Nghiên cứu Sản Xuất Chất Chiết Nấm Men Giàu 5’ – Guanosine Monophosphate Từ Bã Nấm Men Bia

Luận văn nghiên cứu sản xuất chất chiết nấm men giàu 5'-GMP từ bã nấm men bia, ứng dụng trong công nghệ thực phẩm. Tối ưu hóa quy trình, nâng cao giá trị.

• Tác giả: Võ Ngọc Cẩm
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đống Thị Anh Đào
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống
• Đề tài: Nghiên cứu sản xuất chất chiết nấm men giàu 5’-guanosine monophosphate từ bã nấm men bia
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• DANH MỤC VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về chất chiết nấm men
• 1.2. Tổng quan về nấm men
• 1.2.1. Cấu trúc tế bào nấm men
• 1.2.2. Thành phần hóa học của nấm men
• 1.2.3. Ứng dụng của sinh khối nấm men
• 1.3. Phương pháp phá vỡ tế bào
• 1.3.1. Phá vỡ tế bào nấm men bằng phương pháp tự phân
• 1.3.1.1. Đặc điểm của quá trình tự phân
• 1.3.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tự phân
• 1.3.2. Phá vỡ tế bào nấm men bằng phương pháp thủy phân bởi enzyme
• 1.4. Quá trình thủy phân RNA thu nhận 5’-GMP bằng enzyme 5’-phosphodiesterase
• 1.4.1. Cấu tạo RNA
• 1.4.1.1. Cấu tạo hóa học và đặc điểm chung của RNA
• 1.4.1.2. Đặc điểm của RNA trong nấm men
• 1.4.1.3. Đặc điểm của 5’-GMP
• 1.4.2. Quá trình thủy phân RNA thu nhận 5’-GMP bằng enzyme 5’- phosphodiesterase
• 1.4.2.1. Đặc điểm của enzyme 5’-phosphodiesterase
• 1.4.2.2. Nguồn thu nhận
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Bã thải nấm men bia
• 2.2. Hệ đệm phosphate – citrate
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Quy trình thu nhận chất chiết nấm men giàu 5’-GMP
• 2.3.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3.2.1. Nghiên cứu quá trình phá vỡ tế bào bằng phương pháp tự phân
• 2.3.2.2. Nghiên cứu quá trình phá vỡ tế bào nấm men bằng phương pháp sử dụng enzyme
• 2.3.2.3. Khảo sát hàm lượng enzyme phosphodiesterase thực hiện quá trình thủy phân RNA để thu nhận 5’-GMP
• 2.3.2.4. Quá trình sản xuất thử chất chiết nấm men giàu 5’-GMP bằng phương pháp thủy phân RNA bởi enzyme phosphodiesterase
• 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.3.1. Phương pháp đo hàm ẩm
• 2.3.3.2. Phương pháp xác định hiệu suất trích ly protein
• 2.3.3.3. Xác định hàm lượng protein hòa tan bằng phương pháp Lowry
• 2.3.3.4. Xác định hàm lượng protein tổng bằng phương pháp Kjeldahl
• 2.3.3.5. Phương pháp xác định hàm lượng 5’-GMP
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Khảo sát quá trình phá vỡ tế bào nấm men bằng phương pháp tự phân
• 3.1.1. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất trích ly protein
• 3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian lên hiệu suất trích ly protein
• 3.2. Tối ưu hóa các điều kiện phá vỡ tế bào bằng phương pháp tự phân
• 3.2.1. Các thông số được lựa chọn để tiến hành quá trình tối ưu hóa
• 3.2.2. Quy trình tối ưu hóa hai thông số pH và thời gian tự phân
• 3.2.3. Kết quả thí nghiệm
• 3.3. Khảo sát quá trình phá vỡ tế bào bằng phương pháp sử dụng kết hợp enzyme endoprotease và exoprotease
• 3.3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ giữa enzyme endoprotease (Protamex) và hỗn hợp enzyme xử lý
• 3.3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ hỗn hợp enzyme xử lý (gồm enzyme Protamex và Flavouzyme)
• 3.4. Tối ưu hóa các điều kiện phá vỡ tế bào bằng phương pháp thủy phân bằng enzyme
• 3.4.1. Các thông số được lựa chọn để tiến hành quá trình tối ưu hóa
• 3.4.2. Quy trình tối ưu hóa hai thông số pH và thời gian tự phân
• 3.4.3. Kết quả thí nghiệm
• 3.5. Khảo sát hàm lượng enzyme phosphodiesterase thực hiện quá trình thủy phân RNA để thu nhận 5’-GMP
• 3.6. Sản xuất thử sản phẩm chất chiết nấm men giàu 5’-GMP bằng phương pháp thủy phân bởi enzyme phosphodiesterase
• 3.6.1. Hàm lượng 5’-GMP và các chỉ tiêu hóa lý trong sản phẩm chất chiết nấm men giàu 5’-GMP được sản xuất bằng phương pháp thủy phân bởi enzyme
• 3.6.2. Hàm lượng 5’-GMP và các chỉ tiêu hóa lý trong sản phẩm chất chiết nấm men giàu 5’-GMP được sản xuất bằng phương pháp tự phân
• 3.7. So sánh chất lượng sản phẩm thu được từ hai phương pháp tự phân và thủy phân bằng enzyme
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Chất Chiết Nấm Men GMP Định Nghĩa Ứng Dụng 55

