Tổng quan về nấm men, nấm men trong sản xuất bia

I. Tổng quan
1. Giới thiệu về nấm men
Men là các lồi nấm đơn bào, Kích thước đường kính mỗi tế bào men chỉ
vào khoảng 1/100 mm. Chúng phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, đặc biệt chúng
có nhiều ở vùng đất trồng nho và các nơi trồng hoa quả. Nhiều lồi nấm men có
khả năng lên men rượu bia. Từ lâu người ta đã biết sử dụng nấm men để sản xuất
rượu bia. Nấm men sinh sôi nhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không
thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô của tế bào, nên nhiều
loại nấm men còn được sử dụng để sản xuất protein. Ngồi ra nấm men cịn được
sử dụng trong cơng nghệ sản xuất bánh mì. Tuy nhiên, cũng có nhiều loại nấm men
có hại gây bệnh cho người và gia súc, làm hư hại lương thực, thực phẩm.
Có nhiều dịng men khác nhau, mỗi dịng men có các đặc tính đặc thù riêng
biệt của chúng. Phần lớn các lồi men thuộc về ngành túi nấm (Ascomycota), mặc
dù có một số loài thuộc về ngành nấm đảm (Basidiomycota). Một số ít các loài
nấm, chẳng hạn như Candia albicans Candia albicans có thể gây ra nhiễm độc nấm
ở người (Candidiasis). Lồi men được con người sử dụng phổ biến nhất là
Saccharomyces cerevisiae, nó được dùng để sản xuất bia, rượu vang từ hàng nghìn
năm trước.
2. Cấu tạo nấm men
Nấm men là nhóm thường có cấu tạo đơn bào và sinh sản theo kiểu nẩy chồi.
Tế bào nấm men có cấu tạo tương tự giống tế bào thực vật nhưng chúng không
chứa diệp lục tố, khơng có khả năng sử dụng nguồn năng lượng mặt trời. Nấm men
thường phân bố rộng rãi trong tự nhiên.


Các lồi nấm men khác nhau thường có hình dạng khác nhau. Đa số tế bào
nấm men thường có hình oval, hình bầu dục, hình trịn. Sinh sản bằng hình thức
nẩy chồi, có thể hình thành khuẩn ty giả, kích thước của tế bào cũng khá thay đổi
tùy thuộc vào điều kiện nuôi cấy và trạng thái sinh lý. Khi sinh trưởng trong môi
trường thạch mỗi tế bào sẽ phát triễn thành khuẩn lạc đạt kích thước 1.5-2 mm sau
khi phát triển được 24h tuổi.

Thành tế bào: là lớp vỏ ngồi cùng của tế bào có tác dụng bảo vệ hình dạng
của tế bào, đồng thời đảm nhiệm chức năng duy trì áp suất thẩm thấu bên trong tế
bào, điều hịa các q trình trao đổi chất bên trong tế bào với mơi trường bên
ngồi. Thành tế bào nấm men chứa khoảng 90% khối lượng chất khơ trong đó có 2
hợp chất chiếm chủ yếu là Glucan và mannan, còn 10% chủ yếu là Lipid và
Protein. Thành phần Protein chiếm khoảng 6-7%, thường liên kết vững chắc với
các Glucid tạo thành phức chất giàu lưu huỳnh.
Màng nguyên sinh chất nằm ngay bên trong thành tế bào dày khoảng 80 A0
tiếp xúc trực tiếp và bao bọc khối nguyên sinh chất của tế bào. Nó đảm nhạn chức
năng điều hịa hấp thụ các chất dinh dưỡng vào nội bào và thải các sản phẩm trao
đổi chất ra ngồi mơi trường.
Ngun sinh chất : Là một hệ thống keo cấu tạo bởi Protein, Lipid,
polysaccaride, muối khoáng và nước. Trong nguyên sinh chất đáng chú ý là các hạt
Riboxom chúng đóng vai trị là nhà máy sản xuất Protein. Một bào quan quan
trọng là ty thể với chức năng thực hiện phản ứng oxy hóa giải phóng điện tử.
Nhân tế bào : Cấu tạo nhỏ chứa đựng thông tin di truyền của nấm men gồm
Protein, Histon, AND. Hàm lượng AND chỉ thay đổi khá rõ rệt và đạt mức cao nhất
trong giai đoạn tăng trưởng của tế bào.


