khảo sát hiệu quả của việc sử dụng dung dịch kiềm trong quá trình tinh chế betaglucan từ bã men bia

+ Ngoài ra nhiệt độ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau: nấm men chìm có thể lên - Theo công nghệ sản xuất bia truyền thống, nấm men chìm thường lên men ở nhiệt độ vậy đối với sản xuất

BETA-GLUCAN TỪ BÃ MEN BIA

Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Cần Thơ, 2009

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Ts Nguyễn Công Hà Võ Văn Tấn Tài MSSV: 2051674 Lớp: CNTP K31

Cần Thơ, 2009

Luận văn đính kèm theo đây, với đề tựa là “KHẢO SÁT HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ

DỤNG DUNG DỊCH KIỀM TRONG QUÁ TRÌNH TINH CHẾ BETA-GLUCAN TỪ

BÃ MEN BIA”, do VÕ VĂN TẤN TÀI thực hiện và báo cáo, đã đƣợc Hội đồng chấm

luận văn thông qua

Giáo viên phản biện 2

ThS NGUYỄN THỊ THU THỦY Cần Thơ, ngày tháng năm 2009

Chủ Tịch Hội Đồng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình

bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình

luận văn nào trước đây

Tác giả luận văn

VÕ VĂN TẤN TÀI

LỜI CẢM TẠ

Để đạt được kết quả học tập sau bốn năm học tập và hoàn thành đề tài tốt nghiệp, tôi

xin được phép gởi lòng biết ơn chân thành của mình đến:

Cha mẹ đã nuôi dưỡng, dạy dỗ, động viên khuyến khích và tạo mọi điều kiện tốt nhất

cho con trong suốt quá trình học tập cũng như trong cuộc sống

Toàn thể quí Thầy Cô trường Đại Học Cần Thơ và đặc biệt là quý Thầy Cô trong Bộ

môn Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng đã tận tình

truyền đạt hành trang kiến thức và vốn sống bằng tâm huyết của mình

Thầy Nguyễn Công Hà đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn

này

Quý Thầy Cô và các Chị ở phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ thực phẩm và thư

viện Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực

hiện đề tài luận văn tốt nghiệp

Chân thành cảm ơn sự đoàn kết và hỗ trợ của các bạn lớp Công nghệ thực phẩm khóa

31 trong suốt bốn năm học và trong quá trình thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

Cần thơ, ngày 4 tháng 6 năm 2009

Sinh viên thực hiện

VÕ VĂN TẤN TÀI

TÓM LƢỢC

Với mục tiêu đa dạng hóa sản phẩm, tận dụng nguồn nguyên liệu phụ phẩm trong quá

trình sản xuất rượu bia, nâng cao giá trị kinh tế của bã men bia và đặc biệt là tạo ra

một loại thực phẩm chức năng, đề tài “Khảo sát hiệu quả của việc sử dụng dung dịch

kiềm trong quá trình tinh chế beta-glucan từ bã men bia” ở quy mô phòng thí nghiệm

đã được thực hiện với các khảo sát: ảnh hưởng của tỉ lệ trích ly với NaOH (1:1, 1:2,

1:3, 1:4, 1:5), nồng độ NaOH (0,5N, 1N, 1,5N), nhiệt độ trích ly (75 o C, 80 o C, 85 o C)

đến hiệu quả của việc sử dụng dung dịch kiềm đối với sản phẩm (không ủ, ủ (pH = 4)

và ủ (pH = 5))

Trong thí nghiệm của tôi, bã men bia lấy từ nhà máy bia được sử dụng để sản xuất

beta-glucan (β-glucan) bao gồm sự trích ly với kiềm Mục đích của việc trích ly kiềm là

để thủy phân và hòa tan protein tế bào, nucleic acid, mannans, glucan hòa tan được và

chất béo phân cực Các chỉ tiêu theo dõi tôi thực hiện là:

- Hàm lượng đạm tổng số của sản phẩm

- Hàm lượng glucid tổng số của sản phẩm

Qua quá trình nghiên cứu cho kết quả như sau:

NaOH là 1N thì sản phẩm sẽ có hàm lượng protein còn lại thấp

NaOH là 0,5N thì sản phẩm sẽ có hàm lượng protein còn lại thấp

NaOH là 0,5N thì sản phẩm sẽ có hàm lượng protein còn lại thấp

 Mẫu ủ (pH = 5) có hàm lượng protein còn lại thấp hơn mẫu ủ (pH = 4) và hàm

lượng protein còn lại của mẫu ủ (pH = 4) lại tương đối thấp hơn mẫu không ủ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM TẠ iv

TÓM LƯỢC v

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH HÌNH viii

DANH SÁCH BẢNG x

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 TỔNG QUAN 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 3

