ - Nghệ An chọn
lọc còn gọi là giống PQII.
Giống Catuai (Coffea arabica L.var Catuai): Là sản phẩm lai tạo giữa giống
Catura với giống Mundo novo (Mundo novo là cây lai tạo tự nhiên giữa Bourbon và
giống Sumatra, trồng ở Việt Nam từ năm 1971). Đặc điểm hình thái tương tự Catura
amarello. Cây thấp, tán hẹp thích hợp mật độ trồng dày. Lá non màu xanh nhạt, phiến
lá bầu, mép lá gợn sóng nhiều. Lóng đốt ngắn, số hoa quả trên đốt tương đương giống
Catura, khả năng phân cành nhiều. Catuai có khả năng chịu hạn tốt hơn Catura, thích
ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 7


LÊN MEN CÀ PHÊ
hợp với điều kiện khí hậu những vùng có độ cao thấp, cường độ chiếu sáng mạnh, là
giống có tiềm năng cho năng suất cao và cần chế độ thâm canh cao. Catuai mẫn cảm
trung bình với bệnh gỉ sắt và bệnh khô cành khô quả. những năm gần đây các nước

Châu Mỹ La Tinh trồng giống Catura và Catuai trên diện tích lớn.
Giống Catimor (Coffea arabica L.var Catimor): Giống Catimor là giống được
lai tạo giữa Hibrido de Timor (cây khác loài) với giống Catura, do Trung tâm nghiên
cứu bệnh gỉ sắt Oeiras – Bồ Đào Nha và Viện nghiên cứu cà phê Colombia. Tại Việt
Nam, Viện nghiên cứu cà phê Eakmat nhập thế hệ F4, F5 và chọn lọc là thế hệ F6.
Catimor có dạng cây thấp, phát triển tự nhiên cao từ 2 – 3m (thâm canh tốt có thể cao
trên 3m). Tán cây hẹp, đường kính tán cây từ 1,2 – 1,5m thích hợp mật độ trồng dày
5.000 – 10.000 cây/ha. Hầu hết các đặc điểm hình thái gần như giống Catura rojo.
Điểm khác biệt rõ nhất là lá non có màu đồng nhạt. Phiến là dày màu xanh đậm, mép
lá gợn sóng nhiều. Cành cơ bản khỏe vươn thẳng hợp với thân một góc nhỏ hơn 80 0,
lóng đốt ngắn từ 3 – 4cm, phân cành thứ cấp nhiều, quả thuộc loại trung bình, khi chín
màu đỏ. Trọng lượng 100 hạt từ 12 – 16g, tỷ lệ quả tươi/nhân biến động từ 5 – 7,5 tùy
vào điều kiện trồng. Catimor có tiềm năng cho năng suất rất cao, đòi hỏi thâm canh
cao, có khả năng chịu lạnh, kháng cao với bệnh gỉ sắt. Giống này đang được khuyến
cáo để thay một số giống cà phê chè khác.
Trên đây là 4 giống cà phê chè (Coffea arabica L.) hiện đang được trồng phổ
biến và có khối lượng xuất khẩu lớn trên thị trường cà phê quốc tế. Ngoài ra còn có
một số giống khác như giống Mundonovo, Moka... do có nhiều hạn chế nên ít được
khuyến cáo rộng rãi.
1.1.2.2.

Loài cà phê vối (Coffea canephora Pierre):

Cà phê vối được trồng phổ biến trên nhiều nước, chiếm 30% tổng diện tích cà
phê. Các nước trồng nhiều cà phê vối là Cameroon, Ấn Độ, Indonesia, Brazil, Việt
Nam... Tại Việt Nam được trồng nhiều ở các tỉnh phía Nam, tập trung chủ yếu ở các
tỉnh Tây Nguyên và Đồng Nai.
Giống Robusta (C.canephoravar Robusta):Chiều cao cây tự nhiên cao từ 8 –
12m nếu không cắt tỉa. Cây to khỏe, tán rộng, đượng kính tán từ 2 – 2,5m, không thích
hợp mật độ trồng dày. Lá non màu xanh nhạt. Phiến lá to bầu hoặc hình mũi mác, đuôi

lá nhọn, chiều rộng lá từ 10 – 15cm, dài từ 20 – 30cm, mép lá ít gợn sóng hơn cà phê
chè. Cành cơ bản to khỏe, vươn dài hợp với thân một góc lớn hơn 80 0, khả năng sinh
cành thứ cấp ít hơn nhiều so với cà phê chè, lóng đốt dài, quả có dạng hình cầu hoặc
hình trứng, cuống quả ngắn và dai hơn cà phê chè nên ít bị rụng khi chín, quả chín có
màu đỏ. Trọng lượng hạt trung bình từ 13 – 16g (ở ẩm độ hạt 12%). Trọng lượng quả
tươi/nhân biế động từ 4 – 6kg. Năng suất thấp nhưng khả năng chống chịu sâu bệnh

ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 8


LÊN MEN CÀ PHÊ
tốt hơn cà phê chè, tuy nhiên kém chịu hạn. Vì vậy khi trồng ở Tây Nguyên phải tưới
nước đủ ẩm cây mới sinh trưởng tốt.
1.1.2.3.

Loài cà phê mít, dâu da (Coffea liberia Bull):

Trong loài này có hai dạng hình chính là giống cà phê mít (C.liberia var
dewevrei) thường được gọi là C.liberia var Excelsa có nguồn gốc ở xứ Ubagui – Chari
thuộc Trung Phi nên còn gọi là cà phê Chari. Một dạng hình khác là C.liberia var
liberica. Cả hai dạng này có giá trị thương phẩm thấp nên không có mặt trên thị
trường cà phê quốc tế.
1.1.2.4.

Những giá trị mà cà phê mang lại

 Giá trị kinh tế:
Cây cà phê có giá trị kinh tế về nhiều mặt, sản phẩm chính là hạt, gỗ cũng đem

lại nguồn lợi đáng kể cho người sản xuất. Ngoài ra trồng cà phê còn có ý nghĩa trong
cải tạo hệ sinh thái và thu hút được nhiều lao động nông nghiệp, tạo cơ sở cho một
ngành công nghiệp phát triển.
 Giá trị dinh dưỡng:
Trong hạt cà phê khi phân tích có đầy đủ các hợp chất như: protein, lipid, đường,
tinh bột, cellulose,... đặc biệt là có cafein.
 Giá trị xuất khẩu:
Các dữ liệu cho thấy tình hình xuất khẩu cà phê thế giới bắt đầu với 10000 tấn
một năm vào năm 1700 ở Yemen, tiếp đến là Indonesia và Caribbean. Năm 2008, một
lượng lớn cà phê khoảng 8.000.000 tấn được xuất khẩu (Brazil 35%, Việt Nam 15%,
Colombia 10%, và Indonesia 5%, còn lại là ở Ethiopia, Mexico, và Ấn Độ; Arabica
chiếm 60%).

ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 9


LÊN MEN CÀ PHÊ

HÌNH 1. 2. Sản lượng xuất khẩu cà phê thế giới từ nhiều nguồn khác nhau (Nguồn:
Chemistry of Coffee, 2010 Elsevier Ltd.,)
 Giá trị công nghiệp và các giá trị khác
Ngoài việc sử dụng làm thức uống hàng ngày thì trong công nghiệp thực phẩm
cà phê được chế biến thành rượu, bánh kẹo và làm nước giải khát có hương vị cà phê.
Trong công nghiệp dược phẩm cafein được sử dụng làm thuốc điều trị bệnh.
1.1.3. Cấu tạo, thành phần hóa học hạt cà phê nhân tươi
1.1.3.1.

Cấu tạo hạt cà phê nhân tươi

HÌNH 1.3. Cấu tạo hạt cà phê nhân tươi (Nguồn: Cytology, biochemistry and
molecular changes during coffee fruit development, 2006).

ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 10


LÊN MEN CÀ PHÊ
Lớp vỏ quả (exocarp): Là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ cà phê
chè mềm hơn vỏ cà phê vối, cà phê mít.
Lớp vỏ thịt (mesocarp): dưới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt gọi là trung bì. Vỏ
thịt cà phê chè ngọt và mềm hơn vỏ thịt cà phê vối, trong khi đó cà phê mít dày hơn.
Lớp vỏ trấu (endocarp): hạt cà phê sau khi loại bỏ các chất nhờn, phơi khô
còn gọi là cà phê thóc. Bao bọc nhân nhiều chất xơ mềm gọi là vỏ trấu tức là nội bì.
Vỏ trấu cà phê chè mỏng và dễ đập hơn vỏ cà phê vối và cà phê mít.
Lớp vỏ lụa (silver skin): là lớp vỏ trong cùng bao bọc quanh nhân, mềm gọi là
vỏ lụa, chúng có màu sắc khác nhau tùy từng loại cà phê. Vỏ lụa cà phê chè màu
trắng, cà phê vối màu nâu nhạt và cà phê mít có màu vàng nhạt.
Lớp nhân cà phê (endosperm): lớp trong cùng. Lớp tế bào phần ngoài của
nhân cứng, có những tế bào nhỏ, trong có chứa chất dầu. Phía trong có những tế bào
lớn và mềm hơn. Một quả cà phê thông thường có 2 nhân.
Biểu bì
(epidermis)
Vỏ trấu
(integument)
Cán phôi
Phôi
(Cotyledons)

Chất nhầy
(Mesocarp)

HÌNH 1. 3. Cấu tạo mặt cắt ngang của hạt cà phê chína) Coffea arabica (arabica) và
b) Coffea canephora (robusta). Epidermis (Nguồn: Good Hygiene Practices
alongthe coffee chain)

1.1.3.2.

Thành phần hóa học hạt cà phê nhân tươi

BẢNG 1. 2. Thành phần hóa học của hạt cà phê nhân tươi Arabica và
Robusta (Illy & Viani 1995 và Clarke & Macrae 1987)[17][7].

Thành phần
ThS.TRẦN QUỐC HUY

Arabica

Robusta
Trang 11


LÊN MEN CÀ PHÊ
Carbonhydrates
Polysaccharides
Sucrose
Reducing sugars
Các loại đường khác
Lignin

Pectin
Lipids
Proteins
Amino acids
Aliphatic acids
Quinic acids
Chlorgenic acids
Caffeine
Trigonelline
Minerals
Volatile aroma
Water

49,8
8,0
0,1
1,0
2,0
3,0
16,2
9,8
0,5
1,1
0,4
6,5
1,2
1,0
4,2
Traces
8 – 12

54,4
4,0
0,4
2,0
2,0
3,0
10,0
9,5
0,8
1,2
0,4
10,0
2,2
0,7
4,4
Traces
8 – 12

Carbonhydrates là thành phần chính của hạt cà phê, chiếm hơn 50% khối lượng
khô. Các loại poly-, oligo-, di-, và monosaccharide có thể được chia thành đường
reducing và nonreducing (Clark & Macrae, 1987)[10]. Polysaccharides (hòa tan và
không hòa tan) chiếm khoảng 49,8% ở hạt cà phê arabicavà 54,4% ở robusta. Sucrose
đóng vai trò quan trọng trong chất lượng và hương vị của hạt cà phê vì trong quá trình
rang sự sút giảm sucrose sẽ dẫn đến hàng loạt các hợp chất (ví dụ như acid béo) tham
gia vào hương vị cà phê, hoặc các hợp chất thơm dễ bay hơi, hoặc các hợp chất tạo vị
không bay hơi (De Maria et al., 1996; Tressl et al., 1998; Ginz et al.,2000)[12], chiếm
khoảng 6 – 8,5% trong hạt Arabica và 0,9 – 4,9% trong hạt Robusta (Clifford, 1985a;
Campa et al., 2004)[11]. Một lượng nhỏ các carbonhydrate đơn giản như fructose,
glucose, mannose, arabinose và rhamnose và các oligosaccharides như raffinose và

stachyose cũng có mặt trong hạt cà phê (Illy & Viani, 2005)[17]. Carbonhydrates là
những tiền chất cho phản ứng Maillard (đối với sucrose, sau quá trình nghịch đảo) và
quá trình đường hóa, quan trọng cho sự biến đổi về màu sắc và hương thơm của hạt cà
phê. Carbonhydrates cũng đóng góp vào tính acid của quá trình rang sau khi phơi cà
phê. Một hàm lượng cao sucrose là một trong những lý do cho hương thơm và mùi vị
tuyệt vời của hạt cà phê Arabica. Polysaccharides cao phân tử làm bộ khung cho cho
quá trình rang. Thành phần polysaccharides chính trong cà phê, galactomannan và
arabinogalactan thì hòa tan còn cellulose thì không. Mà trong cà phê đã được rang thì
có chứa một lượng đáng kể chất sơ hòa tan. Vì vai trò tiềm năng của chúng như là chất
nền cho vi sinh vật probiotic trong đường ruột ở người, những polysaccharides này
được xem như là hoạt chất sinh học.
ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 12


