Nghiên cứu tuyển chọn chủng nấm men để ứng dụng vào sản xuất rượu brandy từ quả dứa.

1

\

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
----

HOÀNG THỊ LỆ THƯƠNG

NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN CHỦNG NẤM MEN
ĐỂ ỨNG DỤNG VÀO SẢN XUẤT RƯỢU BRANDY
TỪ QUẢ DỨA
Chuyên ngành: Vi sinh vật học
Mã số: 9 42 01 07

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

TS. Nguyễn Quang Hào
TS. Trần Thị Thuý

Hà Nội - 2020

1


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các kết quả của đề tài Luận án Tiến sỹ: Nghiên cứu tuyển
chọn chủng nấm men để ứng dụng vào sản xuất rượu brandy từ quả dứa” là

cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các kết quả và số liệu trình bày trong Luận án
là trung thực, chưa được công bố trong bất cứ nghiên cứu của các tác giả trước đây.
Các bài báo khoa học được công bố với sự cho phép, đồng ý của các đồng tác giả.
Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm về cơng trình nghiên cứu này.
Tác giả

Hồng Thị Lệ Thương

2


LỜI CẢM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy Cô hướng dẫn khoa học:
TS. Nguyễn Quang Hào và TS. Trần Thị Thúy đã luôn tận tâm giúp đỡ, hướng
dẫn, động viên tơi trong q trình nghiên cứu, thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn GS. TS. Nguyễn Thành Đạt, PGS. TS. Dương
Minh Lam, PGS. TS. Đoàn Văn Thược, TS. Phan Duệ Thanh, ThS. Tống Thị
Mơ, CN. Phạm Thị Hồng Hoa đã những góp ý và những hỗ trợ tinh thần quan
trọng trong suốt quá trình tơi thực hiện đề tài.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành cảm ơn tập thể Bộ môn CNSH – Vi sinh,
Khoa Sinh học, trường Đại học Sư Phạm Hà Nội; Bộ mơn Hóa – Sinh, Khoa
Khoa học cơ bản; Ban Giám hiệu Trường Đại học Tân Trào – Tuyên Quang đã
tạo mọi điều kiện cho tôi học tập, nghiên cứu và hồn thành luận án.
Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc Công ty cổ phần Thực phẩm xuất
khẩu Đồng Giao; Trung tâm Vi sinh vật Công nghiệp, Viện Cơng nghệp thực phẩm;
Phịng Phân tích hóa học, Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Viên Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Kiểm Nghiệm An toàn Vệ sinh Thực phẩm
Quốc gia, đã hỗ trợ tơi trong q trình thu thập mẫu, thu thập số liệu, phân tích kết
quả một số thí nghiệm.
Tơi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các đồng nghiệp, gia đình

và bạn bè đã ln động viên, khuyến khích tơi trong suốt q trình học tập và
nghiên cứu.
Hà Nội, ngày 18 tháng 8 năm 2020
Tác giả

Hoàng Thị Lệ Thương

3


MỤC LỤC

4


Diễn
giải
Ti
K ến
g
A
nh
Ca
lci
u
m2;
2 ke
togl
uc
on

ate
A
do
nit
A ol
(ri
bit
ol)
Lar
ab
A
in
os
e
C Ce
llo
bi
os
5

Tiế
ng
Việ
t
Cal
ciu
m2;
ket
oglu
con

ate

Ad
onit
ol
(rib
itol)

Lara
bin
ose
Cell
obi
ose


e
Colony
Đơn vi
Fo hìn
rm h
in thà
C
g
nh
U khu
nit ẩn
s
lạc
Da

Dal
D lto
ton
n
3,
5Di 3,5nit Din
ro itro
D sal sali
ic cyli
yli
c
c acid
aci
d
E Ef Nồ
fe ng
cti độ
ve hoạ
Co
t
nc chất
en làm
tra giả
tio m
n
50
%

6

tốc
độ
sinh
trưở
ng
của
Vi
Sin
h
Vật
Dga
G lac
tos
e
G Ga
s
Ch
ro
m
at
og
ra
ph
y
M
as
s
sp
ect

ro
ph
ot
o
7

Dgala
ctos
e
Hệ
thố
ng
mã
y
phâ
n
tích
sắc
kí
khí
–
khố
i
phổ


m
ete
r
Dgl

G uc
os
e
Gl
yc
G
er
ol
In
I osi
tol
Dlac
L
tos
e
Dm
Malt
os
e
MM
et
hy
l-α
Dgl
uc
op
yr
an
osi
8