2.1.1 Polysacharide 3

2.1.2 -glucan 3

2.1.3 Một số loại nguyên liệu có chứa -glucan 4

2.1.4 Giới thiệu nguyên liệu bã men bia 5

2.1.5 Giới thiệu chung về men bia 6

2.2 QUI TRÌNH SẢN XUẤT β-GLUCAN THAM KHẢO (Gồm 4 giai đoạn) 15

2.2.1 Giai đoạn chuẩn bị vách tế bào (CW) 15

2.2.2 Giai đoạn chuẩn bị vách tế bào đồng hoá (HCW) 15

2.2.3 Giai đoạn trích ly β-glucan 16

2.2.4 Giai đoạn chế biến sản phẩm bột β-glucan 17

2.3 VAI TRÒ, ỨNG DỤNG CỦA POLYSACCHARIDE VÀ β-GLUCAN 17

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

3.1 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 19

3.1.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 19

3.1.2 Nguyên liệu thô 19

3.1.3 Thiết bị dụng cụ 19

3.1.4 Hóa chất sử dụng 19

3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

3.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát tỷ lệ trích ly với NaOH 1N ở 80oC trong thời gian 2 giờ hiệu quả đối với sản phẩm: không ủ, ủ (pH = 4) và ủ (pH = 5) 20

3.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát điều kiện nhiệt độ trích ly và nồng độ NaOH hiệu quả đối với sản phẩm: không ủ, ủ (pH = 4) và ủ (pH = 5) 21

3.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 23

3.3.1 Các phương pháp phân tích 23

3.3.2 Xử lý số liệu 27

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

4.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT TỈ LỆ TRÍCH LY VỚI NaOH 1N Ở 80oC TRONG THỜI GIAN 2 GIỜ HIỆU QUẢ ĐỐI VỚI SẢN PHẨM: KHÔNG Ủ, Ủ (pH = 4) VÀ Ủ (pH = 5) 28

4.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ TRÍCH LY VÀ NỒNG ĐỘ KIỀM TRÍCH LY HIỆU QUẢ ĐỐI VỚI SẢN PHẨM: KHÔNG Ủ, Ủ (pH = 4) VÀ Ủ (pH = 5) 32

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 39

5.1 KẾT LUẬN 39

5.2 ĐỀ NGHỊ 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

PHỤ LỤC KẾT QUẢ THỐNG KÊ xii

DANH SÁCH HÌNH

protein tổng của sản phẩm không ủ

glucid tổng của sản phẩm không ủ

36

glucid tổng của sản phẩm ủ ở (pH = 4)

37

4.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly và nồng độ NaOH đến hàm lượng

DANH SÁCH BẢNG

lƣợng protein tổng của sản phẩm không ủ

4.10 Ảnh hưởng của nồng độ NaOH và nhiệt độ trích ly đến hàm

lượng glucid tổng của sản phẩm không ủ

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 TỔNG QUAN

Khi sản xuất thực phẩm là một ngành công nghiệp cạnh tranh, các nhà sản xuất luôn luôn

tìm kiếm những thành phần mới cũng như tìm cách tận dụng những nguồn phế phẩm để

giảm chi phí về nguyên vật liệu

Ngành công nghiệp sản xuất bia hàng năm thải ra một lượng rất lớn bã nấm men bia

Trung bình sản xuất 100 lít bia sẽ thu được 2 lít bã nấm men với độ ẩm 88% Hiện nay,

bã nấm men bia được sử dụng để sản xuất bột chiết nấm men (yeast extract) hoặc làm

thức ăn gia súc Ngoài ra nấm men bia đã được biết đến và được chú ý bởi những tính

chất hiếm có của nó Trước đây nấm men bia chỉ chủ yếu được dùng làm thức ăn cho gia

súc Ngày nay nấm men bia đã là sản phẩm chính của ngành công nghiệp thực phẩm dinh

dưỡng, được xem là chất bổ sung dinh dưỡng có giá trị đặc biệt, thúc đẩy việc sử dụng

chất dinh dưỡng khác và là thuốc chữa bệnh cho con người và vật nuôi Tại Việt Nam,

nấm men bia được sử dụng để sản xuất loại bột dinh dưỡng và hỗn hợp acid amin từ

nguồn men bia phế liệu của nhà máy bia Sản xuất chế phẩm invertase từ bã nấm men bia

là một hướng nghiên cứu mới tại Việt Nam Trong công nghiệp thực phẩm như sản xuất

nước giải khát, kẹo,… chế phẩm invertase thường được sử dụng để thủy phân đường

sucrose tạo sản phẩm đường nghịch đảo (Lê Văn Việt Mẫn và ctv, 2006)