Không bào : Mỗi tế bào nấm men chứa một lượng không bào lớn hoặc
nhiều không bào nhỏ. Không bào chứa đầy dịch. Không bào gồm các chất hữu cơ ở
trạng thái keo (Na+, K+, PO4). Chức năng của không bào là điều hòa áp suất thẩm
thấu của nội bào đồng thời là nơi tích lũy các chất dinh dưỡng dự trữ và các chất
gây độc cho tế bào.
3.Nấm men sử dụng trong sản xuất bia.
Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các chủng thuộc giống
Saccharomyces, chúng có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường
như các loại đường hòa tan, các hợp chất nito (các acid amin, peptid), vitamin và
các nguyên tố vi lượng.. qua màng tế bào. Sau đó, hàng loạt các phản ứng sinh hóa

mà đặc trưng là q trình trao đổi chất để chuyển hóa các chất này thành những
dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men được tiến hành.
Men bia là các vi sinh vật có tác dụng lên men đường. Các giống men bia cụ
thể được lựa chọn để sản xuất các loại bia khác nhau, nhưng có hai giống chính là
men Ale (Saccharomyces cerevisiae) và men Lager (Saccharomyces
carlsbergensis), với nhiều giống khác nữa tùy theo loại bia nào được sản xuất. Men
bia sẽ chuyển hóa đường thu được từ hạt ngũ cốc và tạo ra cồn, CO2. Trước khi các
chức năng của men bia được hiểu rõ thì mọi quá trình lên men đều sử dụng các loại
men bia hoang dã. Mặc dù cịn rất ít loại bia, chẳng hạn như bia lambic vẫn dựa
trên phương pháp cổ này nhưng phần lớn các quá trình lên men ngày nay đều sử
dụng các loại men bia được ni cấy và có độ tinh khiết cao. Trung bình, hàm
lượng cồn trong bia là khoảng 4-6% rượu theo thể tích, mặc dù nó có thể thấp tới
2% và cao tới 14% trong một số trường hợp nào đó. Một số nhà sản xuất bia cịn
đưa ra loại bia chứa tới 20% cồn.
II. Nội dung


1. Đặc điểm phân loại nấm men trong sản xuất bia
Nấm men trong công nghiệp sản xuất bia thường là chủng giống
Saccharomyces, gồm có nấm men chìm và nấm men nổi. Có hai dạng là nấm men
có dạng hình oval hoặc hình trịn.
Nấm men lên men nổi là saccharomyces cerevisiae dùng trong sản xuất bia
Ale. Tế bào nấm men mẹ và con sau khi nãy chồi thường dính lại với nhau tạo
thành chuỗi các tế bào nấm men hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc hình oval với
kích thước 7-10 µm.

Đặc điểm hình thái: Saccharomyces cerevisiae sinh trưởng và phát triển ở
nhiệt độ cao, lơ lửng trên bề mặt là chủ yếu, nhiệt độ lên men từ 10-250C. Khi quá
trình lên men kết thúc, tế bào kết chùm, thành chuỗi tạo lớp dày nổi lên bề mặt
cùng với bọt bia làm cho khả năng tự trong của bia rất chậm, khả năng lắng yếu

nên phải lọc cẩn thận.
Nấm men lên men chìm tên là Saccharomyces carlsbergensis, lên men ở
nhiêt độ thấp dùng trong sản xuất bia lager. Hầu hết các tế bào sau khi nảy chồi
thường đứng riêng lẻ hoặc cặp đơi, hình dạng chủ yếu là hình cầu. Thành phần hóa
học của tế bào chứa khoảng 75% nước, 15-45% protein của chất khô, 25-35%
cacbonhydrat, 4-7% chất béo, 8-9% chất vô cơ.