Dglu
cos
e
Gly
cer
ol
Ino
sito
l
Dlact
ose
Dmal
tose
Met
hylα
Dglu
cop
yra
nosi
de


de
Dm
ele
M
zit
os
e

Nac
et
ylgl
N
uc
os
a
mi
ne
Nm
eth
ylNnit
roN Nnit
ros
og
ua
ni
di
ne
R Draf

9

Dmel
ezit
ose

Nacet
ylglu
cos

ami
ne

Nmet
hylNnitr
oNnitr
oso
gua
nidi
ne
Draffi


fin
os
e
S
.
c
e
r
e
v
i
s
i
a
e

nos

e

Sa
cc
ha Sac
ro cha
m rom
yc yce
es
s
ce cer
re evis
vi iae
si
ae
Dsa Dcc sac
S ha cha
ro rose
se
D- Dso sor
S rbi bito
tol
l
DDtre
treh
T ha alos
los
e
e
Ul

tra
U vi
ol
et
U Ul
tra
vi
ol
et
10

Tia
cực
tím
Thi
ết
bị
qua
ng


phổ
hấp
vis
thụ
ibl
phâ
e
n tử
Vo

lu
m
e/ Thể
Vo tích
/
V lu
m thể
e tích
=
Vo
l.
Mi
cr
Vi
ob
sinh
V iol
vật
og
y
Vi
et
na Bộ
m sưu
Ty tập
pe giố
Cu ng
V ltr chu
ur ẩn
e Việt

Co Na
lec m
tio
n
WW Tổ
orl chứ
d cY
He tế
alt thế
11


h
Or
ga
ni giới
zat
io
n
X
Xyl
yli
X
itol
tol
Dxy
X los
e

12

Dxyl
ose


DANH MỤC CÁC BẢNG

13


14


15

MỞ ĐẦU
Brandy là loại rượu cao độ chưng cất từ vang chất lượng cao, rất được ưa
chuộng. Brandy có tác dụng kích thích thần kinh, tim mạch, tiêu hóa nên sử dụng
một lượng nhỏ mỗi ngày rất tốt cho sức khỏe. Rượu brandy phù hợp với nhu cầu
của giới trẻ nói riêng và người dân nói chung nên được sử dụng ngày càng nhiều.
Tuy nhiên, rượu brandy mà chúng ta sử dụng hiện nay chủ yếu vẫn là nhập
ngoại, khối lượng nhập đứng thứ 3 trong số các loại rượu mạnh nhập khẩu vào
Việt Nam, mức tăng trưởng thị trường tăng bình quân mỗi năm là 18,8% nên giá
thành cao, chưa được sử dụng rộng rãi [10]. Chính vì vậy, việc tìm ra nguồn
ngun liệu trong nước và cơng nghệ phù hợp để chủ động sản xuất brandy đáp
ứng nhu cầu người tiêu dùng có ý nghĩa quan trọng.
Dứa là cây ăn quả phổ biến ở nước ta, được phân bố từ Bắc đến Nam. Năm
2007 tổng sản lượng dứa trong cả nước đạt 529.100 tấn, năm 2011 đạt 532.700
tấn, năm 2016 đạt 579.982,3 tấn, năm 2018 đạt 674 nghìn tấn...luôn đứng đầu
trong các loại cây ăn quả [4, 5, 40, 41]. Quả dứa Queen có dinh dưỡng phù hợp

(độ đường và acid cao, khống chất đầy đủ), có hương thơm hấp dẫn (hoa hậu của
các loài trái cây). Ngoài giá trị dinh dưỡng cao, dứa Queen được trồng tập trung
trong các nông trường với sản lượng lớn, giá thành rẻ thu hoạch quanh năm ở nhiều
nơi. Do vậy, dứa Queen phù hợp cho sản xuất rượu vang chất lượng để chưng cất
thành brandy có hương vị đặc trưng [138]. Cho đến nay, theo các tài liệu mà chúng
tôi tham khảo được, các nghiên cứu về quả dứa ở Việt Nam mới chỉ dừng lại ở quy
trình bảo quản quả tươi, sấy khô, làm siro, các đồ uống và lên men vang. Nhiều công
ty, doanh nghiệp và các cơ quan nghiên cứu về thực phẩm trong nước đã tiến hành
quy trình sản xuất rượu brandy từ vải thiều, táo, mận, điều…Riêng với rượu brandy
từ dứa, hiện mới có duy nhất dự án “Hồn thiện cơng nghệ sản xuất brandy trái cây
(vải, dứa) ở quy mô công nghiệp” do Công ty TNHH MTV Bia rượu Eresson