Dung dịch đường nghịch đảo có độ ngọt cao hơn và ít bị hiện tượng tái kết tinh đường

hơn so với dịch đường sucrose (Lê Văn Việt Mẫn và ctv, 2006) Ngoài ra bã men bia đã

được đề nghị như một nguồn nguyên liệu có thể cung cấp cho việc sản xuất β-glucan

Thêm vào đó, người tiêu dùng đã trở nên quan tâm những thực phẩm tự nhiên và an toàn,

thực phẩm với cholesterol, năng lượng và chất béo thấp nhưng với hàm lượng chất xơ

cao β-glucan đã chứng minh được những ưu thế trong việc cải thiện và nâng cao tính

chất vật lý của thực phẩm như là: sự cô đặc, tính chất giữ nước và nó cũng là chất nhũ

tương hóa tốt Ngoài ra, β-glucan không thuộc chức năng dinh dưỡng trong đường tiêu

hóa của con người, do đó nó có chức năng như một thực phẩm không cung cấp năng

lượng Thông tin về chức năng và đặc tính có lợi cho sức khỏe của β-glucan có thể dẫn

đến sự phát triển những ứng dụng mới trong công nghiệp thực phẩm

Các sản phẩm này chứa khoảng 60-70% β-glucan và được sử dụng để cải thiện chất

lượng của các sản phẩm thực phẩm Vì vậy, khả năng sản xuất sản phẩm giá trị gia tăng

như β-glucan từ sản phẩm phụ này có thể đem lại lợi ích cho các nhà sản xuất bia cũng

như những công ty muốn sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng Ngoài ra, còn giảm thiểu

được các tác động xấu đến môi trường từ các ngành công nghiệp

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Tìm được điều kiện thích hợp nhất để tăng hiệu quả sử dụng dung dịch kiềm trong quá

trình tinh chế β-glucan từ bã men bia

Từ mục tiêu nghiên cứu, xác định các yếu tố cần khảo sát:

 Tỉ lệ trích ly với NaOH hiệu quả đối với sản phẩm: không ủ, ủ (pH = 4), ủ (pH = 5)

 Ảnh hưởng của nồng độ NaOH và nhiệt độ trích ly đến hiệu quả việc sử dụng dung

dịch kiềm đối với sản phẩm: không ủ, ủ (pH = 4), ủ (pH = 5)

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

2.1.1 Polysacharide

Cũng giống như oligosaccharide, các polysaccharide được tạo thành từ những

monosaccharide qua các liên kết glycoside Thủy phân các polysaccharide bằng các axit

sẽ tạo ra các đường đơn Việc thủy phân một phần hay hoàn toàn (bằng hóa chất hoặc

enzyme) là phương pháp được sử dụng để xác định thành phần các monosaccharide, vị trí

và dạng các liên kết của chúng trong phân tử polysaccharide

Polysaccharide được phân loại được dựa trên thành phần các đường đơn Polysaccharide

(glycan) có thể chứa một loại đường (homoglycan hay homopolysaccharide) hoặc nhiều

loại đường khác nhau (heteroglycan hay heteropolysaccharide) Các đường đơn có thể

liên kết với nhau tạo thành dạng mạch thẳng (như trong amylose hay cellulose) hay mạch

nhánh (amylopectin, glycogen, guaran)

Các polysaccharide cũng có thể được phân loại dựa vào nguồn gốc từ thực vật, động vật,

vi sinh vật hay dựa vào chức năng Polysaccharide phân bố rộng rãi trong tự nhiên và

thực hiện các chức năng sau:

 Tạo hình, tạo khung (cellulose, hemicelluloses và pectin ở thực vật; chitin,

mucopolysaccharide ở động vật)

 Dự trữ (tinh bột, dextrin, inulin ở thực vật; glycogen ở động vật)

 Giữ nước (agar, pectin và alginate ở thực vật, mucopolysaccharide ở động vật)

(Hoàng Kim Anh, 2007)

2.1.2 -glucan

β-glucan men bia (khoảng 85%) là một chuỗi β-1,3 β-glucan và một thành phần nhỏ (khoảng

3%) là nhánh β-1,6 glucan (Manners et al., 1973) β-glucan là một trong những thành

phần cấu trúc chính của vách tế bào men bia (khoảng 50-60%) (Nguyen et al., 1998)

