Nghiên cứu làm giàu protein bột và bã sắn bằng phương pháp lên men rắn với nấm men saccharomyces cerevisiae luận văn thạc sĩ nông nghiệp

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

TRẦN THỊ THANH PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU LÀM GIÀU PROTEIN BỘT VÀ BÃ SẮN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN RẮN VỚI NẤM MEN
SACCHAROMYCES CEREVISIAE

Chuyên ngành:

Chăn nuôi

Mã chuyên ngành :

60 62 01 05

Người hướng dan

1: PGS.TS Bùi Quang Tuấn
2: TS. Nguyễn Thị Huyền

NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong Luận Văn này được theo
dõi và thu thập hồn tồn khách quan, trung thực.
Tơi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận Văn này đã được cảm
ơn và các thơng tin trích dẫn trong khóa luận này đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 07 tháng 11 năm 2017
Tác giả luận văn

Trần Thị Thanh Phương

i


LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành khóa luận tốt nghiệp em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất
tới PGS.TS Bùi Quang Tuấn và TS. Nguyễn Thị Huyền, những người đã trực tiếp
hướng dẫn và chỉ bảo tận tình em trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hồn thành
luận văn tốt nghiệp này.
Để có bài báo cáo hồn chỉnh như hơm nay cũng nhờ sự góp ý chia sẻ của các
Thầy cô giáo trong bộ môn Dinh dưỡng - Thức ăn qua các đợt báo cáo tiến độ, báo cáo
thẩm định. Em cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới các Thầy cô giáo trong Bộ
môn Dinh dưỡng – Thức ăn đã giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến cho em trong q
trình nghiên cứu và thực hiện đề tài này.
Cuối cùng, em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp
và những người thân yêu đã luôn động viên, giúp đỡ để em hoàn thành luận văn tốt
nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 07 tháng 11 năm 2017
Tác giả luận văn

Trần Thị Thanh Phương

ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan ..................................................................................................................... i

Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii
Mục lục ............................................................................................................................ iii
Danh mục chữ viết tắt ....................................................................................................... v
Danh mục bảng ................................................................................................................ vi
Danh mục hình ................................................................................................................ vii
Danh mục biểu đồ .......................................................................................................... viii
Trích yếu luận văn ........................................................................................................... ix
Thesis abstract.................................................................................................................. xi
Phần 1. Mở đầu .............................................................................................................. 1
1.1.

Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1

1.2.

Mục tiêu của đề tài ............................................................................................. 2

Phần 2. Tổng quan về tài liệu........................................................................................ 3
2.1

Đặc điểm sinh học của nấm men saccharomyces .............................................. 3

2.1.1.

Phân loại ............................................................................................................ 3

2.1.2.

Đặc điểm hình thái, cấu tạo, sinh sản và thành phần dinh dưỡng của nấm men ........3

2.2.

Cơ sở của việc sử dụng nấm men trong sản xuất và chế biến thức ăn............... 9

2.2.1.

Sự tồn tại của Saccharomyces cerevisiae trong đường ruột ............................ 11

2.2.2.

Các phương thức tác động của tế bào nấm men trong đường ruột .................. 11

2.3.

Tổng quan về cây sắn và tình hình sử dụng các phụ phẩm từ cây săn làm
thức ăn chăn nuôi ............................................................................................. 14

2.3.1.

Sử dụng vỏ củ sắn làm thức ăn chăn nuôi ....................................................... 17

2.3.2.

Sử dụng bã sắn làm thức ăn chăn nuôi ............................................................ 19

2.3.3.

Làm giàu protein bột sắn, bã sắn bằng vi sinh vật ........................................... 22

Phần 3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ......................................................... 25

3.1.

Đối tượng – địa điểm và thời gian nghiên cứu ................................................ 25

3.1.1.

Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................... 25

3.1.2.

Địa điểm và thời gian nghiên cứu .................................................................... 25

3.2.

Nội dung nghiên cứu........................................................................................ 25

3.2.1.

Xác định thành phần hoá học của bột và bã sắn trước khi lên men ................. 25

3.2.2.

Xác định tỷ lệ tiếp giống thích hợp của các chủng nấm men
Saccharomyces cerevisiae ............................................................................... 25

iii


3.2.3.

Nghiên cứu cải thiện hàm lượng protein của bột và bã sắn ............................. 25

3.3.

Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 25

3.3.1.

Nguyên vật liệu nghiên cứu ............................................................................. 25

3.3.2.

Phương pháp phân tích thành phần hóa học của bột và bã sắn ........................ 26

3.3.3.

Đánh giá tỷ lệ tiếp giống thích hợp của các chủng nấm men .......................... 27

3.3.4.

Phương pháp lên men làm giàu protein của bột và bã sắn............................... 29

3.4.

Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................... 30

Phần 4. Kết quả - thảo luận ........................................................................................ 31
4.1.

Kết quả phân tích một số thành phần hóa học của bột và bã sắn..................... 31

4.2.

Đánh giá tốc độ sinh trưởng và xác định tỷ lệ tiếp giống thích hợp của
các chủng nấm men giống ............................................................................... 32

4.2.1.

Đánh giá tôc độ sinh trưởng của các chủng nấm men giống ........................... 32

4.2.2.

Xác định tỷ lệ tiếp giống thích hợp của các chủng nấm men giống ................ 33

4.3.

Kết quả nghiên cứu cải thiện hàm lượng protein của bột và bã sắn ................ 36

4.3.1.

Đánh giá chất lượng bột và bã sắn lên men với nấm men Saccharomyces
cerevisiae ......................................................................................................... 37

4.3.2.

Xác định sự biến đổi số lượng tế bào nấm men trong quá trình lên men ........ 42

4.3.3.

Xác định sự biến đổi hàm lượng protein của bột và bã sắn trong quá

trình lên men .................................................................................................... 44

Phần 5. Kết luận và kiến nghị .................................................................................... 52
5.1

Kết luận ............................................................................................................ 52

5.2.