chủ trì [10]. Theo hướng này, nấm men được thu thập từ nhiều nguồn trong và
ngoài nước, quy trình cơng nghệ chưng cất bằng tháp cao. Sản phẩm brandy dứa

15


16

đang dừng lại ở mức thăm dò thị trường, số lượng ít, giá thành cao, chưa phổ biến.
Do đó, việc nghiên cứu chế biến dứa thành rượu brandy theo hướng truyền thống
thành công sẽ là cơ sở khoa học để tổ chức sản xuất rượu brandy từ dứa ở Việt Nam,
đưa thêm hướng tiêu thụ cho quả dứa, giải quyết cơng ăn việc làm cho nơng dân lao
động, góp phần phát triển kinh tế cho nhiều địa phương trồng dứa.
Xuất phát từ yêu cầu của thực tiễn sản xuất, nhằm giúp nông dân giải quyết khâu
tiêu thụ dứa bằng phương pháp chế biến, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu tuyển
chọn chủng nấm men để ứng dụng vào sản xuất rượu brandy từ quả dứa”.
Mục tiêu của đề tài
Tuyển chọn được chủng nấm men có hoạt lực lên men ethanol cao, tạo hương

thơm đặc trưng, phù hợp để sản xuất rượu brandy từ quả dứa đạt chất lượng tốt.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Các chủng nấm men lên men rượu ethanol phân lập từ dịch
ép dứa Queen trồng tại Nông trường Đồng Giao - Tam Điệp - Ninh Bình.
Phạm vi nghiên cứu:
- Chủng vi sinh vật nghiên cứu: Các chủng nấm men lên men rượu được phân
lập từ dịch ép dứa Queen lên men tự nhiên.
- Nguyên vật liệu: Giống dứa Queen trồng tại Nơng trường dứa Đồng Giao Tam Điệp - Ninh Bình.
Nội dung nghiên cứu
(1) Tuyển chọn chủng nấm men có hoạt lực lên men ethanol cao và cho hương
thơm đặc trưng trong quá trình lên men dịch dứa Queen.
(2) Nghiên cứu các đặc điểm sinh học của chủng nấm men được tuyển chọn:
Hình thái khuẩn lạc, hình thái tế bào, khả năng lên men các loại đường, khả năng
đồng hóa muối nitrat, định tên khoa học, ảnh hưởng của các yếu tố môi trường (hàm
lượng đường, ảnh hưởng của pH môi trường, ảnh hưởng của nguồn nitơ) đến sự
sinh trưởng và phát triển của chủng nấm men tuyển chọn
(3) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men vang dứa của chủng
nấm men được tuyển chọn: pH, nhiệt độ, acid hữu cơ, hàm lượng đường, hàm lượng
oxy hòa tan, tỉ lệ men giống; nghiên cứu quá trình lên men vang từ dịch dứa Queen.
16


17

(4) Cải biến chủng nấm men D8 bằng kĩ thuật đột biến ngẫu nhiên.
(5) Nghiên cứu quy trình chưng cất, làm sạch, tạo màu và hương vị cho brandy.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Ý nghĩa khoa học:
Luận án đã cung cấp những dẫn liệu khoa học về việc sử dụng quả dứa để
lên men vang sản xuất brandy chất lượng cao. Kết quả nghiên cứu đã phân tích