Hình 2.1 Đơn vị cấu trúc của -glucan

Nguồn: http://www.lsbu.ac.uk/water/hygly.html

Hình 2.2 Cấu trúc một phần của glucan men bia

Nguồn: Misaki et al., 1968

Hình 2.3 Cấu trúc một phần của một đoạn -(13)-glucan men bia

Nguồn: Misaki et al., 1968

2.1.3 Một số loại nguyên liệu có chứa -glucan

trùng hạ thảo, nấm hương, nấm thượng hoàng, nấm chân chim, nấm vân chi, nấm mỡ,

nấm bào ngư, nấm quế và nấm trân châu,… Vách tế bào nấm men bia cũng chứa hàm

lượng -glucan khá cao Ngoài ra -glucan còn có nhiều trong cám của hạt ngũ cốc

chẳng hạng như lúa mạch, yến mạch, lúa mạch đen, lúa mì,

a + b + c khoảng 60

2.1.4 Giới thiệu nguyên liệu bã men bia

Bã men bia có rất nhiều nguồn dinh dưỡng như hàm lượng protein có tỷ lệ khá cao (hơn

30%), carbohydrate (hơn 47%), khoảng hơn 20 axit amin (lysin, valine, cystine, tyrosine,

glycine,…), các vitamin (nhất là các vitamin nhóm B), và một số khoáng chất,…

Có thể tóm tắt qui trình làm bia công nghiệp và sản phẩm phụ của ngành làm bia như sau:

Hình 2.4 Qui trình làm bia công nghiệp và sản phẩm phụ của ngành làm bia

Nguồn: Tropical Feeds, Gohl, 1998

Bảng 2.1 Thành phần axit amin của bã bia (g/100 g protein)

Loại acid amin Arg Cys Gly His Ils Leu Lys Met Phe Thr Try Tyr Val

Hàm lượng 4.6 - - 1.8 5.4 8.3 3.3 1.2 4.7 3.2 1.3 4.1 5.4

Nguồn: Tropical Feeds, Gohl, 1998

Trong quá trình làm bia, trước tiên lúa mạch được ngâm nước và lên mầm, trong vòng

sáu ngày quá trình thủy phân tinh bột thông qua hệ thống enzyme để tạo thành dextrins

và maltose Sự hoạt động của enzyme bắt đầu từ khi nẩy mầm hạt hòa thảo Sự chuyển

đổi chủ yếu của tinh bột trong hạt hòa thảo thành đường maltose và các loại đường khác

Lúa mạch + nước

Hạt cốc + nước

Ngâm nước Làm khô rễ

Loại bỏ hublông Bia chưa lên men

Phụ phẩm (Bã men bia) Ướp hublông

Men

diễn ra trong quá trình tiếp theo, Sau khi lên mầm nhưng trước lúc ngâm vào nước nóng

hạt hòa thảo hoặc mạch nha đã được làm khô cẩn thận để tránh sự hoạt động của enzyme

Phần mầm hoặc chồi này sau đó sẽ được tách và đưa sang một bộ phận khác Sau đó

mạch nha được ép và làm khô rồi được trộn thêm một phần hạt cốc như là ngô hoặc gạo

Bã bia chứa 75-80% nước sau khi lọc xong Trong các xí nghiệp lớn, bã bia được sấy khô

bằng ống dẫn hơi nước đến ẩm độ 10% Bã bia dễ bị hư hỏng, vì vậy nên sử dụng dạng

tươi và phải bảo quản tránh không khí Bã bia có thể bảo quản dưới 2 tuần nếu đánh đống

và nén chặt và đậy bằng túi vải ướt Tuy nhiên, bã bia ướt không nên dự trữ với lượng

lớn Để dự trữ lâu hơn, có thể thêm 2-3% rỉ mật Quá trình lên men xảy ra 4-6 tuần, sau

đó khối ủ ổn định và có chất lượng tốt Bã ướt có thể bảo quản 1-2 tuần nếu thêm 0,4%

hỗn hợp axit formic và propionic

2.1.5 Giới thiệu chung về men bia

a Đặc điểm hình thái

Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào Có hàng trăm giống và loài nấm men khác nhau,

trong công nghệ sản xuất bia thường là chủng thuộc giống Saccharomyces Trong quá

khứ, người ta chia các giống này thành hai nhóm là: nấm men chìm và nấm men nổi:

+ Nấm men chìm (lager yeast – “bottom fermenting” type) Saccharomyces uvarum

(thường được gọi là Saccharomyces carlsbergensis)): hầu hết các tế bào khi quan sát thì

nảy chồi đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi Hình dạng chủ yếu là hình cầu

+ Nấm men nổi (ale yeast – “top fermenting” type) Saccharomyces cerevisiae: tế bào

nấm men mẹ và con sau khi nảy chồi thường dính lại với nhau tạo thành chuỗi tế bào

nấm men Hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc ovan với kích thước 7-10 micromet

(a) (b)