Kiến nghị.......................................................................................................... 52

Tài liệu tham khảo .......................................................................................................... 53

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt

cm:

Centimet

Cs:

Cộng sự

CT:

công thức

g:

gram

h:

Giờ

Kg:

Kilogam

mg:

Minigam

mm:

Milimet

ml

Mililit

nm:

Nanomet

n:

Dung lượng mẫu

SD:

Standard deviation (độ lệch chuẩn)

TB:

Tế bào

VCK:

Vật chất khô

VSV:

Vi sinh vật

X:

Trung bình

µm:

Micromet

o

Độ Celsius

C:

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1.

Thành phần dinh dưỡng của bã sắn tươi .....................................................20

Bảng 3.1.

Các mức bổ sung Ure trong thí nghiệm ......................................................26

Bảng 4.1.

Hàm lương protein của bột sắn và bã sắn trước khi lên men ......................31

Bảng 4.2.

Tốc độ sinh trưởng và khả năng tích lũy sinh khối của các chủng nấm
men giống ....................................................................................................32

Bảng 4.3.

Xác định tỷ lệ tiếp giống thích hợp .............................................................34

Bảng 4.4.

Đánh giá cảm quan chất lượng bột sắn lên men..........................................38

Bảng 4.5.

Đánh giá sự thay đổi của pH bột sắn trong quá trình lên men ....................39

Bảng 4.6.

Đánh giá cảm quan chất lượng bã sắn lên men ...........................................41

Bảng 4.7.

Đánh giá sự thay đổi của pH bã sắn trong quá trình lên men......................42

Bảng 4.8.

Sự biến đổi số lượng tế bào nấm men trong quá trình ủ .............................42

Bảng 4.9.

Kết quả xác định hàm lượng protein của bột sắn lên men ..........................44

Bảng 4.10. Kết quả xác định hàm lượng protein của bã sắn lên men............................46
Bảng 4.11. So sánh biến động hàm lượng protein thô của bột sắn và bã sắn lên men.......49

vi

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1.

Cấu tạo của nấm men Saccharomyces cerevisiae ......................................... 3

Hình 2.2.

Vị trí của nấm men Saccharomyces cerevisiae ............................................. 4

Hình 2.3.

Nấm men S. cerevisiae và hình thức sinh sản ............................................... 7

Hình 4.1.

Hình thái tế bào của chủng SAC3 và SAC4 sau 48 giờ ni cấy ................. 35

Hình 4.2.

Các bình nuôi cấy nấm men với 3 mức tiếp giống ...................................... 36

Hình 4.3.

Đánh giá cảm quan bột sắn lên men ............................................................ 39

vii


DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 4.1. Số lượng tế bào của các chủng nấm men tại 48h với các mức tiếp

giống khác nhau ....................................................................................... 34
Biểu đồ 4.2. So sánh số lượng TB nấm men ở các công thức lên men. ....................... 43
Biểu đồ 4.3. Hàm lượng protein của bột sắn trong quá trình lên men .......................... 47
Biểu đồ 4.4. Hàm lượng protein của bã sắn trong quá trình lên men ........................... 48
Biểu đồ 4.5. So sánh hàm lượng protein của bột sắn và bã sắn sau 7 ngày lên
men ........................................................................................................... 50

viii


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
1. Tên tác giả: Trần Thị Thanh Phương
2. Tên luận văn: “Nghiên cứu làm giàu protein bột và bã sắn bằng phương pháp lên
men rắn với nấm men saccharomyces cerevisiae”.
3. Ngành: Chăn Nuôi

Mã số: 60 62 01 05

4. Cơ sở đào tạo: Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam
5. Kết quả nghiên cứu chính
Diện tích trồng sắn của cả nước năm 2015 là 566,5 nghìn ha, sản lượng củ sắn
đạt 10673,7 nghìn tấn. Lượng bã sắn ước tính 4803,2 nghìn tấn. Bột sắn và bã sắn đã và
đang là nguồn thức ăn chăn nuôi quan trọng trong quy mô nông hộ cũng như quy mô
công nghiệp. Tuy nhiên, bột sắn và bã sắn có hàm lượng protein thấp 2,58 -2,75%
(VCK). Do vậy các phương pháp nghiên cứu nhằm cải thiện hàm lượng protein trong
bột và bã sắn đã được quan tâm trên toàn thế giới. Hướng nghiên cứu mới trong làm
giàu protein của bột sắn và bã sắn là sử dụng vi sinh vật. Quá trình làm giàu protein qua
con đường lên men với các chủng vi sinh vật chọn lọc đã được chứng minh là rẻ tiền
nhất và giá trị protein của sắn được cải thiện hiệu quả nhất.
Mục tiêu của nghiên cứu này là lựa chọn các chủng nấm men (Saccharomyces

cerevisiae) tốt có khả năng sinh trưởng và phát triển nhanh trên các mơi trường có bổ
sung nguồn N khác nhau nhằm cải thiện hàm lượng protein của bột sắn và bã sắn.
Giống nấm men (Saccharomyces cerevisiae) được phân lập, chọn lọc từ các mẫu
bánh men rượu và lưu giữ giống tại bộ môn Dinh dưỡng – Thức ăn, Khoa Chăn nuôi
gồm 05 chủng ký hiệu là SAC1, SAC2, SAC3, SAC4 và SAC5. Các chủng nấm men
này được nuôi cấy trên môi trường Hansen dịch thể với tỷ lệ tiếp giống 1, 3, 5%. Nhiệt
độ nuôi cấy 30oC trong 48h. Sau 48h nuôi cấy số lượng TB thu được lớn nhất với tốc
độ tăng trưởng cao nhất ở mức tiếp giống 5% ở hai chủng SAC3 với 136,25 triệu/ml,
tăng 165,88% và ở chủng SAC4 với 120,75 triệu TB/ml, tăng 126,92% so với số lượng
TB nuôi cấy ban đầu. Hai chủng SAC3 và SAC4 cũng có số lượng TB nảy chồi cao
nhất tương ứng là 69,50 triệu/ml và 53,75 triệu/ml. Từ kết quả trên hai chủng SAC3 và
SAC4 đã được lựa chọn thí nghiệm lên men bột và bã sắn.
Hai chủng nấm men SAC3 và SAC4 được nuôi cấy trên môi trường bổ sung ure
với các mức là 21,7; 32,6; 43,5 g/lít. Các mức bổ sung ure được tính sao cho hàm lượng
N (%) có trong mơi trường nuôi cấy là CT1 = 10g N, CT2 = 15g N và CT3 = 20g N.
Môi trường nuôi cấy giống được trộn đều với bột sắn và bã sắn, đảm bảo độ ẩm từ 4555%. Tiến hành nuôi cấy ở nhiệt độ phòng với nhiệt độ dao động từ 25-30oC trong 1, 3,