được thành phần cơ bản của dịch ép dứa (nguyên liệu dùng để lên men vang sản
xuất brandy); tuyển chọn được chủng nấm men có hoạt lực lên men cao, hương
thơm đặc trưng; cải biến chủng nấm men này theo phương pháp gây đột biến
ngẫu nhiên tạo biến chủng nấm men có khả năng chịu độ rượu, chịu đường và có
hoạt lực lên men cao hơn 22% so với chủng gốc. Luận án cũng đã đề xuất
phương pháp loại bỏ các tạp chất không mong muốn trong rượu brandy thô, chỉ
ra tác dụng của gỗ sồi trong việc tàng trữ tạo màu sắc và hương vị cho brandy
dứa; xây dựng được quy trình cơng nghệ sản xuất brandy từ dứa.
- Ý nghĩa thực tiễn
Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể ứng dụng để sản xuất brandy dứa,
làm đa dạng hóa sản phẩm chất lượng cao từ quả dứa, mở thêm hướng giải quyết
được đầu ra cho quả dứa. Bên cạnh đó, luận án cũng có thể được dùng như một tài
liệu tham khảo phục vụ học tập, nghiên cứu, giảng dạy về lên men vang và ứng dụng
trong sản xuất rượu brandy từ quả dứa.
Những điểm mới của luận án
- Luận án là cơng trình đầu tiên của Việt Nam nghiên cứu có hệ thống về sản
xuất brandy dứa từ phân lập, tuyển chọn, định tên khoa học của chủng nấm men được
tuyển chọn, điều kiện nhân giống, lên men, chưng cất, loại bỏ tạp chất, tàng trữ tạo
hương vị và màu sắc đặc trưng cho brandy.
- Tạo đươc biến chủng có hoạt lực lên men rượu cao đạt hàm lượng etylic 15,1 %
v/v từ chủng S. cerevisiae bằng đột biến ngẫu nhiên.
- Đề xuất được quy trình lên men vang để sản xuất brandy dứa sử dụng chủng
nấm men S. cerevisiae D8 và nguồn nguyên liệu dứa Queen
17


18

- Đề xuất phương pháp loại bỏ tạp chất trong rượu brandy trong môi trường acid
bằng cách kết hợp phương pháp hóa học và vật lý.

- Phân tích thành phần hương của brandy dứa sau khi xử lý bằng gỗ sồi
Cấu trúc của luận án
Luận án gồm 140 trang, bao gồm các phần sau:
Mở đầu: 4 trang
Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu: 44 trang
Chương 2. Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu: 24 trang
Chương 3. Kết quả và Thảo luận: 66 trang
Kết luận và Kiến nghị: 2 trang
Tài liệu tham khảo: Luận án tham khảo được 43 tài liệu tiếng Việt, 135 tài liệu
tiếng nước ngoài, 02 trang Web.
Phụ lục: Luận án có 10 phụ lục các kết quả phân tích

18


19

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Nấm men
1.1.1. Lịch sử nghiên cứu và sử dụng nấm men trong trong lên men rượu
Trên thế giới
Lịch sử ngành lên men đã có từ khoảng 6.000 năm trước Cơng ngun. Rượu
và rất nhiều loại đồ uống làm từ hoa quả lên men, sản xuất theo quy mơ gia đình,
dịng tộc đã được sử dụng như thứ đồ uống do thượng đế ban tặng. Mãi đến năm
1854, Louis Pasteur mới phát hiện nấm men là tác nhân thực sự gây nên quá
trình lên men rượu, mở đầu cho các nghiên cứu về tuyển chọn nấm men trong sản
xuất vang.
Cuối thế kỷ XVIII, đầu thế kỷ XIX, các nghiên cứu trên thế giới về nấm men
đã được quan tâm và thu được nhiều thành tựu. Các kết quả tập trung vào nghiên
cứu về: (1) các enzyme tham gia quá trình lên men trong nấm men; (2) cơ chế của

quá trình lên men từ đường; (3) làm sáng tỏ vai trò của các enzyme nấm men trong
ngành lên men rượu [169].
Nhờ thành tựu của các cơng trình nghiên cứu trên, các chủng nấm men
được ứng dụng nhiều, nhanh chóng được đưa ra thị trường dưới dạng thương
mại, trở thành đối tượng quan trọng trong sản xuất rượu [88]. Năm 1780, dịch
nấm men S. cerevisiae đã xuất hiện trên thị trường Hà Lan. Năm 1800, ở Đức
S. cerevisiae được sản xuất dưới dạng kem. Từ năm 1825 đến năm 1867 ngành
công nghiệp sản xuất sinh khối nấm men được tăng cường mở rộng ở Châu
Âu. Năm 1872, tại Baron de Max Springer (Pháp), quá trình sản xuất men hạt
phát triển, thuận tiện hơn trong vận chuyển và sử dụng. Năm 1876, tại Hoa Kỳ,
trong triển lãm thương mại Centennial, Philadelphia, nhiều loại chế phẩm nấm
men đã được Fleischmann trưng bày và bán trên thị trường phục vụ sản xuất
bánh mì và rượu vang [107].