LÊN MEN CÀ PHÊ
Lipids là thành phần chính của cà phê, và tổng lượng của chúng có sự khác biệt
đáng kể giữa hai loài C.arabica và C.canephora. Tổng hàm lượng lipids trong hạt cà
phê Arabica (khoảng từ 15 – 17g/100g khối lượng khô) xấp xỉ gấp đôi hàm lượng
lipids trong hạt Robusta (Stephanucci, A., Clinton, W. P., Hamel, M. 1979, p 511 –
512)[18]. Acid béo trong cà phê chủ yếu được tìm thấy ở dạng liên kết, hầu hết là ester
của glycerol trong liên kết triacylglycerols, 20% là ester của diterpenes, và một phần
nhỏ là ester sterol. Acid béo tuy không quan trọng cho sức khỏe, nhưng lại quan trọng
trong việc giữ tươi cho hạt cà phê và tránh việc hư hại hạt cà phê bởi quá trình thủy
phân và oxi hóa của triacylglycerols (Toci, A. T., Neto, V. J. F. M., 2008, p504 – 507)
[20].
Caffeine là một methylxanthine có vị đắng, tuy nhiên, nó chỉ đóng góp không
hơn 10% vị đắng trong các thức uống cà phê (Flament, 1968, p 197 – 215)[14].
Alkaloid này ổn định với nhiệt, và hàm lượng của nó trong hạt C.canephoragấp hai

lần so với C.arabica.
Trigonelline là một alkaloid sinh học có nguồn gốc từ quá trình methyl hóa
enzyme của acid nicotinic. Nó làm cho cà phê có vị đắng hơn trong quá trình rang và
là tiền chất của các hợp chất dễ bay hơi trong suốt quá trình phơi khô như pyrroles và
pyridines, một số loại trong số đó có thể tạo “objection flavor” (Flament, 1968, p 197
– 215)[14]. Hàm lượng trigonelline trong C.canephora xấp xỉ hai phần ba hàm lượng
có trong C.arabica.
1.2.

Tổng quan về nấm men

1.2.1. Đặc điểm chung của nấm men
Nấm men là tên gọi thông thường của một nhóm nấm có vị trí phân loại không thống
nhất nhưng có chung các đặc điểm sau:
Nấm

Nói chung có tồn tại trạng thái đơn bào.
Đa số sinh sôi nảy nở theo lối nảy chồi, cũng có khi hình thức phân cắt tế bào.
Nhiều loại có khả năng lên men đường
Thành tế bào có chứa mannan
Thích nghi với môi trường chứa đường cao, có tính axit cao.
men phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên, nhất là trong các môi trường có chứa

đường, có pH thấp, chẳng hạn như trong hoa quả, rau dưa, mật mía, rỉ đường, mật
ong, trong đất ruộng mía, đất vườn cây ăn quả, trong đất có nhiễm dầu mỏ [9].
1.2.1.1. Đặc điểm hình thái của nấm men
Nấm men loài vi sinh vật điển hình cho nhóm nhân thật. Tế bào nấm men thường lớn
gấp 10 lần so với vi khuẩn. Loại nấm men nhà máy rượu , nhà máy bia thường sử
ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 13


LÊN MEN CÀ PHÊ
dụng là Saccharomyces cerevisiae, có kích thước thay đổi khoảng 2,5 - 10µm × 4,5 21µm do đó có thể thấy rõ được dưới kính hiển vi quang học [9].
Tế bào nấm men có dạng: hình cầu, hình ovan hoặc elíp, hình quả chanh, hình trụ,
hình chùy hoặc đôi khi kéo dài ra thành sợi. Nấm men có thể thay đổi hình dạng và
kích thước trong các giai đoạn phát triển và điều kiện môi trường xung quanh. Hình
dạng của chúng không thay đổi chỉ ở các giống nuôi cấy khi còn trẻ trong các môi
trường sinh dưỡng tiêu chuẩn.
So với các sinh vật khác (đối với vi khuẩn chẳng hạn) tế bào nấm men có kích thước
tương đối lớn: Đường kính khoảng 1µm; chiều dài 8µm. Với kích thước này, ta có thể
ước tính bề mặt của tế bào nấm men trong 1 lít dịch lên men vào khoảng 10m 2, và do
vậy cường độ trao đổi chất của tế bào nấm men với môi trường xung quanh là vô cùng
to lớn. Với lượng nấm men là 500kg so với trâu bò cùng một khối lượng thì một ngày
đêm nấm men tổng hợp được 50 tấn Protein, còn trâu bò chỉ tổng hợp được 0,5kg.
Trọng lượng riêng của tế bào nấm men không khác mấy so với tế bào vi khuẩn (ở nấm
men chỉ số này là 1,055 – 1,060, ở vi khuẩn: 1,050 – 1,112) [16].
1.2.1.2.

Cấu tạo tế bào nấm men.

Nấm men là sinh vật đơn bào hiển vi, tế bào cơ bản giống như ở động, thực vật. So
sánh cấu tạo tế bào nấm men với vi khuẩn ta thấy có sự tiến hóa nhảy vọt từ nhân sơ
đến nhân chuẩn. Cùng với sự tiến hóa về nhân và cơ chế phân chia nhân (nhân có
màng, có các thể nhiễm sắc, phân bào có tơ...) ở cơ thể xuất hiện nhiều thể không thấy
ở nhân sơ, như ti thể, lục lạp...
Tế bào nấm men có thành phần và cấu tạo phức tạp. Trong tế bào có các cấu tử tiểu
thể và có thể chia thành: các cơ quan nội bào hay cơ quan tử của tế bào và các chất
chứa trong tế bào hay các thể vùi của tế bào [3]



Vỏ tế bào: bao quanh tế bào nấm men là một lớp màng mỏng dày đặc, mềm

mại có thể đàn hồi để định hình cũng như bảo vệ tế bào chống lại các tác động bên
ngoài và chất độc. Vỏ tế bào nấm men mang điện. Nó còn có tác dụng giữ áp suất

ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 14


LÊN MEN CÀ PHÊ
thẩm thấu nội bào, điều chỉnh các chất dinh dưỡng là các hợp chất có phân tử lượng
thấp và các muối khoáng đi qua các lỗ nhỏ vào trong tế bào [3]
 Thành tế bào nấm men dày khoảng 25nm. (chiếm 25% khối lượng khô của tế
bào). Đa số nấm men có thành tế bào cấu tạo bởi glucan và mannan. Một số nấm men
có thành tế bào chứa kitin và mannan. Trong thành tế bào còn có chứa 10% protein
(tính theo khối lượng khô), trong số protein này có một phần là enzim. Trên thành tế
bào còn thấy có cả một lượng nhỏ lipit [7].