ix


5 và 7 ngày. Sau thời gian nuôi cầy các chỉ tiêu đành giá gồm: đánh giá cảm quan, xác
định pH, phân tích hàm lượng protein thơ, protein thuần, N- phi protein và đếm số
lượng TB nấm men.
Đánh giá cảm quan cho thấy chất lượng bột sắn và bã sắn lên men tốt nhất ở
ngày thứ 3 và ngày thứ 5. Các cơng thức lên men đều có mùi thơm và chua nhẹ.
Về thành phần hóa học, kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng protein thô,
protein thuần của bột sắn và bã sắn lên men đều đạt cao nhất vào ngày thứ 5 ở CT2
(15gN). Hàm lượng protein thô trong bột sắn 10,41% VCK, tăng 278,55% so với ban
đầu. Hàm lượng protein thô trong bã sắn là 9,32% VCK, tăng 261,24% so với ban đầu.
Tỷ lệ protein thuần/protein thô trong bã sắn là 86,59% và trong bột sắn là 88,64%.

Như vậy, để cải thiện protein trong bột sắn và bã sắn đạt hiệu quả cao nhất thì
nên sử dụng hai chủng nấm men SAC 3 và SAC4 nuôi trên mơi trường có hàm lượng
15gN, tương ứng 32,6 g ure/lít.

x


THESIS ABSTRACT
1. Name: Tran Thi Thanh Phuong
2. Thesis title: "Research on enrichment of protein in cassava and tapioca by product
by solid fermentation method with saccharomyces cerevisiae yeast".
3. Faculty of Animal Science
4. Code: 60 62 01 05
5. Training Institution: Vietnam National University Of Agriculture
6. Main research results
The objective of this study was to select the most suitable Saccharomyces
cerevisiae strains which are able to grown well on medium with different level of N to
improve the protein content of cassava powder and cassava pulp.
Five strains of Saccharomyces cerevisiae was isolated from wine yeast samples
and was stored in the Department of Animal Nutrition and Feed Technology, Faculty of
Animal Science. Five strains of Saccharomyces cerevisiae were SAC1, SAC2, SAC3,
SAC4 and SAC5 . Five strains were cultured on Hansen medium with 1, 3, 5% of
strains content at 30oC for 48h. After 48h culturing, the number of cell with 5% of
strains content in SAC3 was highest with 136.25 million/ml, following by in SAC4
with 120.75 million/ml. The growth rate of SAC3 and SAC4 were highest with 165.88
and 126.92% respectively, compared to initial. As a result, SAC3 and SAC4 strains
were selected to incubate with cassava powder and cassava pulp.
The SAC3 and SAC4 strains were cultured on medium with the level of urea
supplementation 21.7; 32.6; 43.5 g/liter. Levels of urea supplementation were calculated
based on N content (%) in the medium with CT1 = 10g N, CT2 = 15g N and CT3 = 20g

N. Cassava powder and cassave pulp were incubated with the urea supplementation
medium, the moisture of mixture about 45-55%. This mixture was incubated at 25-30°C
for 1, 3, 5 and 7 days. After incubation time, this mixture was evaluated sensory and
was determined pH, crude protein, true protein, Non-protein nitrogen and number of
yeast cell.
The results of evaluation sensory of the mixture showed that the sensory of
cassava powder and cassava pulp was best after 3 days and 5 days of incubation. After 3
to 5 days of incubation, all fermented mixtures had aromatic smell and slightly sour.
On the chemical composition, the results showed that crude protein, true protein
content of fermented cassava powder and cassava pulp were highest after 5 days
incubation in CT2 (15gN). Crude protein content of cassava powder was 10.41%DM,

xi


increasing 278.55%, compared to initial. The crude protein content of cassava pulp was
9.32% DM, increasing 261.24% compared to initial. The true protein: crude protein
ratio of cassava pulp was 86.59% and of cassava powder was 88.64%.
Therefore, to improve the protein content of cassava powder and cassava pulp
should be used SAC 3 and SAC4 strains and they should be cultured on medium with
15gN, respectively 32.6 g urea/liter.