19


20

Đầu năm 1980, việc sử dụng sinh khối nấm men S. cerevisiae dạng khô đã
được nghiên cứu và phổ biến rộng rãi. Ngày nay, phần lớn các cơ sở sản xuất rượu
vang dựa trên việc sử dụng nấm men khô, đảm bảo cho quá trình lên men nhanh,
làm giảm nguy cơ bị tạp nhiễm do vi sinh vật lạ. Hầu hết, các chủng nấm men rượu
vang dạng thương mại hiện nay đã được tuyển chọn theo những đặc tính quý như
hiệu suất lên men cao, chịu độ rượu cao, không tạo hương vị lạ và các chất chuyển
hóa khơng mong muốn. Điều này đã góp phần cải thiện chất lượng của rượu vang,
tăng khả năng kiểm sốt q trình lên men để đạt được hiệu suất lên men cao. Đến
nay, quy trình sản xuất rượu vang đã khá ổn định, các sản phẩm rượu vang ngày
càng đa dạng, chất lượng ngày càng cao.
Tác giả Legras và các cộng sự (2007) cho biết trong vài thập kỷ qua, việc áp

dụng các đặc điểm di truyền, sinh lý học và công nghệ tái tổ hợp ADN đối với nấm
men S. cerevisiae đã tạo ra các chủng nấm men rượu vang có khả năng chịu nhiệt,
chịu acid, tăng chất lượng cảm quan, tăng hiệu suất quá trình lên men, nâng cao
chất lượng rượu [115].
Một số chế phẩm nấm men thương phẩm dùng cho sản xuất rượu có bán trên
thị trường hiện nay như: Pasteur Champagne (Pháp), Wyeast (Pháp), Montrachet
(Pháp), Pasteur red (Mỹ), Pasteur white (Mỹ)…Nhìn chung các nghiên cứu về
nấm men trên thế giới là vô cùng phong phú và đa dạng, tạo ra nhiều loại chế
phẩm nấm men cung cấp cho lên men rượu chất lượng cao, ngày càng đáp ứng
được nhu cầu sản xuất rượu trên thế giới [169].
Ở Việt Nam
Văn hóa rượu đã có ở các nước Châu Á và Việt Nam từ hàng nghìn năm trước
cơng ngun cùng với ngành lên men và nấu rượu bằng men lá, bánh men thuốc bắc.
Tuy nhiên, các nghiên cứu về men rượu và nấm men S. cerevisiae ở Việt Nam trong
thời kì chiến tranh trước 1975 khơng được lưu giữ có hệ thống.
Sau năm 1975, các nghiên cứu và ứng dụng nấm men trong sản xuất, đặc biệt là
các nấm men sử dụng trong lên men vang, sản xuất brandy được báo cáo chủ yếu là
20


21

phân lập, tuyển chọn, nghiên cứu đặc điểm sinh học, xác định tên khoa học và ứng
dụng của nấm men trong sản xuất vang [18, 28, 30]. Nghiên cứu đầu tiên về nấm men
trong lên men vang được công bố là của Nguyễn Quang Hào và cộng sự (1983) trên
các loại quả dâu, mơ…Áp dụng kết quả nghiên cứu đó, các sản phẩm vang mang
nhãn hiệu vang “Thăng Long” được xuất hiện trên thị trường vào năm 1983 [16].
Nghiên cứu nấm men sản xuất brandy đầu tiên ở Việt Nam là trên quả nho (2008)
[21] nhưng sản phẩm brandy đầu tiên xuất hiện trên thị trường là brandy Blue Star
của Công ty cổ phần Rượu rượu Hà Nội (2010) [28]. Những năm gần đây nhiều