Màng tế bào chất: Xung quanh màng tế bào chất được bao quanh một lớp màng
rất mỏng, chiều dày không quá 0,1nm dính chặt với tế bào chất. Có thể quan sát thấy
lớp màng này dưới kính hiển vi trường tối: thấy màng là lớp viền sáng rất mỏng quanh
tế bài chất. Màng tế bào chất có 4 chức năng cơ bản: tác dụng như rào chắc thẩm thấu,
điều chỉnh chất dinh dưỡng từ môi trường vào trong tế bào và ngược lại cho các sản
phẩm trao đổi chất ra ngoài tế bào; thực hiện sinh tổng hợp một số hợp phần của tế
bào (các cấu tử của vỏ tế bào); nơi khu trú một số enzym và cơ quan tử của tế bào
(như riboxom). Vận chuyển chất qua màng liên quan đến tính thấm của màng. Đặc
tính này trước hết phụ thuộc vào các enzym phospholipaza và lipaza.

 Tế bào chất: còn gọi là nguyên sinh chất. Nó có cấu trúc không đồng nhất
(heterogen) và ở thể keo, chứa tất cả các cấu trúc cơ bản của tế bào: Ti thể, riboxom,
mạng lưới nội chất, các chất dự trữ và các thể vùi của hợp chất lipolit và hydratcacbon
tự nhiên trong nội bào.
Nhờ kính hiển vi điện tử mà chúng ta biết được tế bào chất là hệ keo được cấu tạo
từ protein (đặc tính keo dính là đặc tính của protein), hydrat, lipit, các chất khoáng,
nước và các hợp chất khác nữa. Nước trong tế bào chất chiếm 90% ở dạng tự do để
hòa tan các chất trước khi tham gia vào các phản ứng trao đổi và dạng liên kết. Tế bào
chất có độ nhớt cao tương ứng với glyxerin hoặc xiro đặc. (Như vậy gấp 800 – 8000
lần so với nước). Khi tế bào già độ nhớt này giảm.
Trong tế bào chất chứ đầy đủ các cơ quan tử của tế bào, như ti thể, nhân, các
khoang không bào, các hạt chất dự trữ dạng tinh bột, dạng chất béo, cũng như mạng
lưới nội chất và các thể vùi khác (trong đó có các hạt riboxom)...
Cấu trúc của tế bào chất thay đổi phụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy và tuổi sinh
trưởng của tế bào. Sự thay đổi này có thể là thuận nghịch và không thuận nghịch là do
mức độ tác động của các yếu tố bên ngoài. Các tế bào trẻ có chất nguyên sinh đồng

ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 15


LÊN MEN CÀ PHÊ
nhất, khi già chất này xuất hiện không bào, các giọt chất béo, các hạt polyphosphat và
lipoit. Như vậy tế bào trở nên dị nguyên (không đồng nhất).
Ngoài các cơ quan tử của tế bào có trong tế bào chất ở dạng ti thể hay thể vùi (ti
thể, microxom, không bào...), còn có chất xúc tác sinh học rất quan trọng là enzym
tham gia vào tất cả các phản ứng hóa sinh.
 Microxom hay lipoxom: Đây là thể vùi có dạng hạt siêu hiển vi, được cấu tạo
từ lipoit, protit và axit ribonucleic (ARN). Các thành phần này ta thấy hàm lượng

protit và ARN hầu như bằng nhau còn lipit là rất nhỏ. Ở đây sẽ xảy ra các quy trình
tổng hợp protein cho tế bào từ các axit amin đã được hoạt hóa ở hệ thống ti thể. Các
axit amin này được nối với nhau theo lệnh của nhân được chuyển qua ARN đi vào các
phản ứng sinh tổng hợp protein.
 Ti thể: Có dạng hạt nhỏ, dạng que hoặc dạng sợi mảnh phân bố trong tế bào
chất ở khoảng giữa vỏ tế bào và không bào. Có thể thấy chúng ở tất cả các giai đoạn
sinh trưởng của tế bào nấm men: Thời kỳ yên tĩnh, nảy chồi, sinh bào tử... Chiều dài
của sợi ti thể là 0,2 – 7,5µm. Hình dạng của nó có thể thay đổi trong quá trình nuôi
cấy, có thể là từ các hạt hoặc que hay sợi đơn đến kết hợp thành chuối.
 Bình thường số lượng ti thể trong tế bào nấm men dao động rất lớn: Từ 1 - 50.
Nếu trong tế bào chỉ có một ti thể thì thể tích của nó chiếm không nhỏ hơn 20% thể
tích tế bào, ở S. cerevisiae có một ti thể chiếm tới 88% thể tích tế bào. Trong môi
trường có nồng độ glucose thấp tế bào nấm men có tới 100 – 200 ti thể, nhưng ở nồng
độ cao chỉ thấy 30 – 40.
 Mạng lưới nội chất: Trong tế bào của nấm men còn chứa một hệ thống màng 2
lớp, được gọi là mạng lưới nội chất bao gồm hằng dãy màng kép có gai cong dày. Một
số màng có kết hợp với riboxom. Đôi khi đầu màng chuốt thành các bọng tròn và rồi
có thể từ đây tạo thành không bào. Mạng lưới này còn được gọi là thể golgi hay bộ
máy golgi.
Mặc dù mạng lưới nội chất của nấm men, cũng như các vi sinh vật khác, có tham
gia vào các hoạt động của tế bào. Song, mối quan hệ mạng lưới này với các cơ quan
nội bào khác vẫn chưa được biết rõ ràng. Có tác giả cho rằng, mạng lưới kép này điều
hành chung quá trình sinh lý của tế bào.
 Nhân tế bào: Nhân là cấu tử bất biến của tế bào nấm men. Ta thấy rõ nhân tế
bào nấm men trong trường hợp giữ tế bào trong nước vô trùng vài ngày. Lúc này tế
bào chất trở thành đồng nhất và trong suốt do bị đói. Với kính hiển vi thông thường ta
ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 16

