Luận văn Khảo sát các phương pháp tăng khả năng chịu nhiệt của nấm men

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ***000*** ĐINH ĐỨC TÀI KHẢO SÁT CÁC PHƢƠNG PHÁP TĂNG KHẢ NĂNG CHỊU NHIỆT CỦA NẤM MEN Luận văn kỹ sƣ Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 09/2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ***000*** KHẢO SÁT CÁC PHƢƠNG PHÁP TĂNG KHẢ NĂNG CHỊU NHIỆT CỦA NẤM MEN Luận văn kỹ sƣ Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học GVHD: Sinh viên thực hiện: TS. TRƢƠNG VĨNH ĐINH ĐỨC TÀI Khóa: 2002-2006 Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 09/2006 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY, HCMC DEPARTMENT OF BIOTECHNOLOGY ***000*** SURVEY OF METHODS SUPPORTING TOLERANT ABILITY OF YEAST Graduation thesis Major: Biotechnology Student Dr. TRUONG VINH DINH DUC TAI Term: 2002 - 2006 Ho Chi Minh City 09/2006 iii LỜI CẢM TẠ Em xin chân thành cảm tạ:  Ban Giám Hiệu Trƣờng Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, cùng tất cả quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình học tại trƣờng.  TS. Trƣơng Vĩnh đã hết lòng hƣớng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập tốt nghiệp.  Ban Giám Đốc Trung Tâm Phân Tích Thí Nghiệm Hóa Sinh - Trƣờng Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh.  Ban chủ nhiệm, Thầy Cô khoa Công Nghệ Thực Phẩm.  Các Anh Chị tại Trung Tâm Phân Tích Thí Nghiệm Hóa Sinh đã tận tình hƣớng dẫn, tạo điều kiện đầy đủ cho em trong thời gian thực tập tốt nghiệp.  Các bạn bè thân yêu của lớp công nghệ sinh học khóa 28 đã chia xẻ cùng tôi những vui buồn trong thời gian học cũng nhƣ hết lòng hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong thời gian thực tập.  Các bạn bè ngoài lớp đã cộng tác thân thiện, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực tập tốt nghiệp. Thành phố Hồ Chí Minh tháng 08/2005 Đinh Đức Tài iv TÓM TẮT ĐINH ĐỨC TÀI, Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh. Tháng 04/2005. “KHẢO SÁT CÁC PHƢƠNG PHÁP TĂNG KHẢ NĂNG CHỊU NHIỆT CỦA NẤM MEN ”. Giáo viên hƣớng dẫn: TS. TRƢƠNG VĨNH Đề tài đƣợc thực hiện trên đối tƣợng là nấm men Saccharomyces cerevisiae. Nấm men Saccharomyces cerevisiae đƣợc sử dụng nhƣ là tác nhân làm nở bột trong quá trình sản xuất bánh mì, đƣợc gọi là men bánh mì. Có hai loại men đƣợc sử dụng phổ biến là men nhão (men paste) và men khô. So với men khô, men paste có hoạt tính nhanh, mạnh, nhƣng men paste rất dễ hƣ hỏng và mất hoạt tính sau vài tuần đóng gói, phải bảo quản ở điều kiện lạnh. Trong khi đó, men khô có thể bảo quản đến một năm ở nhiệt độ phòng và kéo dài hơn khi giữ ở nhiệt độ lạnh. Ngƣời ta làm khô men bằng các phƣơng pháp sấy ở nhiệt độ khác nhau kèm theo phụ gia. Vì vậy đề tài đƣợc thực hiện để phân tích một số yếu tố làm cơ sở để tạo ra men khô đạt chất lƣợng. Những kết quả đạt đƣợc:  Nhiệt độ cao trên 40oC làm chết nấm men nếu không có phụ gia là mật ong. Hàm lƣợng mật ong có ảnh hƣởng khác nhau đối với men khi xấy tầng sôi tại những nhiệt độ khác nhau.  Xác định đƣợc tỷ lệ mật ong thích hợp với men tƣơi khi sấy tầng sôi là : Sấy ở 40oC, tỷ lệ tốt nhất là 3% . Sấy ở 45oC, tỷ lệ tốt nhất là 7% . Sấy ở 50oC, tỷ lệ tốt nhất là 5% .  Xử lý nhiệt tác động lên nấm men trƣớc khi sấy nhƣ sau: Sấy ở 45oC có xử lý nhiệt tỷ lệ sống của men cải thiện : 6%. Sấy ở 50oC có xử lý nhiệt tỷ lệ sống của men cải thiện : 5%. v MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG Lời cảm tạ ..................................................................................................................... iii Tóm tắt ............................................................................................................................ iv Mục lục ........................................................................................................................... v Danh sách các bảng ....................................................................................................... ix Danh sách các hình ........................................................................................................ xi Chƣơng 1: MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................. 