xii


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi nước ta đang phát triển mạnh
mẽ, nhu cầu thức ăn chăn nuôi công nghiệp trong những năm gần đây ngày một
tăng lên. Tuy nhiên việc sản xuất lại phụ thuộc khá nhiều vào nguồn nguyên liệu

nhập khẩu. Tổng kim ngạch nhập khẩu nguyên liệu tăng bình qn 20-25%/năm,
trong đó, giá trị nhập khẩu các ngun liệu giàu protein như khô dầu đỗ tương,
bột cá... tăng lên hàng năm. Theo Tổng cục Hải quan (2013), tổng kim ngạch
nhập khẩu nguyên liệu thức ăn chăn nuôi cả nước ước đạt 3,08 tỷ USD, tăng
25,4%; trong đó trị giá trị nhập khẩu khô dầu đậu tương là 1,74 tỷ USD, tăng
37,9% so với năm 2012. Vì vậy, việc chủ động được nguồn nguyên liệu, sử dụng
nguồn có sẵn trong nước, giá thành rẻ là định hướng quan trọng để giảm sự phụ
thuộc vào nguyên liệu ngoại nhập, giảm giá thành thức ăn chăn nuôi, tăng việc
làm trong nước và giảm ngoại tệ nhập khẩu các mặt hàng này.
Ở nước ta, sắn là loại cây lương thực và công nghiệp khá phổ biến, dễ
trồng, có thể canh tác tại nhiều địa phương do điều kiện thời tiết, khí hậu và thổ
nhưỡng nước ta khá phù hợp cho sự phát triển của loại cây này. Theo Bộ Nông
nghiệp và PTNT (2013) diện tích trồng sắn cả nước ước đạt 544,3 nghìn ha với
năng suất bình quân là 17,9 tấn/ha và sản lượng ước đạt 9,74 triệu tấn, đây là
nguồn nguyên liệu tiềm năng, dồi dào cho sản xuất thức ăn chăn nuôi . Hiện nay
trong chăn nuôi, bột sắn và bã sắn được sử dụng như là nguyên liệu cung cấp
năng lượng do có hàm lượng xơ và tinh bột cao (Sukombat et al., 2015). Tuy
nhiên, bột sắn và bã sắn có hàm lượng protein thơ khá thấp, khoảng 0.3- 3,5%
(Bradbury and Holloway, 1988; Montagnac et al., 2009). Như vậy, nếu có cơng
nghệ chế biến phù hợp, đặc biệt là làm giàu được protein cho bột sắn và bã sắn
thì đây là loại nguyên liệu có tiềm năng lớn.
Trên thế giới, đã có nhiều hướng tiếp cận nhằm làm giàu protein của một
số loại nơng sản nói chung và bột sắn, bã sắn nói riêng. Nhiều loại enzyme sử
dụng trong chăn nuôi cũng thu được từ nấm mốc (Maurince Raimbault et al.,
1985; Ezekiel et al., 2010), Tuy nhiên, việc sử dụng nấm mốc để sản xuất chế
phẩm sinh học phục vụ chăn nuôi cần phải cân nhắc do sự tồn tại các bào tử mốc
có thể gây hại cho vật ni, nhất là khâu lựa chọn chủng “lành tính” rất quan
trọng. Quá trình làm giàu protein qua con đường lên men với các chủng vi sinh

1

vật như Lactobacillus plantarum, Saccharomyces cereviceae và Rhizopus
oryzae… đã được các nghiên cứu chứng minh là rẻ tiền và giá trị protein của sắn
được cải thiện hiệu quả (Srinorakutara et al., 2006; Ubalua, 2007; Boonnopetal et
al., 2009; Polyorachetal et al., 2010; Gunawan et al., 2015).
Xuất phát từ thực tiễn trên, chúng tôi thực hiện để tài “Nghiên cứu
làm giàu protein bột và bã sắn bằng phương pháp lên men rắn với nấm men
saccharomyces cerevisiae” nhằm giúp giảm các nguồn thức ăn giàu protein
truyền thống sử dụng trong chăn nuôi, giảm chi phí thức ăn trong sản xuất
chăn ni.
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài được tiến hành nhằm mục tiêu:
Lựa chọn các chủng nấm nem tốt có khả năng sinh trưởng và phát triển
nhanh để tổng hợp protein từ nguồn N phi protein tạo ra sinh khối vi sinh vật cải
thiện protein trong bột sắn và bã sắn để sử dụng làm thức ăn chăn nuôi.
Sử dụng các chủng nấm men chọn lọc để lên men bột và bã sắn trên các
mơi trường có bổ sung nguồn N khác nhau nhằm làm tăng hàm lượng protein của
bột và bã sắn.

2


PHẦN 2. TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU
2.1. ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA NẤM MEN SACCHAROMYCES
2.1.1. Phân loại
Saccharomyces là một giống nấm men được sử dụng rộng rãi trong ngành
thực phẩm như làm bánh mì, sản xuất rượu, bia, cồn.... Saccharomyces còn được
gọi là nấm đường, lên men tốt đường glucose và là loại vi sinh vật duy nhất đuợc
sản xuất với quy mơ rất lớn trên thế giới.hac

Giống Saccharomyces có khoảng 40 loài (Walt, 1970) và các loài trong
giống này được biết nhiều do chúng được ứng dụng trong thực phẩm. Chúng có
nhiều trong sản phẩm có đường, đất, trái cây chín, phấn hoa… Trong đó, loại
được con người sử dụng phổ biến nhất là Saccharomyces cerevisiae, nó được
dùng để sản xuất rượu vang, bánh mì và bia từ hàng nghìn năm trước.
Saccharomyces cerevisiae thuộc giới Nấm, ngành Ascomycota, lớp
Saccharomycestes, bộ Saccharomycetales, họ Saccharomycetaceae, giống
Saccharomyces.
2.1.2. Đặc điểm hình thái, cấu tạo, sinh sản và thành phần dinh dưỡng của
nấm men
a. Đặc điểm hình thái, cấu tạo
Saccharomyces cerevisiae có dạng hình cầu hay hình trứng, có kích
thuớc nhỏ, từ 5-6 đến 10-14 µm, sinh sản bằng cách tạo chồi và tạo bào tử.