LÊN MEN CÀ PHÊ
có thể quan sát rất rõ ràng nhân tế bào hoặc dưới kính hiển vi huỳnh quang hay kính
hiển vi đối pha sau khi xử lý bằng dung dịch Fluorocrom.
Nhân của tế bào nấm men có màng vỏ, hạch nhân (thể nhiễm sắc) và chất nhân.
Vỏ nhân tham gia vào điều hòa cac quy trình trong nhân bằng cách thay đổi tính thấm
và thông báo trực tiếp giữa nhân với môi trường bên ngoài tế bào, cũng như giữa nhân
và tế bào chất.
Đường kính của nhân tế bào nấm men vào khoảng 2µm. Phần lớn nhân có dạng
hình cầu hoặc elip. Sự phân bố của chúng trong nội bào có thể thay đổi trong suốt quá
trình sống của tế bào. Kích thước nhân của tế bào nấm men không đồng nhất không
những ở các tế bào khác giống, mà ở tế bào cùng một giống trong trạng thái sinh lý
khác

nhau.

Nhân

to

ở

các

giống

Saccharomyces,

Schizosaccharomyces,

Saccharomycodes và dễ dàng nhìn thấy dưới kính hiển vi. Còn các giống lên men
hoặc không lên men như Torulopsis pulcharrina, T.utilis... thường có nhân nhỏ. Ở tế
bào nấm men đang sinh trưởng nhân rất giàu axit Nucleic và vùng sinh sản được hoạt
hóa (nó sẽ mọc chồi hoặc phân cắt tế bào) [3].
1.2.2. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa của nấm men
Nấm men đặc biệt là chủng Saccharomyces cerevisiae là loại hiếu khí, nhưng
khi thiếu 02 chúng lân men thành ethanol và CO2 qua con đường EM: pyruvat bị
decacboxi hóa thành axetaldehyt và CO 2 nhờ enzyme pyruvat – decacboxilase (phụ
thuộc vào TPP), sau đó axetaldehyt bị khử thành etanol nhờ alcohol – dehydrogenase.
Nếu thêm hydrosulfit vào dung dịch nấm men đang lên men glucose,
axetaldehyt sẽ bị giảm: hiệu suất etanol và CO2 giảm, đồng thời glyxerin xuất hiện.
Sự lên men etilic thông thường được gọi là: ”Dạng lên men Neuberg 1”.
Nấm men là vi sinh vật kỵ khí tùy tiện. Khi thiếu O 2 chúng lên men mạnh
nhưng không sinh trưởng, khi có O 2 chúng hô hấp và lên men bị ức chế (hiệu quả
Pasteur), sự tiêu thụ glucose sản lượng etanol và CO 2 đều giảm sinh khối, trái lại tăng
lên tế bào chỉ tạo thành 2mol ATP / mol 2 mol glucose khi lên men so với 38 ATP /
mol glucose khi hô hấp. Hiện tượng trên chịu sự điều chỉnh của một số cơ chế trong
đó cơ chế cạnh tranh ADP và Pi [4].
Đối với nấm men trong quá trình hoạt động sống, chúng đồng hóa các
monosacarit trong điều kiện yếm khí, thải ra môi trường xung quanh sản phẩm dị hóa
là rượu etylic và khí cacbonic nhờ tác dụng của một phức hệ enzyme. Đây là một
ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 17


LÊN MEN CÀ PHÊ
trong nhứng đặc trưng quan trọng của nấm men đã được nhân dân ta ứng dụng từ lâu
đời để sản xuất rượu (rượu ngang, rượu nếp) .
Chúng ta đều biết, mọi quá trình muốn tiến hành được đòi hỏi phải có năng

lượng. Để thực hiện được các hoạt đọng sống như sinh trưởng, phát triển và sinh sản
của mình, nấm men đòi hỏi phải có năng lượng. Lên men là quá trình để cung cấp
năng lượng và các hợp chất trung gian cho tế bào nấm men. Nhưng tế bào sống chỉ sử
dụng năng lượng ở dạng hóa năng tàng trữ trong các mạch cacbon và được giải phóng
ra trong các phản ứng enzyme do sự chuyển điện tử từ mức năng lượng này sang mức
năng lượng khác. Các phản ứng hóa sinh trong quá trình lên men là phản ứng chuyển
hydro. Các enzyme xúc tác quá trình tách hydro khỏi cơ chất được gọi là enzyme
dehydrogenase. Như vậy lên men là quá trình oxy hóa khử sinh học.
Lên men là quá trình để thu năng lượng qua đó hydro tách ra khỏi cơ chất
được chuyển đến chất tiếp nhận cuối cùng là chất hữu cơ. Hợp chất hữu cơ được khử
rồi đi vào môi trường dinh dưỡng và tích tụ lại trong đó. Trong quá trình lên men
rượu, hợp chất hữu cơ được tích tụ chủ yếu là rượu etylic .
Quá trình lên men chuyển hóa đường thành rựơu là quá trình sinh hóa phức
tạp, bao gồm một chuỗi các phản ứng theo con đường fructoza – 1,6 – diphotphat.
Người ta nhận thấy rằng chu trình Embden – Meyerhof – parnas và chu trình Crep là
trung tâm của các quá trình lên men. Vỡ lẽ những chu trình này đáp ứng được các yêu
cầu về nguồn năng lượng, nguồn cacbon và nguồn các chất khử là những yếu tố rất
cần thiết để duy trì các hoạt động sống của tế bào .
Các chủng nấm men khác nhau có khả năng đồng hóa (lên men) các nguồn
hydrocacbon khác nhau. Sự khác nhau này do tính chất đặc hiệu, chuyển hóa của các
loại enzyme chứa trong tế bào nấm men quyết định. Nói chung đại bộ phận các chủng
nấm men đều đồng hóa được các monosacarit glucoza, fructoza... Đối với quá trình
lên men rượu, nguồn hydrocacbon có ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng rượu. Ví
dụ chủng S.cerevisiae XII chỉ lên men được glucoza, fructoza, sacaroza, galactoza và
rafinoza nhưng không lên men được lactoza. Còn đối với chủng S.cerevisiae lại lên
men được glucoza, fructoza, sacaroza, mantoza và cả dextrin .
Dựa vào mối quan hệ với nhiệt độ người ta chia nấm men ra làm 2 loại: loại
lên men ở nhiệt độ thấp (5 – 10 0C) và loại lên men ở nhiệt độ cao (28 – 32 0C). Trong
công nghiệp sản xuất rượu người ta sử dụng những chủng nấm men lên men ở nhiệt
độ cao, chủng có khả năng lên men nhanh và mạnh mẽ.

ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 18


LÊN MEN CÀ PHÊ
Khi sản xuất rượu từ nguyên liệu chứa tinh bột thì trước hết cần phải chuyển
tinh bột của nguyên liệu đó thành đường đơn giản. Thường thì tinh bột của nguyên
liệu được thủy phân đến mantoza và glucoza nhờ enzyme amylase.
Muốn có được sản phẩm chủ yếu trong môi trường lên men rượu là rượu
etylic thì tác nhân cung cấp hệ enzyme đặc thù đó phải là giống nấm men
Saccharomyces cerevisiae. Nhờ nấm men này, trong điều kiện sống yếm khí, chúng có
khả năng chuyển hóa đường thành rượu etylic và CO 2 một cách hợp thức. Trong điều
kiện yếm khí nấm men không có khả năng chuyển hóa tiếp các etanol đã được tạo
thành. Có nghĩa là sự lên men sẽ dừng lại ở giai đoạn hình thành và tích lũy rượu
etylic. Như vậy biện pháp kỹ thuật tương ứng là phải lên men trong thăng kín , [21].
Tế bào nấm men có đặc điểm nữa là có khả năng tạo ra các nội enzyme
(endofecmen) nghĩa là những enzyme tiến hành xúc tác ở bên trong tế bào. Như vậy
sự phân li đường sẽ xảy ra ở bên trong tế bào nấm men, còn rượu etylic và CO 2 được
tạo thành thì đi ra khỏi tế bào và tích tụ trong môi trường.
Phương trình phản ứng tổng quát của quá trình lên men:
C6H12O6 + 2ADP + 2H3PO4 = 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP + 2H2O
Thực tế cho thấy rằng, sự lên men sẽ xảy ra một cách bình thường để cho ta
sản phẩm chủ yếu là rượu và một số sản phẩm phụ khác như glyxerin, dầu fusel... Chỉ
trong điều kiện pH của môi trường từ 4- 5 và môi trường thật yếm khí. Trong điều
kiện yếm khí sự lên men xảy ra rất mạnh mẽ (nghĩa là rượu etylic tạo ra rất nhiều)
nhưng sự phát triển của tế bào nấm men hầu như không có. Vỡ lẽ khi ấy nấm men
không thu được năng lương để duy trì các hoạt động sống của mình chỉ bằng cách gây
lên men glucoza. Khi có không khí thì sự lên men yếu đi vì nấm men sẽ thu năng
lượng cần thiết cho sự phát triển của chúng bằng con đường hô hấp hiếu khí, nghĩa là

bằng cách oxy hóa sinh học glucoza đến CO 2 và H2O. Hiện tượng kìm hãm sự lên men
rượu dưới ảnh hưởng của oxy gọi là hiệu ứng pauster.
Trong điều kiện sản xuất, sự lên men rượu se tiến hành một cách thuận lợi khi
ở nhiệt độ 29 -320C.
Người ta thấy, nấm men có thể lên men được dung dich đường có nồng độ 2530% mặc dầu là chậm chạp. Tuy nhiên môi trường thuận lợi cho lên men là chứa từ 10
– 18% đường. Dung dịch đường có nồng độ rất cao sẽ tạo ra áp suất thẩm thấu lớn gây
phá hủy trạng thái sinh lý bình thường của nấm men, thời gian lên men sẽ kéo dài, sử
dụng không triệt để hết đường, đồng thời lượng rượu tạo thành lớn sẽ ức chế hoạt
ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 19


LÊN MEN CÀ PHÊ
động của nấm men. Môi trường lên men khi có nồng độ đường quá thấp sẽ không
thuận lợi về kinh tế.
Nồng độ rượu và khí cacbonic cũng có tác dụng kìm hãm đến sự sinh sản
cũng như khả năng lên men của nấm men. Sự sinh sản của nấm men sẽ bị chậm lại khi
nồng độ rượu có trong môi trường là 2% và sẽ bị ngừng lại khi nồng độ rượu là 5%.
Khí cacbonic ức chế sự lên men nhưng việc thoát khí CO 2 sẽ làm cho môi trường lên
men luôn luôn bị khuấy động, kéo dài được trạng thái lơ lửng của nấm men do đó làm
tăng nhanh sự lên men.
1.2.3. Sự sinh sản của nấm men
Nấm men có một số hình thức sinh sản sau:
-

Sinh sản bằng cách nảy chồi.
Sinh sản bằng cách phân đôi.
Sinh sản bằng bào tử và sự hình thành bào tử.
• Tiếp hợp đẳng giao

• Tiếp hợp dị giao
• Sinh sản đơn tính
Khi cấy nấm men hay vi sinh vật nói chung vào môi trường dinh dưỡng chúng

sẽ sinh sản cho đến cơ chất dinh dưỡng cần thiết ở trong môi trường giảm tới mức
thấp nhất. khi đó sinh trưởng phát triển của chúng chậm dần và ngừng hẳn, cũng có
thể tế bào còn vài lần phân chia tiếp, nhưng sự tăng sinh khối không đáng kể.
Quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật nói chung và của nấm men nói
riêng thường được chia làm 4 pha: pha thích ứng (pha lag), pha chỉ số (logarit), pha ổn
định và pha tử vong [3].
1.2.4. Nhu cầu dinh dưỡng của nấm men
1.2.4.1.