1 1.2. Mục đích của đề tài ................................................................................................... 2 1.3. Yêu cầu của đề tài ..................................................................................................... 2 Chƣơng 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................................. 3 2.1. Nấm Men ................................................................................................................. 3 2.1.1. Giới thiệu chung về nấm men ............................................................................ 3 2.1.2. Hình dạng ........................................................................................................... 3 2.1.3. Cấu tạo tế bào .................................................................................................... 3 2.1.4. Thành phần hóa học của nấm men .................................................................... 4 2.1.5. Sinh sản của nấm men ..................................................................................... 10 2.2. Sản xuất men bánh mì ........................................................................................... 11 2.2.1. Tình hình sản xuất men bánh mì ở Việt Nam .................................................. 11 2.2.2. Vai trò của nấm men trong sản xuất bánh mì .................................................. 11 2.3. Các dạng nấm men thƣơng phẩm .......................................................................... 12 2.3.1. Nấm men dạng lỏng ......................................................................................... 12 2.2.2. Nấm men dạng paste ........................................................................................ 13 2.2.2. Nấm men dạng khô .......................................................................................... 13 2.4. Công nghệ sản xuất ................................................................................................ 14 vi 2.4.1. Nguyên liệu dùng trong sản xuất nấm men bánh mì ....................................... 14 2.4.2 Công nghệ sản xuất men bánh mì..................................................................... 15 2.5. Chất phụ gia ............................................................................................................ 16 2.5.1. Polysaccharic ................................................................................................... 16 2.5.2. Trehalo ............................................................................................................. 16 2.5.3. Mật ong ............................................................................................................ 17 2.6. Quá trình sấy. .......................................................................................................... 17 2.6.1. Bản chất của quá trình sấy ............................................................................... 17 2.6.2. Hệ thống sấy tầng sôi ....................................................................................... 17 Chƣơng 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................... 20 3.1. Vật liệu và thiết bị sử dụng ..................................................................................... 20 3.2. Thiết bị thí nghiệm ................................................................................................ 