Hình 2.1. Cấu tạo của nấm men Saccharomyces cerevisiae

3


Nguồn dinh dưỡng chủ yếu của chúng là
đường glucose, galactose, saccharose, maltose như nguồn cacbon,

sử dụng
chúng sử

dụng axit amin và muối amon như nguồn nitơ.
Nấm men Saccharomyces gồm những thành phần chủ yếu sau: Vách tế
bào, màng tế bào chất: nằm sát vách tế bào, có cấu tạo chủ yếu là lipoprotein, giữ
vai trò điều hòa vận chuyển các chất dinh dưỡng cho tế bào. Tế bào chất: gồm có
mạng lưới nội chất là vị trí của nhiều hệ thống enzyme khác nhau, đảm bảo sự

vận chuyển vật chất cho tế bào và các cấu tử khác nhau như bộ máy golgi,
lysosom, không bào (chứa các sản phẩm bị phân cắt, hay chất độc lạ có thể có hại
cho tế bào). Năng lượng cung cấp cho tế bào qua những phản ứng xảy ra trong ty
thể cũng nằm trong tế bào chất. Trong tế bào chất có nhân chứa thơng tin di
truyền cho tế bào và các thành phần liên quan trong quá trình sinh tổng hợp và
sinh sản của tế bào.
Nhân nấm men có phần trên là trung thể (centrosome) và centrochrometin
và phần đáy của nhân có thêm khơng bào (vacuole), bên trong chứa 6 cặp nhiễm
sắc thể (NST) và bên ngồi màng nhân có nhiều ti thể bám quanh. Ngồi ra cịn
có hạt glycogen, hạt mỡ dự trữ chất dinh dưỡng cho tế bào.

Hình 2.2 Vị trí của nấm men Saccharomyces cerevisiae
Thành phần hoá học của tế bào nấm men Saccharomyces khác nhau tuỳ
thuộc vào điều kiện môi trường nuôi cấy, thành phần các chất dinh dưỡng trong
môi trường ni cấy và tình trạng sinh lý của tế bào.

4


Nấm men ép có chứa 70 - 75% nước, 25 - 30% cịn lại là chất khơ.
Nước: bao gồm phần nước nằm bên ngoài tế bào và phần nước nằm trong
tế bào. Lượng nước khác nhau tuỳ thuộc vào chủng nấm men, kỹ thuật nuôi và
phương pháp thu tế bào. Ví dụ: khi ni trong mơi trường NaCl thì lượng nước
trong tế bào giảm.
Thành phần chất khô của tế bào nấm men bao gồm protein và các chất có
Nitơ khác chiếm 50% , chất béo 1,6%, hydrat cacbon 33,2%, mô tế bào 7,6%, tro
7,6%.Thành phần của những chất này không cố định, nó có thể thay đổi trong
q trình ni cấy cũng như quá trình lên men.
Hydrat cacbon gồm: polysaccharic, glycogen, trehalose ( 12 - 12,5% ),
mannan (18,7 - 24,9%), glucan ( 9,47 - 10,96% ) và chitin. Những nghiên cứu

động học về sự biến đổi hydrat cacbon trong quá trình bảo quản nấm men cho
thấy là glucan, mannan và dạng glycogen tan trong kiềm và axit clohydric là
yếu tố cấu trúc của tế bào, trong khi trehalose và glycogen tan trong axit
acetic, là chất tạo năng lượng chính cho tế bào. Hàm lượng trehalose trong
nấm men có liên quan đến tính bền vững của nó : lượng trehalose càng cao
nấm men càng bền.
Chất mỡ của nấm men là mỡ trung tính glycerol, photpho lipit, sterol tự do
và nhiều sterol, este. Tro chiếm 6,5 - 12% lượng chất khô trong nấm men và dao
động tùy theo môi trường nuôi cấy.
b. Đặc điểm sinh trưởng, sinh sản
 Giai đoạn thích nghi
Là giai đoạn lúc cấy nấm men vào môi trường đến lúc chúng bắt đầu sinh
sản. Ở giai đoạn này chúng cịn phải thích nghi với điều kiện mơi trường mới.
Trong giai đoạn này, tế bào nấm men trải qua sự biến đổi lớn về hình thái và sinh
lý, kích thước tăng lên đáng kể và chúng trở nên nhạy cảm với tác động bên
ngoài. Số lượng tế bào nấm men ở giai đoạn này không tăng hoặc tăng không
đáng kể nhưng sự trao đổi chất lại diễn ra mạnh mẽ.
 Giai đoạn Logarit
Đây là giai đoạn thích hợp để xác định năng lượng sinh sản, thời gian nảy
chồi, nhưng không nên đánh giá kích thước của tế bào cũng như những dấu hiệu
khác của khuẩn lạc. Do đó trong thời kỳ đầu của giai đoạn này, tốc độ sinh sản

5


của tế bào thường nhanh hơn tốc độ hình thành tế bào chất nên kích thước của tế
bào có phần nhỏ đi. Trong giai đoạn này số lượng và sinh khối của tế bào tăng
theo cấp số nhân, khả năng thích ứng với những điều kiện khơng thuận lợi của
mơi trường ngoài tăng lên rõ rệt, đồng thời xuất hiện chức năng lên men rượu.
Trong khi đó, dinh dưỡng cung cấp cho nấm men không phải là vô tận cộng với