Hình 2.5 Nấm men trong sản xuất bia: S cerevisiae (a), S.carlsbergensis (b)

Nguồn: http://www.diwinetaste.com/html/dwt200701/images/SaccharomycesCerevisiae.jpg

http://www.todayinsci.com/H/Hansen_Emil/YeastS-CarlsbergensisThm.jpg

Ngày nay, người ta lại sắp hai nhóm này đều là thành viên của Saccharomyces cerevisiae

Tuy nhiên, có lẽ hình thức phân chia cũ vẫn còn phổ biến

Người ta còn chia nấm men ra thành nhóm nấm men chìm vừa phải, thuộc nhóm độc lập

Saccharomyces uvarum với các đặc điểm nằm giữa hai nhóm trên

b Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm

Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên men các loại đường

trisaccharide, ví dụ raffinoza Trong nấm men chìm có enzym có thể sử dụng hoàn toàn

đường raffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường raffinoza

- Ngoài ra chúng còn 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 quá trình lên men, còn của nấm men nổi xảy ra mạnh trong quá trình hô 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

- Bia nhẹ và bia nặng là hai loại bia chính được lên men bởi các chủng tương ứng là

S.uvarum và S.cerevisiae

- Sự khác nhau về công nghệ lên men:

+ Tên gọi nấm men nổi hay nấm men chìm xuất phát từ quan sát quá trình lên men Nấm

men nổi nổi lên bề mặt dịch trong vào cuối quá trình lên men chính, trong khi đó nấm

men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính

+ Nấm men chìm còn chia ra hai loại tùy thuộc vào khả năng kết lắng của nó: nấm men

bụi và nấm men 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 bông là nấm men có thể kết dính lại 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

Trong khi nấm men nổi không có khả năng này

+ Nấm men chìm kết bông có ý nghĩa rất quan trọng trong thực tế sản xuất bia, làm cho

bia nhanh trong nhưng khả năng lên men hết đường không bằng nấm men bụi và nấm

men nổi

+ Ngoài ra nhiệt độ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau: nấm men chìm có thể lên

- Theo công nghệ sản xuất bia truyền thống, nấm men chìm thường lên men ở nhiệt độ

vậy đối với sản xuất bia bằng phương pháp lên men nổi, nấm men được tách khỏi bia

bằng cách hớt bọt, còn ở lên men chìm thì xả cặn ở dưới đáy thiết bị lên men

- Loại nấm men này có khả năng hấp thụ các loại dinh dưỡng trong môi trường nước

mạch nha như các loại đường hòa tan, các hợp chất nitơ (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 quá 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 hình thành

c Cấu tạo

Tế bào nấm men có sự đa dạng lớn về kích thước, hình dạng và màu sắc tế bào Thậm chí

những tế bào riêng lẻ từ một biến dạng đặc biệt của mỗi loại nấm men có thể hiển thị

hình thái và màu sắc không đồng nhất Điều này chủ yếu bởi sự thay đổi những tính chất

vật lý và hóa học của môi trường Giữa những loại nấm men khác nhau, kích thước tế bào

có thể thay đổi nhiều

Tiếp theo chúng ta sẽ tập trung vào loài nấm men S Cerevisiae Nhiều thông tin chi tiết

về tế bào học nấm men có thể tìm thấy trong (Walker, 1998)

- Nấm men Saccharomyces thuộc họ Saccharomycetaceae, ngành Ascomycota và thuộc

giới nấm

- Nấm men Saccharomyces cerevisiae có hình cầu hay hình trứng, có kích thước nhỏ, hay

Nấm men sinh sản chủ yếu bằng hình thức nảy chồi Tế bào mẹ nảy sinh ra thành một

chồi nhỏ rồi lớn dần lên và sẽ tách ra Quá trình này xảy ra khoảng 2 giờ Ở một số giống

nấm men, tế bào con không tách rời mà kết thành chuỗi Đặc tính này có ở các nấm men

tạo màng Ngoài ra còn có thể sinh sản bằng cách tạo bào tử

Những đại phân tử của tế bào nấm men bao gồm: protein, glycoproteins, polysaccharides,

polyphosphates, lipids, and nucleic acids (Bảng 2.2)

Bảng 2.2 Phân loại những đại phần tử có mặt trong men bia

Glycoproteins Thành phần vách tế bào Mannoproteins

Polysaccharides Thành phần vách tế bào Glucan, mannan, chitin

Polyphosphates Tích lũy Polyphosphate trong không bào

Lipids Cấu trúc Sterols tự do bên trong màng

Tích lũy Hạt lipid (sterol esters and triglycerides)

Chức năng Dẫn xuất phosphoglyceride, axit béo tự do

Nucleic acids DNA genomic DNA (80%); mitochondrial (10-20%)