20 3.3. Phƣơng pháp thí nghiệm ......................................................................................... 20 3.3.1. Thí nghiệm 1 .................................................................................................... 20 3.3.2. Thí nghiệm 2 .................................................................................................... 22 3.3.3. Thí nghiệm 3 .................................................................................................... 24 3.4. Phƣơng pháp xác định chỉ tiêu ............................................................................... 25 3.5. Xử lý số liệu ........................................................................................................... 28 Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................... 29 4.1. a. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ cao lên nấm men Saccharomyces cerevisiae trong điều kiện xấy tầng sôi. ........................................................................ 29 4.1. b. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của mật ong lên nấm men Saccharomyces cerevisiae trong điều kiện sấy tầng sôi. ......................................................................... 30 4.2. Thí nghiệm xác định khoảng nhiệt độ và thời gian chết không đáng kể của nấm men Saccharomyces cerevisiae. ............................................................................................ 34 4.3. Ảnh hƣởng xử lý nhiệt lên nấm men trƣớc khi sấy tầng sôi. ................................. 38 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................................... 41 vii 5.1. Kết luận................................................................................................................... 41 5.2. Đề nghị ................................................................................................................... 41 Chƣơng 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 41 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 42 Phụ lục A: Số liệu thô .................................................................................................... 42 Phụ lục B: Cách pha chế phụ gia ................................................................................... 52 Phụ lục C: Kết quả phân tích ANOVA ......................................................................... 53 Phụ lục D: Hình ảnh minh họa ...................................................................................... 65 1 Chƣơng 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề: Ngày nay, các sản phẩm sản xuất bằng cách lên men đƣợc b án khắp nơi . Trong đó, nấm men là môṭ sản phẩm lên men tƣ̀ chủng vi sinh Saccharomyces rất hƣ̃u duṇg và đƣơc̣ ƣa chuôṇg . Sản phẩm thƣơng mại thƣờng có 3 hình thức là : dạng lỏng , dạng bột nhão , dạng bột khô đƣợc dự trữ trong b ao gói hoăc̣ đóng hôp̣ . Thƣc̣ tế cho thấy các sản phẩm trên đƣơc̣ dùng làm nguyên liêụ chính hay phu ̣gia để sản xuất hơn là thƣ́c ăn trƣc̣ tiếp cho ngƣời. Đặt biệt nguyên liệu chính này không phải chất vô cơ do phân hủy trong quá trình sản xuất trƣớc đó mà vi sinh vật sống đƣợc . Điều này mới chỉ đƣơc̣ phát hiêṇ và chƣ́ng minh khoảng 100 năm nay nhờ vi sinh vâṭ hoc̣ . Chế phẩm truyền thống của nhiều dân tôc̣ trên thế giới nhƣ bia , rƣơụ, bánh mì nhờ vi sinh vâṭ hoc̣ mà ngƣời ta hiểu rõ cơ chế sản xuất. Đó là kết quả của quá trình sinh trƣởng và phát triển của Saccharomyces cerevisiae trong môi trƣờng thích hơp̣ . Nhờ hiểu biết này mà ngành sản xuất nấm men ra đời và không ngƣ̀ng hoàn thiêṇ . Các nghành thực phẩm có sử dụng vi sinh Saccharomyces cerevisiae chƣa bao giờ laị có thể tìm và mua chủng vi sinh này dê ̃nhƣ vâỵ . Tới đây, môṭ nhu cầu ngày càng gia tăng tƣ̀ các nhà công nghiêp̣ thƣc̣ phẩm là chất lƣơṇg bánh men thành phẩm . Thị trƣờng ngày càng đòi hỏi thành phẩm có nhiều Saccharomyces cerevisiae sống hơn trong mỗi gói sản phẩm . Tuy nhiên, sản phẩm dạng bột đang rất đƣợc phổ biến laị làm mất mát số lƣơṇg vi sin h đáng kể trong qúa trình sấy làm mất nƣớc và giảm độ ẩm của men . Bởi vì căn bản của sấy là dùng nhiêṭ đô ̣cao tƣ̀ 50 o C-140 oC làm bốc hơi nƣớc. Điều kiêṇ này nhƣ đa ̃đƣơc̣ biết là điều kiêṇ bất lơị cho sƣ ̣sống của men , có thể giết chết men . Nhƣơc̣ điểm này đang đƣơc̣ các nhà nghiên cƣ́u tìm cách khắc phuc̣ và tƣ̀ng bƣớc đaṭ đƣơc̣ mong muốn. Hiêṇ nay ,có 2 hƣớng nghiên cƣ́u làm giảm số lƣơṇg men chết trong khi sấy là : sƣ̉ dụng chất phụ gia và huấn luyện men . Chất phu ̣gia nhƣ malto dextrin , honey, glutamate, skim milk bằng cách nào đó đa ̃làm tăng tỉ lê ̣sống cua men khi đƣơc̣ thêm vào dung dic̣h nấm men trƣớc khi sấy . Các báo cáo gần đây đã đƣa ra đƣợc công thức tỉ l ệ sử dụng các loại phụ gia trên một cách hợp lý . Khác với cách sử dụng phụ gia , huấn luyêṇ men là phƣơng pháp dƣạ vào đăṭ tính thích nghi của vi sinh vâṭ với môi trƣờng xung quanh . Men 2 sẽ từng bƣớc quen dần với nhiệt độ tăng dần cho tới khi gần bằng với nhiêṭ đô ̣sấy . Quá trình này còn đƣợc gọi là thuần hóa vi sinh vật . Tƣ̀ lâu, con ngƣời đa ̃biết thuần hóa sinh vâṭ phuc̣ vu ̣cho nhiều nhu cầu khác nhau . Gia súc, gia cầm , cây trồng ngà y nay sinh trƣởng và phát triển rất khác với giống hoang dại nguyên thủy . Cùng với sự phát triển của khoa học và vi sinh vật học , nghành công nghê ̣sinh hoc̣ ra đời là kết quả dƣạ trên các thành tƣụ của các nghành khoa hoc̣ khác để nghiên cƣ́u hoàn thiêṇ các phƣơng pháp thần hóa sinh vâṭ , nhất là các loài vi sinh vâṭ nhƣ nấm men có giá tri ̣ kinh tế cao . Các thí nghiệm trƣớc đây cho ta thấy rằng cần xác điṇh môṭ chế đô ̣xử lý men thích hơp̣ giúp cho quá trình sấy đaṭ hiêụ quả tốt hơn . Do đó đƣơc̣ sƣ ̣đồng ý của khoa Công Nghê ̣ Sinh Hoc̣, trƣờng đaị hoc̣ Nông Lâm , dƣới sƣ ̣hƣớng dâñ của tiến si ̃Trƣơng Viñh chúng tôi thƣc̣ hiêṇ đề tài: “khảo sát các phƣơng pháp tăng khả năng chịu nhiệt của nấm men làm bánh mì” 1.2 Mục đích của đề tài: -Khảo nghiệm sự tác động của tác nhân nhiệt độ cao lên men bánh mì. -Khảo nghiệm một số tác nhân ảnh hƣởng lên khả năng chịu nhiệt của men bánh mì. 1.3 Nội dung đề tài: -Thí nghiệm xác định ảnh hƣởng của mật ong lên men khi sấy tầng sôi. -Thí nghiệm xác định khoảng nhiệt độ và thời gian nấm men chết không đáng kể. -Thí nghiệm xử lý nhiệt nấm men trƣớc khi sấy tấng sôi. 1.4 Yêu cầu đề tài: -Xác định số tế bào nấm men sau mỗi thí nghiệm. -Xác định hoạt lực của men sau khi sấy. -Xử lý số liệu đo đạc bằng phần mềm thống kê. 3 Chƣơng 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Nấm Men 2.1.1Giới thiêụ chung về nấm men Nấm men đƣơc̣ ƣ́ng duṇg nhiều trong công nghê ̣sản xuất cồn , bia, rƣơụ vang , làm bánh mì,.. Tế bào mấm men giàu protein , vitamin, đƣơc̣ dùng để bổ sung dinh dƣỡng cho thƣ́c ăn gia súc và có thể sƣ̉ duṇg để sản suất thƣc̣ phẩm khác Theo J.lodder đa ̃xác điṇh có 349 loài nấm men , thuôc̣ 39 chi khác nhau. Teo J.A.Barnett, R.W.Payene và D.Yarrow xác điṇh có 340 loài nấm men, thuôc̣ 66 chi khác nhau. 2.1.2 Hình dạng Nấm men là vi sinh vâṭ điển hình cho nhóm nhân thâṭ . Tế bào nấm men thƣờng lớn hơn 10 lần so với vi khuẩ n. Tùy vào từng loại nấm men mà có các hình dạng khác nhau nhƣ hình cầu (Turolopsis), hình trứng hoặc ovan (nấm men bia , rƣơụ vang ), hình gậy (candida), hình cái liềm, hình thoi, hình bán cầu… 2.1.3 Cấu tạo tế bào Hình 2.1.3 Tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae. Cấu taọ tế bào nấm men gồm có : thành tế bào , màng, tế bào chất , nhân, ribosom, ti thể, môṭ hoăc hai không bào, hạt glycogen và