việc trong mơi trường sẽ xuất hiện và tích tụ các sản phẩm khơng cần thiết đối
với ni cấy. Vì vậy, việc phát triển của nấm men đã khơng cịn thuận lợi và quá
trình này chuyển sang giai đoạn ổn định.
 Giai đoạn ổn định
Số lượng tế bào trong giai đoạn này khơng tăng nữa, có thể do cân bằng
giữa số lượng tế bào sinh ra và số lượng tế bào chết đi. Song kích thước tế bào
tăng rõ rệt. Quá trình lên men rượu cũng bắt đầu trong giai đoạn này.
 Giai đoạn thối hóa
Số lượng tế bào giảm xuống do hiện tượng tiêu hủy. Lượng protein và
acid nucleic giảm xuống, glycogen và treganose hoàn toàn tiêu biến. Như vậy
có thể thấy số lượng tế bào nấm men đạt cao nhất ở giai đoạn logarit, song
sinh khối tế bào lại đạt cao nhất ở giai đoạn ổn định vì khối lượng tế bào ở
giai đoạn này lớn.
* Sinh sản vơ tính: Gồm hai hình thức là tự phân và gián phân: Sinh sản vơ
tính ở nấm men thường gặp nhất là nẩy chồi, khi một chồi hoàn chỉnh sẽ phát
triển ngay, ở đó chồi sẽ nối liền với tế bào mẹ (bud scar) và khi chồi rời ra tế bào
mẹ gọi là điểm sinh sản (birth scar).
* Sinh sản hữu tính
Dạng sinh sản hữu tính ở nấm men là dạng các bào tử túi (ascospore)
được sinh ra từ các túi (asci). Có thể xảy ra sự tiếp hợp (conjugation) giữa hai tế
bào nấm men tách rời hoặc giữa tế bào mẹ và chồi. Nếu 2 tế bào nấm men có
hình thái kích thước giống nhau tiếp hợp với nhau thì được gọi là tiếp hợp đẳng
giao. Nếu 2 tế bào nấm men khác nhau thì gọi là tiếp hợp dị giao. Cịn có cả sự
biến nạp trực tiếp trong 1 tế bào sinh dưỡng (vegetative cell), tế bào này biến
thành túi khơng qua tiếp hợp (unconjugated ascus).
Saccharomyces cũng có hình thức sinh sản hữu tính, mỗi túi bào tử gồm 4
bào tử nang đôi khi là 8 bào tử. Bào tử túi ở chi Saccharomyces có dạng hình
cầu, hình bầu dục; bề mặt bào tử túi có thể nhẵn.

6

Hình 2.3 Nấm men S. cerevisiae và hình thức sinh sản
Chu trình sinh sản của Saccharomyces serevisiae có 2 giai đoạn đơn bội
và lưỡng bội. Đầu tiên tế bào sinh dưỡng đơn bội (n) sinh sôi nảy nở theo lối nảy
chồi. Sau đó 2 tế bào đơn bội kết hợp với nhau, có sự trao đổi của tế bào chất và
nhân hình thành tế bào lưỡng bội (2n). Tế bào lưỡng bội lại nảy chồi (sinh sản
sinh dưỡng) thành nhiều tế bào lưỡng bội khác, cuối cùng hình thành hợp tử.
Nhân của hợp tử phân chia giảm nhiễm thành 4 nhân đơn bội. Mỗi nhân đơn bội
được bao bọc nguyên sinh chất, hình thành màng, tạo thành 4 bào tử nằm trong
một túi gọi là bào tử túi. Khi túi vỡ, bào tử ra ngoài phát triển thành tế bào dinh
dưỡng và lại phân chia theo lối này rồi tiếp tục chu trình sống
c. Dinh dưỡng và trao đổi chất của tế bào nấm men
Qua thành phần nguyên tố hóa học của nấm men cho phép chúng ta nói
rằng muốn tạo được tế bào nấm men cần có các nguyên tố: C, N, S, P, K, Ca,
Mg, Fe và một số nguyên tố khác. Do đó nguồn dinh dưỡng cho sự phát triển của
men cần có các nguyên tố trên tham gia dưới hình thức các hợp chất hóa học.
Dinh dưỡng Cacbon: Nguồn Cacbon cung cấp là các loại đường khác
nhau: saccarose, maltose, lactose, glucose…

7


Hơ hấp hiếu khí :
C6 H12 O6 + 6O2

6CO2 + 6H2O + 674 cal

Hơ hấp kị khí :
C6H12O6

2CH3CH2OH + 2CO2 + 33 cal

Dinh dưỡng oxy, hydro: được cung cấp cho tế bào từ nước của môi trường
nuôi cấy hay dịch.
Dinh dưỡng Nitơ: Nấm men khơng có men ngoại bào để phân giải protid,
nên không thể phân cắt albumin của môi trường mà phải cung cấp nitơ ở dạng
hịa tan, có thể là đạm hữu cơ hoặc vô cơ. Dạng hữu cơ thường dùng là acid
amin, pepton, amid, urê. Đạm vô cơ là các muối amon khử nitrat, sulfat…
Các vitamin và chất khống: Chất khống có ảnh hưởng to lớn đến hoạt
động sống của nấm men
 Phospho: có trong thành phần nucleoprotein, polyphosphat của nhiều
enzyme của sản phẩm trung gian của q trình lên men rượu, chúng tạo
ra liên kết có năng lượng lớn.
 Lưu huỳnh: tham gia vào thành phần một số acid amin, albumin, vitamin
và enzyme.
 Magiê: tham gia vào nhiều phản ứng trung gian của sự lên men.
 Sắt: tham gia vào các thành phần enzyme, sự hô hấp và các quá trình
khác.
 Kali: chứa nhiều trong nấm men, nó thúc đẩy sự phát triển của nấm
men, tham gia vào sự lên men rượu, tạo điều kiện phục hồi phosphorin
hóa của acid pyruvic.
 Mangan: đóng vai trị tương tự như magiê.
* Cơ chế vận chuyển các chất dinh dưỡng: Nấm men hồn tồn khơng có cơ
quan dinh dưỡng riêng biệt, các chất dinh dưỡng mà nó sử dụng chủ yếu được
vận chuyển qua thành tế bào theo hai con đường cơ bản
Thẩm thấu bị động: trên thành tế bào nấm men có những lỗ nhỏ, những lỗ
này có tác dụng làm cho chất dinh dưỡng vận chuyển vào trong tế bào từ mơi
trường bên ngồi nhờ áp suất thẩm thấu, ngược lại chất thải trong quá trình trao
đổi cũng được thải ra theo con đường này.