Nguồn: Walker, 1998

Bảng 2.3 Những vi cơ quan và bộ phận trong tế bào nấm men

Mạng lưới nội chất light microsomal NADPH:cytochrome c

+ Vách tế bào:

Cấu trúc các thành phần polysaccharide của vách tế bào men bia đã là đối tƣợng của

nhiều nghiên cứu Trong những nghiên cứu sớm này, vách tế bào của men bia

(Saccharomyces cerevisiae) đã đƣợc coi nhƣ là một phức chất chứa glucan, mannan, một

lƣợng nhỏ chitin, phosphat, lipit và protein, một phần sau cùng là enzyme Trên cơ sở

này, một số sơ đồ cấu trúc cho các vách tế bào men bia và liên kết các enzym đã đƣợc đề

xuất Tuy nhiên, Bacon và những cộng tác của ông ấy đã chỉ ra rằng glucan men bia đƣợc

1969)

A: Liên kết giữa chitin và  (1-3) glucan

B: cấu trúc của một phức hợp bao gồm tất cả 4 hợp phần:  (1-3) glucan,  (1- 6) glucan, manoprotein và chitin

C, D: 2 đường hướng có thể gắn cùng nhau của vách tế bào men bia 3 vạch đen là liên kết hydro của C hoặc chuỗi

 (1-3) glucan của D

Hình 2.7 Cấu trúc của vách tế bào nấm men

Nguồn: Cabib et al., 2001

Vách tế bào men bia có độ dày đáng chú ý (100-200 nm) bao gồm khoảng 15-25% hàm

lƣợng chất khô của tế bào Những hợp phần cấu trúc chính của vách tế bào men bia là

polysaccharides (80-90%), gồm lượng lớn glucan và mannan, với tỉ lệ nhỏ của chitin

-1,3 Chitin là một polimer của N-acetylglucosamine chiếm chỉ 2-4% vách tế bào men bia

và có mặt chủ yếu trên chồi sẹo của nấm men Có thể chú giải rằng sự tăng trưởng của

men bia dạng sợi như là Candida albicans có hàm lượng chitin cao hơn trong khi chitin

vắng mặt ở nhiều loài men bia khác Hợp phần khác của vách tế bào men bia là protein,

lipid và phosphate vô cơ (Zinser et al., 1995)

Hình 2.8 Những cấu tử của vách tế bào nấm men

Nguồn: Zinser et al., 1995

+ 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) Trong tế bào chất có nhân chứa thông tin dị truyền cho tế bào và các thành

phần liên quan trong quá trình sinh tổng hợp và sinh sản của tế bào Năng lượng cung cấp

cho tế bào qua những phản ứng xảy ra trong ty thể cũng nằm trong tế bào chất Ngoài ra

còn có hạt glycogen, hạt lipid dự trữ chất dinh dưỡng cho tế bào

d Thành phần hóa học

Thành phần hoá học của tế bào nấm men Saccharomyces khác nhau tùy thuộc vào điều

kiện môi trường nuôi cấy, thành phần các chất dinh dưỡng trong môi trường nuôi cấy và

tình trạng sinh lý của tế bào

- Nấm men ép có chứa 70-75% nước, 25-30% còn lại là chất khô

- Nước: bao gồm phần nước nằm bên ngoài tế bào là phần nước nằm trong khoảng trống

giữa tế bào và nước nằm bên trong tế bào (nội bào) là phần nước nằm bên trong tế bào

chất của tế bào Lượng nước khác nhau tuỳ thuộc vào chủng nấm men, kỹ thuật nuôi và

phương pháp thu tế bào Ví dụ: khi nuôi trong môi trường NaCl thì lượng nước trong tế

bào giảm

Bảng 2.4 Ảnh hưởng của NaCl lên sự phân bố độ ẩm của nấm men

Phương pháp nuôi Phân bố trong nấm men (%) Phân bố độ ẩm trong men ép (%)

Lượng chất khô

Thêm NaCl vào

Nguồn: Hoàng Đình Hòa, 2002

- Thành phần chất khô của tế bào nấm men bao gồm protein và các chất có nitơ khác

chiếm khoảng 50%, chất béo khoảng 1,6%, hydrat cacbon khoảng 33,2%, mô tế bào

khoảng 7,6%, tro khoảng 7,6% Thành phần của những chất này không cố định, nó có thể

thay đổi trong quá trình nuôi cấy cũng như quá trình lên men

- Hydrat cacbon gồm: polysaccharide, 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, có thành phần được trình bày trong

bảng 2.5 và dao động tùy theo môi trường nuôi cấy

Bảng 2.5 Thành phần tro của nấm men (%)