chủng nấm men được nhập nội để đáp ứng nhu cầu sản xuất vang trong nước. Do
nấm men có vai trị quan trọng, quyết định đến chất lượng thành phẩm rượu vang
nên nhu cầu về nấm men có chất lượng tốt ở Việt Nam ngày càng tăng. Trong khi
đó, chỉ có rất ít cơ sở sản xuất rượu (các viện nghiên cứu, công ty rượu lớn…)
đảm bảo được nguồn giống. Các cơ sở sản xuất tư nhân, hộ gia đình…với trang
thiết bị thơ sơ, quy trình công nghệ lạc hậu chủ yếu sử dụng nguồn nấm men tự
nhiên (có trong khơng khí, trên vỏ quả, trên các dụng cụ lên men) hoặc có thể lấy
dịch lên men mẻ trước để làm giống trong lên men mẻ sau hoặc nhân giống từ các
ống giống nấm men thuần.
1.1.2. Đặc điểm sinh học của nấm men
Đặc điểm hình thái và cấu tạo
Khuẩn lạc đặc trưng của nấm men rượu có màu trắng sữa, trịn, nhẵn bóng;
kích thước khuẩn lạc thay đổi theo thời gian ni cấy. Hình thái tế bào nấm men
khá đa dạng; có thể hình trịn, hình trứng hay bầu dục, hình dài hoặc hình elip…
(tùy lồi).
Tế bào nấm men có thể thay đổi hình dạng trong các giai đoạn phát triển và
điều kiện môi trường xung quanh. Hình thái của tế bào nấm men khơng thay đổi
chỉ khi tế bào còn non trong các điều kiện dinh dưỡng tiêu chuẩn [49]. Các nấm
men Saccharomyces sử dụng trong cơng nghiệp thường có kích thước tế bào (3 5) × (5 - 10) μm, nặng 10 – 12pg (1pg=10 -12g). Các chồi được hình thành từ bề
mặt của tế bào, có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng kích thước tế bào mẹ [137],
21


22

[142]. Hình thái, kích thước khuẩn lạc, chồi, tế bào nấm men tế bào, được phân
loại trực tiếp thông qua đối chiếu với các khóa phân loại [115, 119]. Các đặc
điểm kiểu hình này cũng đã được xây dựng thành phần mềm, các webside để
chụp ảnh, phân tích định lượng, các cơng cụ tính tốn, phân tích tự động hình
thái khuẩn lạc, chồi và tế bào nấm men [73, 150].

Nấm men có cấu tạo điển hình của một tế bào nhân chuẩn (Eucaryote). Thành phần
các chất hữu cơ cơ bản trong tế bào nấm men được ghi lại trong bảng 1.1 [145].
Bảng 1.1. Thành phần các chất hữu cơ cơ bản trong tế bào nấm men [145]
Thành phần các chất hữu cơ cơ bản trong tế bào nấm men
Độ ẩm
2-5%
Protein thơ
50-52%
Protein tinh
42-46%
Acid Nucleic
6-8%
Khống
7-8%
Lipid
4-7%
Cacbonhydrat
30-37%
Các nghiên cứu về đa dạng hình thái tế bào nấm men được giải thích từ góc độ
di truyền và môi trường. Họ enzyme Rho của GTPases hiện diện trong tất cả các tế
bào nhân thực, từ nấm men đến động vật có vú có vai trị điều hịa các enzyme liên
quan đến q trình phát sinh hình thái và phân bố actin trên thành tế bào [53]. Hình
thái và thể tích thực của tế bào nấm men có thể thay đổi bởi tỷ lệ các liên kết
glucosid trong glucan trên thành tế bào. Nghiên cứu của Jamas và cộng sự (1986)
cho thấy sự tăng liên kết β (1 → 6) glucoside trong thành tế bào nấm men làm tăng
hệ số hình dạng và độ nén của tế bào và thành tế bào [102].”
Đặc điểm sinh lý
Chu kỳ sống của nấm men Saccharomyces có hai loại hình phổ biến [98]: ưu
thế đơn bội và ưu thế lưỡng bội (tùy loài). Các tế bào dinh dưỡng đơn bội (n) có
thể kết hợp với nhau để tạo ra tế bào dinh dưỡng lưỡng bội (2n). Sau quá trình

giảm phân, các tế bào lưỡng bội sẽ sinh ra các bào tử túi (thường là 4 bào tử túi).
Bình thường, khi khơng có sinh sản hữu tính, chúng vẫn tiếp tục sinh sản vơ tính
bằng nảy chồi. Nếu nấm men sinh sản vơ tính từ tế bào đơn bội là chủ yếu (thời