8


Hấp thu chủ động: các thành phần dinh dưỡng không có khả năng xâm
nhập vào tế bào theo con đường thứ nhất thì lập tức có hệ permeaza hoạt hóa.
Permeaza là một protid hoạt động, chúng liên kết với chất dinh dưỡng tạo thành
hợp chất và hợp chất này chui qua thành tế bào trong, tại đây chúng lại tách ra và
permeaza lại tiếp tục vận chuyển tiếp.
2.2. CƠ SỞ CỦA VIỆC SỬ DỤNG NẤM MEN TRONG SẢN XUẤT VÀ
CHẾ BIẾN THỨC ĂN
Nấm men là nhóm vi sinh vật được con người sử dụng sớm nhất trong chế
biến thực phẩm. Hàng nghìn năm trước cơng ngun, con người đã biết sử dụng
quá trình lên men để sản xuất rượu, làm bánh mì. Ngày nay, rất nhiều nhà máy
với qui mơ lớn đã sử dụng vi sinh vật nói chung và nấm men nói riêng để sản
xuất các sản phẩm quan trọng như cồn, axeton, glyxerin mà còn được sử dụng
rộng rãi trong công nghệ chế biến thực phẩm như sản xuất rượu, làm nở bột mì,
trong sản xuất bánh mì, chế tạo các sản phẩm lên men như rượu sữa kefir (Tây
Nam Á), Johurt (Thổ Nhĩ Kỳ), rượu sake (Nhật Bản), nước chấm lên men
moromi (Nhật Bản)…
Ngoài ra, người ta còn sử dụng nấm men để sản xuất sinh khối nấm men
giàu protein, còn gọi là protein đơn bào (SCP-Single Cell Protein) hay dùng nấm
men trong việc làm giàu protein cho các nguyên liệu giàu tinh bột, các phế phụ
phẩm của ngành công nông nghiệp để chăn nuôi gia súc. Dùng nấm men để lên
men trực tiếp thức ăn cho gia súc (phương pháp ủ men) hay sản xuất chế phẩm
sinh học như men tiêu hóa dùng cho lợn con.
Việc sử dụng nấm men trong sản xuất và chế biến thức ăn gia súc dựa trên
những đặc điểm cơ bản của nấm men:
Chủng loại nấm men nhiều, đa dạng trong chuyển hóa và tổng hợp các
hợp chất hữu cơ. Đa dạng hóa về điều kiện sống (nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, áp suất,

khơng khí, thành phần dinh dưỡng…) nên có thể dễ dàng chọn được các chủng
nấm men có khả năng thích ứng với qui trình sản xuất và đáp ứng được yêu cầu
về sản phẩm mà thực tế sản xuất địi hỏi.
Nấm men có tốc độ phát triển cực kỳ nhanh chóng. Để tăng gấp đơi khối
lượng cơ thể thì nấm men chỉ cần từ 1 - 2 giờ, vi khuẩn cần 20 - 60 phút, nấm sợi
cần 4 - 12 giờ. Trong khi đó gà con cần 200 giờ, lợn con cần 600 giờ, bê nghé
cần 1500 giờ (Nguyễn Lân Dũng, 1992).

9


Nấm men có khả năng phát triển trên nhiều nguồn dinh dưỡng khác nhau,
cho phép người ta sử dụng các nguồn dinh dưỡng sẵn có, rẻ tiền mà con người
khơng thể sử dụng làm thực phẩm để sản xuất sản phẩm từ nấm men sẽ tăng
được số lượng và giảm được giá thành.
Chỉ có một số lồi gây bệnh cho động thực vật như Candida albicus, còn
hầu hết nấm men không sinh độc tố trong môi trường tự nhiên cũng như môi
trường nhân tạo như nấm mốc và vi khuẩn.
Nấm men cũng như vi sinh vật dễ gây đột biến bằng tác nhân vật lý, hóa
học. Do đó có thể dùng công nghệ di truyền để biến đổi đặc điểm sinh học nấm
men theo hướng có lợi.
Giá trị dinh dưỡng của nấm men rất lớn, đặc biệt là hàm lượng protein,
các axit amin và vitamin nhóm B trong tế bào rất cao và dễ hấp thu.
Với đặc điểm sinh lý của nấm men dễ dàng thiết lập dây truyền công nghệ
cao để khai thác sản phẩm từ nấm men nhằm phục vụ cho thực tiễn sản xuất.
Trong số các nấm men được sử dụng làm chế phẩm sinh học, giống
Saccharomyces, Candida, Hansenula, Pichia có vai trị quan trọng nhất và chúng
thường được sử dụng như là một loại thức ăn bổ sung (Saxelin và cs., 1995).
Trong những năm gần đây, một số lượng đáng kể các sản phẩm nấm men
thương mại sử dụng cho chăn nuôi gia súc đã được biết đến. Các sản phẩm này

được chia thành 6 nhóm:
 Nấm men sống
 Tế bào nấm men chết
 Các sản phẩm có chứa màng tế bào nấm men (polysaccharides)
 Cao nấm men với các nucleotides tự nhiên
 Nấm men được thủy phân hoàn toàn
 Sản phẩm nấm men được bổ sung các chất khống
Mặc dù nấm men có những ảnh hưởng có lợi đối với vật chủ, nhưng cơ
chế tác động của chúng cho đến nay vẫn chưa được giải thích sáng tỏ. Tuy
nhiên, có thể xem xét cơ chế tác động của nấm men thông qua các nghiên cứu
về tác động của Saccharomyces cerevisiae đối với động vật dạ dày đơn và dạ
dày kép.