Nguồn: Hoàng Đình Hòa, 2002

được tiết ra ngoài dưới dạng tinh thể

Như vậy hàm lượng đáng chú ý của nấm men là protein và nguồn vitamin nhóm B

e Chỉ tiêu lựa chọn nấm men bia

Chọn men bia cần chú ý đến các chỉ tiêu sau:

Quá trình sinh trưởng của nấm men gồm các pha: pha tiềm phát, pha logarit, pha cân

bằng và pha suy vong Trong tiềm phát nấm men hầu như không sinh sản, trong pha thứ

hai nấm men bắt đầu nảy chồi mạnh và lên men Trong pha cân bằng sinh trưởng của

nấm men ổn định và lên men mạnh Ở pha cuối cùng, sự sinh sản hầu như ngừng lại và

bắt đầu kết lắng

Khả năng kết lắng của nấm men có vai trò rất quan trọng trong công nghiệp sản xuất

rượu bia Men chìm kết lắng ở dạng bông dưới đáy các thùng lên men còn men nổi thì nổi

lên bề mặt dịch lên men

Sức lên men là điều quan trọng nhất trong thực tế sản xuất Trong sản xuất bia thường

chọn những nồi lên men mạnh và tạo cho bia có mùi vị đặc trưng, thơm ngon Tốc độ lên

men tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố: khả năng lên men của nấm men, hoạt tính sinh lý và số

lượng tế bào của chúng trong môi trường, phụ thuộc vào nhiệt độ, pH, thành phần hóa

học của dịch lên men, Ngoài ra còn phụ thuộc vào hàm lượng các chất prôtêin trong tế

bào nấm men

f Các yêu cầu công nghệ với giống men bia

Một nòi nấm men được dùng để sản xuất nấm men phải đáp ứng những yêu cầu sau:

- Khả năng và tốc độ lên men trong điều kiện nhiệt độ thấp với dịch đường malt

- Khả năng kết lắng đối với những loài lên men chìm

- Hàm lượng các sản phẩm bậc hai tạo thành trong lên men

- Tính ổn định trong sản xuất

- Tạo ra hương vị và chất lượng sản phẩm đặc trưng

2.2 QUI TRÌNH SẢN XUẤT β-GLUCAN THAM KHẢO (Gồm 4 giai đoạn)

2.2.1 Giai đoạn chuẩn bị vách tế bào (CW)

Men đã sử dụng từ nhà máy bia

Pha loãng đến 15% chất khô

Đồng hoá

600 bar, 6 passes Vách tế bào đồng hóa (HCW)

2.2.3 Giai đoạn trích ly β-glucan

Vách tế bào đồng hóa (HCW)

Trích ly trong môi trường kiềm

Ly tâm ở 3565g, ở nhiệt độ phòng, 10 phút Loại bỏ phần chất lỏng bên trên Rửa phần còn lại bằng nước cất

Ly tâm ở 3565g, nhiệt độ phòng, 10 phút Lập lại quá trình rửa tổng cộng khoảng 3 lần Loại bỏ phần chất lỏng bên trên Thu hồi khối rắn chứa glucan bên dưới

Trích ly bằng môi trường acid

Loại bỏ phần chất lỏng bên trên Rửa phần còn lại bằng nước cất

Ly tâm ở 3565g, 10 phút Lập lại quá trình rửa tổng cộng khoảng 3 lần Loại bỏ phần chất lỏng bên trên

Thu hồi khối β-glucan bên dưới (PBG)

(dạng bột nhão) Cân, vô bao bì, ghép mí và bảo quản

2.2.4 Giai đoạn chế biến sản phẩm bột β-glucan

PBG Hoà tan với nước cất đến khoảng 7% hàm lượng chất khô

Bổ sung một số phụ gia như maltodextrin

để tăng hiệu quả sấy phun Sấy phun (nhiệt độ vào: 1800C, nhiệt độ ra: 85oC)

Vô bao bì, đóng gói sản phẩm dạng bột khô (SHG)

Bảo quản sản phẩm

Nguồn: (Thammakiti et al., 2004)

2.3 VAI TRÒ, ỨNG DỤNG CỦA POLYSACCHARIDE VÀ β-GLUCAN

Polysaccharide có mặt trong nhiều loại thực phẩm và vẫn giữ lại những chức năng tự

nhiên của chúng như chất tạo khung (trong rau củ, trái cây), chất dinh dưỡng (trong các

hạt ngũ cốc, khoai tây,… ) Polysaccharide được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, ở cả

dạng tự nhiên (native) và biến tính (modified) như các chất tạo độ đặc hay tạo gel (tinh

bột, alginate, pectin, guaran gum); chất làm bền nhũ tương và các hệ phân tán; chất tạo

màng, bảo vệ bề mặt của các loại thực phẩm nhạy cảm khỏi những thay đổi không mong

muốn; chất độn để tăng tỷ lệ thành phần không tiêu hóa được dùng trong các loại thực

phẩm ăn kiêng,…

Những ứng dụng nói trên có được là do những tính chất biến đổi rất khác nhau của

polysaccharide Polysaccharide có thể không tan (cellulose), nhưng cũng có những loại

có độ trương nở và hòa tan tốt trong nước nóng và nước lạnh (tinh bột, guaran gum)