Dinh dưỡng cacbon (C)

Các hợp chất hữu cơ khác nhau như các loại đường và dẫn xuất, các rượu, axit
hữu cơ, axit amin... có thể là nguồn dinh dưỡng cacbon của nấm men. Ở đây cũng cần
phải lưu ý rằng, hầu hết các loài nấm men đều không có enzym polyhydrolase trong
đó có enzym amylase và xenlulase. Vì vậy nấm men không sử dụng trực tiếp được
tinh bột cũng như xenlulose và hemixenlulose. Gần đây có một số công trình nghiên
ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 20


LÊN MEN CÀ PHÊ
cứu cho biết một số chủng thuộc giống Candida có hoạt tính amylase ngoại bào, song
vẫn chưa đưa các chủng này vào sản xuất công nghiệp cũng như trong thực tế.
Các nguồn C dinh dưỡng trước hết phải kể đến các loại đường. Đường glucose
thuộc loại đường 6 (hexose) được tất cả các loài nấm men sử dụng. Glucose được coi

như nguồn C vạn năng đối với vi sinh vật. Nhiều loài nấm men, trong đó có giống
Saccharomyces lên men rượu, không sử dụng được pentose.
Tỷ số các đường được nấm men sử dụng là đặc điểm riêng của từng loài. Qua
đây ta có thể xây dựng được phương pháp chuẩn đoán các loài nấm men. Phần lớn các
loài thuộc giống Saccharomyces khác nhau giữa chúng trước hết là quan hệ với các
loại đường trong quá trình trao đổi chất hydratcacbon. Đối với nguồn cacbon khác như
các loại rượu và axit hữu cơ thì mối quan hệ này là giống nhau ở tất cả các loài của
cùng một giống.
Axit acetic và glucose được sử dụng đồng thời. Như là một quy luật, trong môi
trường có một hỗn hợp các nguồn C thì nguồn nào cung cấp cho nấm men sinh trưởng
tốt sẽ được sử dụng trước.
Trong nuôi cấy liên tục nấm men có tốc độ sinh trưởng cùng với tốc độ pha
loãng của môi trường thì những hợp chất có nhiều C trong phân tử sẽ được sử dụng
sau cùng.
Những loài nấm men của cùng một giống không phải bao giờ cũng đồng hóa
vật chất như nhau. Có thể nói, các loài khác nhau (dù là một giống) đồng hóa các
nguồn dinh dưỡng là khác nhau. Thí dụ: các loài Candida natalensis và C.
Parapsilosis và đồng hóa rất tốt galactose, nhưng C. Clausseni lại không đồng hóa
được loại đường này. Saccharomyces cerevisiae chỉ bắt đầu sử dụng galactose từ ngày
thứ hai sau khi nuôi cấy.
Những disacarit (maltose và saccharose) trước khi được nấm men sử dụng phảo
qua thủy phân sơ bộ thành đường đơn nhờ enzym tương ứng của nấm men. Nấm men
chuyển từ sống kỵ khí sang sống hiếu khí sẽ bị yếu khả năng sử dụng glucose và
maltose, nhưng với saccharose hoạt tính sự dụng lại được tăng gấp 2,5 lần. Nấm men
ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 21


LÊN MEN CÀ PHÊ

sử dụng maltose chỉ khi trong khi môi trường không có mặt glucose và fructose.
Maltose được lên men hoàn toàn trong pha sinh trưởng ổn định của nấm men.
Các axit hữu cơ chiếm một vị trí quan trọng trong trao đổi chất của nấm men.
Chúng có thể kích thích hoặc ức chế sinh trưởng của nấm men. Chúng cũng có thể là
nguồn dinh dưỡng C và năng lượng duy nhất.
Tất cả các sản phẩm trung gian trong trao đổi của vòng krebs đều là nguồn C
dinh dưỡng cho nấm men. Song, tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật này trong môi
trường chỉ có axit acetic, xitric, sucinic, fumaric, malic hay oxalic đều thấp hơn so với
môi trường chứa glucose.
Sử dụng hydrocacbon từ dầu mỏ và khí đốt làm nguồn C nuôi cấy nấm men rất
được quan tâm trong vài thập kỷ gần đây. Đặc biệt là thu sinh khối nấm men từ
hydratcacbon làm nguồn protein – vitamin dựng bổ sung vào thức ăn chăn nuôi rất có
nhiều triển vọng. Cũng có ý kiến e ngại các chế phẩm này còn dư lượng những chất
nào đó còn chưa rõ hoặc rất ít không thể xác định được có ảnh hưởng tới đời sống sức
khỏe của con người và động vật.
Ngày nay người ta đang hoàn thiện thực nghiệm về vai trò của CO 2 trong trao
đổi chất của nấm men. Thật vậy, giữa tất cả các nguồn C hữu cơ thì khí CO 2 là chất
hoạt động sinh học. Những dạng liên kết với CO 2 đều là các sản phẩm cần thiết cho
nấm men [3].
1.2.4.2.

Dinh dưỡng nitơ (N)

Nguồn N cần thiết cho tổng hợp các cấu tử chứa N của tế bào là các hợp chất
hữu cơ hoặc vô cơ có sẵn trong môi trường.
Các hợp chất hữu cơ chưa N của tế bào là các axit amin, các nucleotit purin và
pyrimidin, protein và một số vitamin. Nấm men có khả năng tổng hợp được tất cả các
axit amin... thành phần protein trực tiếp từ các hợp chất vô cơ trong khi sử dụng
nguồn C là các chất hữu cơ - sản phẩm trung gian của quá trình dị hóa hydratcacbon
trong hô hấp và lên men.

ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 22


LÊN MEN CÀ PHÊ
Đa số nấm men không đồng hóa được nitrat. Song, giống Hasenula và giống
Pichia lại đồng hóa được chất này. Một số loài thuộc giống Brettanomyses cũng đồng
hóa được nitrat.
Nguồn N vô cơ được nấm men sử dụng tốt là các muối amoni của axit vô cơ
cũng như hữu cơ. Đó là amoni sulfat, phosphat rồi đến các muối axetat, lactat, malat
và sucxinat.
Trong môi trường có muối amoni, đặc biệt là sulfat, thì nấm men sẽ sử dụng
gốc amoni trước, gốc axit còn lại sẽ được sử dụng sau hoạc ít sử dụng sẽ làm cho môi
trường axit hóa, giảm pH.
Trong môi trường lỏng amoniac (NH3) ở dạng NH4+ gần với tiền chất của N
hữu cơ và là nguồn N rất dễ cho nấm men sử dụng, chỉ xếp sau các axit amin. Nấm
men còn sử dụng được ure và pepton. Trong môi trường lỏng ure sẽ bị urease của nấm
men phân ly thành NH4+ và CO2. Để thu sinh khối Saccharomyces được tốt trong môi
trường nên có mặt cả nguôn N vô cơ và hữu cơ.
Các nguồn N hữu cơ thường là hỗn hợp các axit amin (nấm men chỉ sử dụng
được axit amin ở dạng tự nhiên), các peptit, các nucleotit... Trong thực tế ngừoi ta hay
dựng cao ngô, cao nấm men, dịch thủy phân protein tự nhiên (đậu tương, khô lạc...)
làm nguồn N hữu cơ [16].
1.2.4.3.