10


2.2.1. Sự tồn tại của Saccharomyces cerevisiae trong đường ruột
Theo Ducluzeau and Bensaada (1982) Saccharomyces cerevisiae có khả
năng nhân lên trong đường tiêu hóa của chuột khơng có hệ vi khuẩn đường ruột.
Nhưng ở chuột bình thường, do ảnh hưởng rào cản của hệ vi khuẩn đường ruột,
số lượng tế bào nấm men bị giảm nhanh chóng trước khi được tiêu hóa. Trong
điều kiện bình thường Saccharomyces cerevisiae khơng thể định cư được trong
đường ruột, tuy nhiên một phần đáng kể nấm men được tìm thấy trong phân của
động vật. Điều này thực sự khác biệt với các loại vi khuẩn probiotic khác như các
vi khuẩn lactic. Các vi khuẩn lactic chỉ có thể phát huy tác động có lợi khi bám
dính vào lớp niêm mạc ruột (Ouwehand et al., 1999).
Saccharomyces cerevisiae bị đào thải nhanh chóng khỏi đường ruột sau
khi kết thúc đợt sử dụng. Sự giảm số lượng tế bào sống sau 30 giờ sử dụng đã
được báo cáo ở cừu (Durand-Chaucheyras et al., 1998). Các tác giả này cũng
cho biết chỉ có 17 - 34% tế bào nấm men cịn sống khi dịch chuyển trong

đường tiêu hóa.
Việc sử dụng kháng sinh cũng ảnh hưởng đến sự tồn tại của
Saccharomyces cerevisiae trong phân đã được báo cáo ở chuột sử dụng kháng
sinh Neomycin, Ampicillin hay Clindamycin (Boddy et al., 1991). Trong
trường hợp này kháng sinh làm giảm sự phá hủy tế bào nấm men ở manh tràng
và ruột già.
2.2.2. Các phương thức tác động của tế bào nấm men trong đường ruột
Các phương thức tác động của nấm men trong được ruột được chia thành
2 nhóm: nhóm động vật nhai lại và nhóm động vật dạ dày đơn.
a. Phương thức tác động của nấm men trong đường ruột của động vật nhai lại
Có rất nhiều báo cáo về sự thay đổi trong dạ cỏ khi bổ sung
Saccharomyces cerevisiae. Durand-Chaucheyras et al. (1997) cho biết
Saccharomyces cerevisiae khơng có ảnh hưởng rõ rệt đến hàm lượng các axit béo
bay hơi tổng số, sự sản sinh khí methane và hàm lượng NH3 trong dạ cỏ. Nấm
men cũng có ảnh hưởng đến sự ổn định pH dạ cỏ, pH dạ cỏ dường như cao hơn
khi bổ sung nấm men trong khẩu phần. Fiems và cs (1993) đã báo cáo rằng nấm
men ảnh hưởng đến pH dạ cỏ ở cừu khi cho ăn khẩu phần có ngơ hoặc ngũ cốc ủ
silo (hàm lượng đường/tinh bột cao). Sự ảnh hưởng này có thể được giải thích là
do nấm men làm giảm hàm lượng axit lactic trong dạ cỏ. Các vi khuẩn sử dụng

11


manitol như S. ruminantium là những vi khuẩn sử dụng rất mạnh axit lactic. Nấm
men được cho là kích thích sự phát triển của các vi khuẩn sử dụng axit lactic này,
dẫn đến làm giảm hàm lượng axit lactic trong dạ cỏ (Newbold et al., 1998). Nấm
men cịn có khả năng cạnh tranh với vi khuẩn Streptococcus bovis, là vi khuẩn
sản xuất axit lactic chính trong dạ cỏ, do cạnh tranh các loại đường tan
(Chaucheyras et al., 1997).
Bổ sung nấm men cho động vật nhai lại có ảnh hưởng tích cực đến hệ vi

sinh vật dạ cỏ. Số lượng vi khuẩn tổng số và protozoa trong dạ cỏ tăng rõ rệt khi
bổ sung nấm men (Newbold, 1996; Durand-Chaucheyras et al., 1997). Tuy nhiên
ảnh hưởng này phụ thuộc vào từng chủng nấm men. Việc bổ sung nấm men cũng
liên quan đến sự tăng lượng protein vi sinh vật trong dạ cỏ, từ đó tăng các amino
acid đi xuống ruột non (Erasmus et al., 1992). Trong khi đó Putnam et al. (1997)
lại thấy rằng, nấm men khơng có ảnh hưởng gì tới các aminoacids đi xuống ruột
non. Ảnh hưởng này dường như phụ thuộc vào khẩu phần ăn.
Như vậy, vấn đề cần được giải đáp rõ ràng ở đây là: vì sao với một lượng
nhỏ nấm men bổ sung trong khẩu phần lại có thể làm tăng số lượng vi sinh vật dạ
cỏ? Các nghiên cứu đã chứng minh rằng, dịch chiết của nấm men Saccharomyces
cerevisiae kích thích sự sinh trưởng của các vi sinh vật dạ cỏ. Girard (1996) đã
báo cáo rằng tế bào nấm men có các yếu tố kích thích sinh trưởng chịu nhiệt (các
chuỗi peptide ngắn) và khơng chịu nhiệt (có thể là lipidic). Trong q trình trao
đổi chất, nấm men sản sinh các vitamin, đặc biệt là thiamin cần thiết cho quá
trình sinh trưởng của các nấm dạ cỏ (Chaucheyras et al., 1995).
b. Phương thức tác động của nấm men trong đường ruột của động vật dạ dày đơn
Cơ chế tác động của nấm men trong đường ruột dạ dày đơn được giải
thích chủ yếu liên quan đến lợi ích của việc bổ sung nấm men như kích thích các
disaccharide ở lớp lơng nhung, hạn chế sự bám dính của các vi khuẩn gây bệnh,
tăng cường miễn dịch không đặc hiệu, ức chế tác động của các độc tố và tác động
đối kháng chống lại các vi khuẩn gây bệnh.
Butts et al. (1986, 1994) đã báo cáo rằng khi cho một số người tình
nguyện uống tế bào Saccharomyces cerevisiae thì hoạt động của các disaccharide
(sucrose, lactase và maltase) ở lớp lông nhung niêm mạc ruột tăng rõ rệt. Điều
thú vị là ở các trường hợp bị tiêu chảy thì hoạt động của các disaccharide ở ruột
non giảm rõ rệt.

12