votulin. Thành tế bào nấm men dầy khoảng 25 nm (chiếm 25% khối lƣơṇg khô của tế bào ). Đa số nấm men có thành tế bào cấu taọ bởi glucan và mannan . Môṭ số có thành tế bào chƣ́a kitin 4 và mannan . Trong thành tế bào nấm men còn c hƣ́a khoảng 10% protein (tính theo khối lƣơṇg khô), trong số này đa phần là enzym . Màng tế bào chất là màng plasma rất mỏng , khoảng 8nm và cũng gồm 3 lớp đƣơc̣ cấu taọ tƣ̀ các phƣ́c hơp̣ proteit , photpholipit, sterol. Cƣ́c năng chủ yếu của màng là vâṇ chuyển các chất từ môi trƣờng vào tế bào và ngƣợc lại. Tế bào chất hay nguyên sinh chất là hê ̣thống keo có đô ̣nhớt phu ̣thuôc̣ vào thời kì sinh trƣởng và các yếu tố sinh lý . Nhân tế bào hình tròn , đƣờng kính tƣ̀ 1- 2um. Nhân đƣợc bao boc̣ bởi một lớp màng , bên trong là lớp dịch nhân rong suốt có chƣ́a nhân con . Nhân con chƣ́a chromosome cấu taọ tƣ̀ protein và acid deoxiribonucleic. Không bào là môṭ túi chƣ́a đầy dic̣h tế bào . Tùy theo giai đoạn sinh trƣởng có thể có một hoặc hai không bào . Ở các tế bào trẻ không bào ít xuất hiện , ở tế bào già không bào trở lên lớn , có khi chiếm gần hết tế bào . Không bào là nơi chƣ́a các pr otease. Các enzym này tham gia quá trình tƣ ̣phân maṇh . 2.1.4 Thành phần hóa học của nấm men: 2.1.4.1 Các phản ứng từ glucose vật chất tế bào Các thành phần xuất hiện ở cả hai vế của phƣơng trình đã bị loại bỏ trừ CO2.Chất này tham gia 1 phần vào sinh trƣởng nấm men nhƣ 1 nguồn cacbon và do vậy vẫn có mặt trên vế trái của phƣơng trình . Các cofacto đều là các sndezonin nucleotit va AMP không có mặt vì đã loại đi nhờ phản ứng: AMP+ATP => 2ADP. Tƣơng tự , pirophotphat tọa thành trong một số phản ứng phân giải pirophotphat1 đã đƣợc loại bỏ nhờ phản ứng: PPve+H2O => 2Pve. Hình 2.1.4.1 Các phản ứng từ glucose vật chất tế bào 100 gam chất khô nấm men +40 ADP+701CO2. Công thức hóa học của nấm men này là :C3921H6365O2070N597P40S6. Trong tế bào của nó có :34,15% polisaccarit 5,0% trehaloza 5 10,8% axit nucleic và các nucleotit 4,5% photpholippit 2,5% triglixerit 1,0% sterol 3,1% các thành phần tro. Tổng 61,0% 39,0% protein. Hiđrat C, protein, các axit nucleic, và các muối vô cơ tạo nên gần nhƣ toàn bộ vật chất tế bào sẽ đƣợc xem xét dƣới đây: 2.1.4.2 Hiđrat C Hidrat C ở Sccharomyces cerevisiae chiếm trung bình 39,1% trọng lƣợng khô của tế bào. Ngoài các polisaccarit, glucan và glicogen đƣợc tạo lên từ các gốc glucoza mannan xảy ra ở mức độ 6-photphat. Do vậy sự sinh tổng hợp 2 polime này có thể biểu diễn bằng một phƣơng trình. Nấm men cũng chứa một đisaccarit có tên là trehaloza với số lƣợng đáng kể. Theo tính toán ,hàm lƣợng của trehaloza là 5% và do vậy phần hidrat C còn lại, 34,1% sẽ là các polisaccharit. 2.1.4.3 Protein. Hàm lƣợng protein ở nấm men trung bình nằm ở khoảng 39%. Con số này bao hàm cả các axit amin tự do nằm ỡ dạng dự trử. Thành phần axit amin của protein ở nấm menSaccharomyces Axit amin Mmol trên 100 g protein nấm men Alanin 114,70 Acginin 40,18 Asparagin 25,43 Axit aspactic 74,38 Xistein 1,65 Axit glutamic 75,45 Glutamin 26,33 Glixin 72,56 6 Histidin 16,55 Isoloxin 48,08 Lozin 74,08 Lizin 1,54 Metionin 12,66 Phenilalanin 33,44 Prolin 41,13 Xerin 46,33 Treonin 47,85 Triptophan 7,10 Tirozin 25,49 Valin 66,18 Bảng 2.1.4.3 các axit amin tự do có trong nấm men. 2.1.4.4 Các axit nucleic. Một nấm men có thành phần trung bình chứa 10,08% axit nucleic và các thành phần nucleotit của chúng Hàm lƣợng DNA thấp ,khoảng 0.3% nguyên liệu tế bào ,phần còn lại là các loại ARN khác nhau và các nucleic hòa tan. Vì rằng các phản ứng từ glucoza đến các nucleotit triphophat và đến ARN là nhƣ nhau nên sự tổng hợp cá nucleotit hòa tan ở nấm men có thể đƣợc biểu diễn bằng cùng một phƣơng trình nhƣ sự tổng hợp ARN. Hàm lƣợng AND ở nấm men chỉ bằng 1/25 hàm lƣợng ARN và các deoxiribonucleotit đƣợc tổng