Đặc điểm hình thái: Saccharomyces carlsbergensis sinh trưởng và phát
triển ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ từ 0-100C. Phân bố ở tầng sau trong thiết bị, dễ kết
lắng và tách lớp. Do đó q trình lọc dễ dàng hơn đồng thời tạo điều kiện sử dụng
lại nấm men. Nấm men được sử dụng từ nấm men thuần chủng, men được giữ dưới
dạng men khơ, sau đó nhân giống trung gian rồi đưa vào sử dụng trung gian sản
xuất bia.
2. Sự khác biệt giữa hai chủng loại men
Sự khác nhau giữa nấm nen nổi và nấm men chìm là khả năng lên men các
loại đường trisacarit, ví dụ raffinoza. Trong nấm men chỉ có enzyme có thể sử dụng
hồn tồn đường raffinoza, trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường
saccarozo.
Ngồi ra chúng cịn khác nhau về khả năng hô hấp, khả năng trao đổi chất
khi lên men và khả năng hình thành bào tử. Quá trình trao đổi chất của nấm men
chìm chủ yếu xảy ra trong q trình lên men, cịn của nấm men nổi xảy ra mạnh
trong q trình hơ hấp, vì vậy sinh khối nấm men nổi thu được nhiều hơn nấm men
chìm.


Nấm men chìm có nồng độ enzym thấp hơn nấm men nổi. Khả năng tạo bào
tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi.
Nấm men chìm cịn chia ra hai loại tùy thuộc vào khả năng kết lắng của nó
là nấm men bụi và nấm men kết bông. Nấm men bụi là nấm men phân ly mịn trong

dịch lên men và lắng từ từ khi kết thúc lên men chính. Nấm men kết bơng là lồi
nấm men có thể kết dính với nhau trong thời gian ngắn khi kết thúc lên men chính
và tạo thành khối kết bông lớn nên lắng nhanh xuống đáy thiết bị. Cịn nấm men
nổi khơng có khả năng này.
Nấm men nổi lên trên bề mặt dịch trong và cuối quá trình lên men chính.
Trong khi đó nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính,
làm cho bia nhanh trong nhưng khả năng lên men hết đường không bằng nấm men
nổi. Như vậy đối với sản xuất bia bằng phương pháp lên men nổi, nấm men được
tách khỏi bia bằng cách hớt bọt, lên men chìm thì xả cặn ở dưới đáy thiết bị lên
men.
Ngồi các đặc điểm nêu trên, giữa hai loại nấm men này cịn có nhiều đặc
điểm sinh hóa khác nhau dựa vào năng lực lên men đường disacarit melibioza của
chúng. Nấm men chìm (S.carlsbergensis) có chứa các gen MEL. Các gen này tạo ra
enzyme ngoại bào là α- galactosidaze (melibiaza) có khả năng chuyển hóa đường
melibioza. Trong khi đó nấm men nổi (S.cerevisiae) khơng chứa gen MEL do đó
khơng chuyển hóa được đường melibioza.
Nấm men chìm lên men ở 4-120C, nấm men nổi ở 14-250C.


Bảng so sánh đặc tính của nấm men nổi và nấm men chìm
Đặc tính

Nấm men nổi S.Cerevisiae

Nấm men chìm
S.carlsbergensis

Loại bia: Ale
14-250C
Chủ yếu lên men đường

Loại bia: Lager
4-120C
Lên men tốt glucose,

đơn ( glucose, fructose),

maltose, galactose,

đường đơi ( saccharose,

fructose, saccharose,

maltose), khó lên men

mannose và cả raffinose

Khả năng lên men

đường tam (raffinose)
Lên men mạnh trên bề mặt

Lên men mạnh trong lòng

Khả năng tạo bông, kết

môi trường
Kết bông trên bề mặt, bia

môi trường

Kết chùm lắng xuống đáy,

lắng

khó trong tự nhiên

bia trong tự nhiên

Nhiệt độ lên men
Cơ chất

3. Vai trò của nấm men trong sản xuất bia
Nấm men đóng vai trị hết sức quan trọng trong cơng nghiệp sản xuất bia.
Nhờ đặc tính sinh dưỡng của nấm men là q trình chuyển hóa dịch đường thành
rượu (C2H5OH) và sinh ra khí CO2 là thành phần chính của bia, tạo ra các mùi vị
đặc trưng cho sản phẩm, tùy vào loại nấm men mà tạo ra các mùi vị khác nhau.
Các loại nấm men lên bia thuộc loại yếm khí tùy tiện. Khí có oxy, chúng
tăng sinh khối nhờ hơ hấp tế bào, khi khơng có oxy chúng lên men tạo thành
ethanol và CO2 theo phương trình:
Đường + Nito amine tự do + Nấm men + Oxy

Ethanol + CO2 + Nấm men