Dinh dưỡng các nguyên tố vô cơ

Các nguyên tố vô cơ trong nuôi cấy vi sinh nói chung, trong đó có nấm men,

phospho (P) được quan tâm trước hết, sau đó là kali (K) và magiê (Mg), lưu huỳnh
(S)...
Như chúng ta đã biết phospho tham gia vào các thành phần quan trọng của tế
bào, như các nucleoproteit, axit nucleic, polyphosphat, phospholipit... Các hợp chất
phospho đóng vai trị xác định trong các biến đổi hóa sinh khác nhau, đặc biêth là trao
đổi chất hydrocacbon trong vận chuyển năng lượng. Nấm men sử dụng rất tốt nguồn
phospho vô cơ là orthophosphat. Hợp chất này chuyển thành polyphosphat và sau khi
hoạt hóa sẽ dựng vào các quá trình tổng hợp.
ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 23


LÊN MEN CÀ PHÊ
Khi không đủ P trong môi trường sự trao đổi chất ở nấm men thay đổi đáng kể
liên quan tới sự phá vỡ nhu cầu và sử dụng hydratcacbon và nito. Nhu cầu sinh lý về P
đối với 10 tỷ tế bào nấm men vào khoảng 10 – 13 mg P.
Trong phòng thí nghiệm vi sinh người ta thường dùng muối KH 2PO4 và
K2HPO4 làm nguồn P và K.
Dinh dưỡng lưu huỳnh (S): S là thành phần của một số axit amin trong phân tử
protein và là nhóm phụ (-SH) của một số enzyme CoA. Trong môi trường nuôi cấy
nấm men thường có (NH4)2 SO4 làm nguồn amon và nguồn lưu huỳnh. Hàm lượng S
nhỏ làm tăng sự nảy chồi của nấm men,nhưng ở nồng độ 1mg/l S đã kìm hãm quá
trình này [3]
1.2.4.4.

Dinh dưỡng vitamin

Trong công nghiệp thường dùng các nguồn vitamin là cao ngô, cao nấm men
(có thể dựng dịch men tự phân hay nước chiết nấm men), nước chiết cám (cám gạo

hoặc cám mỡ), dịch thủy phân đậu tương bằng enzym và đặc biệt là rỉ đường (cung
cấp bionin). Trong các thí nghiệm nuôi cấy ở phòng thí nghiệm vi sinh vật hoặc ở qui
mô nhỏ có thể dựng các dịch chiết từ giá đậu, từ rau cải, cải bắp, cà chua, cà rốt, khoai
tây... làm nguồn vitamin bổ sung vào môi trường [3].
1.2.5. Sự trao đổi chất của nấm men [3].
Trong quá trình hoạt động sống của tế bào nấm men, cũng như các vi sinh vật,
cần tiêu hóa các chất dinh dưỡng từ môi trường để xây dựng tế bào mới phục vụ cho
sinh trưởng đồng thời sản ra môi trường một số sản phẩm. Tất cả các quá trình này
được gọi là trao đổi chất ở tế bào.
Sự trao đổi chất được chia làm 3 giai đoạn:
- Phân cắt các đại phân tử ở ngoài tế bào để có thể qua màng vào nội bào.
- Phân giải các phân tử bộ để tạo ra các chất trao đổi chất trung gian(pyruvat,
axetyl, CoA) và năng lượng hữu ích (ATP).

ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 24


LÊN MEN CÀ PHÊ
- Sự phân giải triệt để các chất trao đổi chất trung gian thành CO 2 và H2O với sự
giải phóng ra nhiều năng lượng ở dạng ATP với hàng loạt các phản ứng oxy hóa khử
các chất hữu cơ và vô cơ.
Trao đổi chất ở tế bào nấm men cũng tương tự như ở hầu hết giới vi sinh vật.
Chức năng cơ bản của trao đổi chất là tạo ra các vật liệu tế bào và nguồn năng lượng
phục vụ cho hoạt động sống của tế bào.
Trao đổi chất ở trong tế bào nấm men gồm 2 quá trình ngược chiều nhau (có
khi xen kẽ với nhau): dị hóa và đồng hóa [3].
1.2.5.1. Sự dị hóa
Là quá trình phân giải các hợp chất dinh dưỡng có phân tử lớn để có thể qua

màng vào nội bào, sau đó tiếp tục phân giải các chất có phân tử nhỏ thành các hợp
chất trung gian, và thu nhận năng lượng. Tiếp tục phân giải triệt để các hợp chất hữu
cơ (kể cả các sản phẩm trung gian) thành sản phẩm cuối cùng là CO 2 và H2O [3].
1.2.5.2. Sự đồng hóa
Là sử dụng các hợp chất trao đổi trung gian do quá trình dị hóa tạo thành hoặc
có sẵn trong môi trường để thực hiện các quá trình sinh tổng hợp ra các chất cấu trúc
tế bào, như các hợp chất cao phân tử polysaccarit, protein, axit nucleic, lipit... tạo ra tế
bào mới từ các tiền chất đơn giản (axit amin, các bazo purin và pirimidin, axit hữu cơ,
phosphat- đường). Sự tổng hợp gắn liền với nhu cầu về năng lượng tự do được giải
phóng do khử phospho của ATP. Quá trình tổng hợp như vậy được gọi là trao đổi chất
kiến tạo hay là cấu trúc xây dựng [3].
1.2.6. Phân loại nấm men.
J.Lodder (1970) đã xác định có 349 loài nấm men, thuộc 39 chi khác nhau.
J.A.Barnett, R.W.Payne và D.Yarrow (1983) xác định có 483 loài nấm men, thuộc 66
chi khác nhau.
Rất nhiều loài nấm men đã được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất: Công
nghiệp sản xuất bia, rượu, nước giải khát, sinh khối phục vụ chăn nuôi, và cao nấm
men, lipit nấm men, các enzim như amilaza, invertaza, lactaza, unicaza,
poligalacturonaza, sản xuất ergosterol, axit ribonucleic, riboflavin, (vitamin B 2), các
axit amin như lizin, xixtein, metionin.
ThS.TRẦN QUỐC HUY

Trang 25