22


23

gian tồn tại chủ yếu ở dạng đơn bội), chúng tuân theo chu kì sống ưu thế đơn bội.
Nếu nấm men sinh sản vơ tính từ tế bào lưỡng bội là chủ yếu (thời gian tồn tại chủ
yếu ở dạng lưỡng bội), chúng tuân theo chu kỳ sống ưu thế lưỡng bội.
Thời gian thế hệ của nấm men là khoảng thời gian giữa 2 lần phân chia liên
tiếp của tế bào. Đối với các tế bào sinh trưởng, phát triển trong điều kiện không
bị ức chế số lượng tế bào tăng lên gấp đôi trong một chu kỳ tế bào. Nấm
men S. cerevisiae tăng gấp đôi khối lượng sau mỗi 100 phút. Chu kỳ tế bào chia
làm 4 giai đoạn G1, S, G2, M [104].
Nấm men có thể sinh sản bằng nhiều hình thức: 1) sinh sản vơ tính bằng nảy
chồi, phân đôi, bào tử đốt (chi Geotrichum), bào tử bắn (chi Sporobolomyces), bào
tử áo (Candida albican) và 2) sinh sản hữu tính bằng bào tử túi [98].
Sinh sản vơ tính bằng nảy chồi:
Nảy chồi là phương pháp sinh sản phổ biến nhất ở nấm men
Saccharomyces. Ở điều kiện thuận lợi, nấm men sinh sôi nảy nở rất nhanh. Quan
sát dưới kính hiển vi hầu hết các tế bào đều có chồi. Các enzyme thủy phân sẽ
phân giải polysaccharide của thành tế bào khiến thành tế bào, chỗ bị enzyme tác
động phình lên. Các vật chất mới được tổng hợp sẽ được huy động đến chồi và
làm cho chồi to dần lên và có đầy đủ các thành phần giống tế bào mẹ. Khi chồi
đạt được một kích thước nhất định (nhỏ hơn hoặc bằng kích thước tế bào mẹ)
một vách ngăn sẽ xuất hiện giữa chồi và tế bào mẹ. Thành phần của vách ngăn
cũng tương tự như thành tế bào. Khi chồi tách khỏi tế bào mẹ, ở chỗ tách trên tế

bào mẹ xuất hiện một vết sẹo và trên tế bào con cũng mang một vết sẹo [172].
Ngồi chi Schizosaccharomyces (chỉ có sinh sản vơ tính bằng phân đơi), các chi
khác của nấm men đều có thể sinh sản vơ tính bằng nảy chồi hai cực (chi Kloakera,
Saccharomycoder, Hansenniaspora) hoặc đa cực (chi Dekkera, Hansenula, Pichia,
Saccharomyces…[98])
Sinh sản hữu tính bằng bào tử túi
Bào tử túi được sinh ra trong các túi, hai tế bào khác giới đứng gần nhau sẽ
mọc ra hai mấu lồi, tiến lại gần nhau và dung hợp với nhau. Chỗ tiếp nối sẽ tạo
23


24

ra một lỗ thơng và chất ngun sinh có thể đi qua để tiến hành phối chất, nhân
cũng đi qua để phối nhân. Sau đó, nhân phân cắt thành 2, thành 4, thành 8. Mỗi
nhân được bao bọc bởi chất nguyên sinh rồi màng nhày dày được tạo ra xung
quanh và hình thành các bào tử túi. Tế bào dinh dưỡng biến thành túi, khi trưởng
thành các tế bào này có khả năng sinh ra các bào tử túi đơn bội [98].
1.1.3. Phân loại, tiêu chí tuyển chọn các chủng nấm men thường dùng để
sản xuất brandy
Phân loại
Nấm men (Yeast) là tên chung dùng để chỉ nhóm nấm có cấu tạo đơn bào,
phân bố khá rộng trong tự nhiên.
Theo Lodder (1971) nấm men có số lượng khá lớn với 39 giống và 349 lồi
[119], theo Barnett (1983) nấm men có 66 giống và 483 loài [57]. Các chủng
thuộc chi Saccharomyces là tác nhân chính của q trình lên men sản xuất vang.
Theo Legras (2007), loài Saccharomyces cerevisiae thuộc chi Saccharomyces, họ
Saccharomycetaceae, bộ Saccharomycetales, lớp Sacchromycaetes, ngành phụ
Saccharomycotina, ngành Ascomycota, giới nấm (Fungi) [115].
Theo cuốn “Hệ thống phân loai nấm men” mới nhất (xuất bản lần thứ 5,

2011) của Kreger Vankij và cộng sự (2011), “ The Yeasts: A taxononanic study”
thì có khoảng 1500 lồi nấm men được mơ tả. Cũng cuốn sách này, xuất bản lần
thứ tư (năm 1998) thì có khoảng 700 lồi được mơ tả trong 60 chi.
Theo Boulton và cơng sự (1999) thì các lồi nấm men đươc phát hiện trong lên
men vang chỉ khoảng 286 loài nằm trong 17 chi chính là: Schigosaccharomyces,
Kloeckera, Saccharomycodes, Hansenniaspora, Dekkera, Brettanomyces, Hansenula,
Metchinikowia,

Pichia,

Kluyveromyces,

Torulanspora,

Debaryomyces,

Zygosaccharomyces, Saccharomyces, Cryptococus, Rhodotorula, Candida.
Tiêu chí tuyển chọn
Vai trị chính của nấm men trong sản xuất brandy là chuyển hóa đường
glucose trong dịch quả thành rượu. Hầu hết các loại đường khác cũng có thể lên

24


25

men do nấm men có hệ enzyme phân giải các đường đơi, đường đa thành đường
đơn và có enzyme chuyển hóa các đường đơn thành ethanol (bảng 1.2) [148]
Bảng 1.2. Một số enzyme quan trọng trong nấm men [148]
Enzyme

Cơ chất chuyển hoá

Trehalase
Glucoamylase (amyloglucosidase)
Maltase (α-glucosidase)

Trehalose
Tinh bột, dextrin, α-glucosid
Maltose, saccharose, maltotriose, p-nitrophenyl-α-

Isomaltase (Oligo 1,6-glucosidase)

glucosid, melezittose.
Isomaltose saccharose,

Invertase (β-fructofuranose)
Melibiase (α-galactosidase)
Zymase

nitrophenyl-α-glucosit.
Sacharose, raffinose
Melibiaose, raffinose, p-nitrophenyl-α-galactosid
Hệ enzyme chuyển hố đường đơn giản thành ethanol

α-methyl

glucosit,

p-

Trong q trình trao đổi chất và năng lượng, ngồi sản phẩm chính là rượu
ethanol (tạo ra trong lên men) cịn có trên 50 chất bay hơi khác được hình thành cả
trong quá trình lên men và hơ hấp của nấm men). Chúng có thể được xếp thành 4
nhóm chính: acid, aldehyde, ester và alcol. Ngồi ra, có một số chất khác cũng có
ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng brandy, đó là glycerol và hydrogen sulfide. Sự
đa dạng các hợp chất trao đổi này tùy thuộc vào loài nấm men, cơ chất đầu vào và
đặc biệt là điều kiện nuôi cấy dẫn đến việc phối hợp, xen kẽ q trình hơ hấp và lên
men trong quy trình sản xuất.
Theo truyền thống, tiêu chí tuyển chọn nấm men cho sản xuất vang là hoạt lực
lên men mạnh, thích hợp ở các nhiệt độ khác nhau, sinh ra ít acid acetic và có khả
năng chống chịu sulfur dioxide. Tuy nhiên, các tiêu chí lựa chọn nổi bật hiện nay lại
tập trung vào cải thiện tính chất cơng nghệ và các tính năng cảm quan của rượu
vang thành phẩm. Các tiêu chí lựa chọn này bao gồm: (1) khả năng tăng cường màu
rượu thông qua sự hình thành, trao đổi chất của các sắc tố ổn định (sự trao đổi
vitisin, polyphenolanthocyanin, vinylphenolic và sự hấp phụ anthocyanin của màng
tế bào nấm men; (2) sự vắng mặt của β-glucosidase để ngăn chặn sự suy giảm màu
sắc; (3) ổn định khả năng kết lắng trong vang đỏ giúp ổn định màu; (4) tăng cường
hương thơm thông qua việc sản xuất các hợp chất dễ bay hơi như este và rượu bậc
25