Dung dịch polysaccharide có thể có độ nhớt thấp ngay cả ở nồng độ cao (gum arabic),

hay có được độ nhớt cao ở nồng độ rất thấp (guaran gum) Nhiều loại polysaccharide ở

nồng độ thấp vẫn có thể tạo được các gel nhiệt thuận nghịch thermoreversible (alginate,

pectin) Khi nhiệt độ tăng, các gel này sẽ bị chảy, tuy nhiên một số dẫn xuất của cellulose

lại tạo gel ở nhiệt độ cao

Nói tóm lại, polysaccharide là những chất tạo hình và tạo ra kết cấu đặc trưng về lượng

và về chất của nhiều loại sản phẩm thực phẩm Do tương tác với nhiệt và nước,

polysaccharide có thể thay đổi tính chất và trạng thái để tạo ra độ đặc, độ dẽo, độ dai, độ

dính, độ xốp, độ trong, tạo màng cho những thực phẩm khác nhau Polysaccharide cũng

tương tác với những chất khác nhau để tạo cho sản phẩm các tính chất cơ lý và cảm quan

nhất định (như khả năng đồng tạo gel với protein)

(Hoàng Kim Anh, 2007)

Các phức hệ polysaccarit – protein: bao gồm chủ yếu là các β-1,6-D-glucan,

β-1,3-D-glucan (Mizuno et al, 1999; Ito et al, 1997; Itoh et al, 1994), một số nghiên cứu cho rằng

bao gồm cả các β–1,4–α–D-glucan (Fujimiya et al, 1999) Các polysaccarit này có tác

dụng hoạt hoá mạnh mẽ các đại thực bào (macrophage) trong hệ thống miễn dịch của cơ

thể Các đại thực bào rất quan trọng vì chúng là hàng rào bảo vệ đầu tiên của cơ thể Sự

tăng cường hoạt động của các đại thực bào đồng nghĩa với sự tăng cường khả năng phòng

chống, ngăn chặn các mầm mống bệnh tật ngay từ giai đoạn xâm nhập đầu tiên Sự hoạt

hoá các đại thực bào còn dẫn đến sự tăng hàm lượng các cytokin Đây là các protein tối

quan trọng chịu trách nhiệm xúc tác và điều hoà hàng loạt các phản ứng miễn dịch của cơ

thể Bên cạnh đó, các đại thực bào còn có các tương tác với các tế bào Lympho T, có tác

dụng khởi động các phản ứng miễn dịch đặc hiệu (Mizuno et al, 1998) Vì thế, khi hoạt

động của các đại thực bào được hoạt hoá, các phản ứng đặc hiệu này cũng được tăng

cường Ngoài ra, nhiều nghiên cứu còn chỉ ra rằng các polysaccarit kể trên cũng có tác

dụng ức chế sự phát triển không bình thường của tế bào, đặc biệt là chúng có tác dụng

kích thích, làm tăng số lượng các tế bào lympho gây giết (killer cells) tự nhiên Các tế

bào này có khả năng phát hiện và tiêu diệt các tế bào phát triển không bình thường của cơ

thể, các tế bào ung thư Như vậy, nhìn một cách tổng thể, các polysaccarit trong thành

phần của nấm có tác dụng làm tăng cường rất mạnh khả năng miễn dịch của cơ thể

β-glucan là hỗn hợp sinh học tự nhiên bao gồm β(1-3)-glucan, β(1-6)-glucan và mannan

oligosacharide được chiết suất từ thành tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae

- β-glucan giúp kích thích hệ miễn dịch tự nhiên: tăng cường hoạt động của các đại thực

bào và kích thích tăng tiết nhiều cytokines (chất hoạt hoá tế bào) nhằm tiêu diệt các mầm

bệnh xâm nhập từ bên ngoài

- β-glucan giúp giảm hệ số chuyển đổi thức ăn, kích thích tiêu hoá, phòng các bệnh

đường ruột, nhiễm trùng do vi khuẩn, virut

- β-glucan là giải pháp thay thế kháng sinh trong phòng trị bệnh vật nuôi an toàn và hiệu