Chất chiết nấm men (Yeast extract) là sản phẩm chứa các thành phần hòa tan của nấm men, chủ yếu gồm amino acid, peptide, carbohydrate và muối," theo Food Chemical Codex. Quá trình tạo ra chất chiết nấm men bao gồm thủy phân chuỗi peptide bằng enzyme từ chính nấm men hoặc enzyme thêm vào. Sản phẩm này được sử dụng trong công nghệ thực phẩm như phụ gia hoặc gia vị, có mặt trong súp, nước chấm, bánh snack và đồ hộp. Trong vi sinh, chất chiết nấm men là thành phần dinh dưỡng quan trọng trong môi trường nuôi cấy. Vitamin trong chất chiết nấm men có lợi cho sức khỏe con người (Youk và Ingram, 1996). Hiện nay, sản xuất chất chiết nấm men áp dụng hai quá trình chính: tự phân (autolysis) và thủy phân (hydrolysis). Sản phẩm được thương mại hóa ở dạng lỏng, paste và bột, trong đó dạng bột phổ biến hơn do ưu điểm trong vận chuyển và bảo quản. Theo luật thực phẩm châu Âu, chất chiết nấm men phải được ghi nhãn là "yeast extract" hoặc "natural flavour" mà không cần liệt kê chi tiết thành phần. Ứng dụng chất chiết nấm men có hai hướng chính: sản xuất thực phẩm và công nghệ vi sinh.

1.1. Ứng dụng chất chiết nấm men trong sản xuất thực phẩm

Trong công nghệ thực phẩm, chất chiết nấm men được sử dụng rộng rãi để tăng hương vị và nâng cao giá trị dinh dưỡng (Moresi và cộng sự, 1995). Mục đích chính là tạo hương vị thơm ngon và vị umami. Vị umami, thường được gọi là vị ngọt thịt, tăng cường cảm nhận hương vị tổng thể, đặc biệt quan trọng trong các sản phẩm chế biến sẵn như súp, nước sốt, và đồ ăn nhẹ. Chất chiết nấm men cung cấp các acid amin tự do, peptide, và nucleotide, tạo nên sự phức tạp trong hương vị và giúp cân bằng các hương vị khác, làm cho sản phẩm cuối cùng trở nên hấp dẫn hơn. Việc sử dụng chất chiết nấm men cũng giúp giảm lượng muối cần thiết trong công thức, mang lại lợi ích sức khỏe cho người tiêu dùng.

1.2. Ứng dụng chất chiết nấm men trong công nghệ vi sinh

Trong công nghệ vi sinh, chất chiết nấm men là một thành phần không thể thiếu trong môi trường nuôi cấy vi sinh vật. Nó cung cấp nguồn dinh dưỡng phong phú bao gồm các vitamin nhóm B, acid amin, và peptide, giúp vi sinh vật phát triển mạnh mẽ. Chất chiết nấm men đặc biệt hữu ích cho việc nuôi cấy các vi sinh vật khó tính, đòi hỏi các yếu tố tăng trưởng đặc biệt. Việc sử dụng chất chiết nấm men trong môi trường nuôi cấy giúp tăng sinh khối vi sinh vật, cải thiện hiệu suất của các quá trình lên men công nghiệp, và nâng cao chất lượng các sản phẩm vi sinh như enzyme, protein tái tổ hợp, và các hợp chất có hoạt tính sinh học. Chất lượng chất chiết nấm men sử dụng cũng ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của vi sinh vật.

II. Bã Nấm Men Bia Nguồn Tài Nguyên Tiềm Năng Sản Xuất GMP 58

Ngành công nghiệp sản xuất bia rượu đang phát triển mạnh mẽ, kéo theo sự gia tăng sản lượng bã nấm men bia. Tại Việt Nam, năm 2011, sản lượng bia toàn ngành đạt 2.620,7 triệu lít (Hội nghị VBA lần III). Chiến lược phát triển đến năm 2015 dự kiến sản lượng bia đạt 4 tỷ lít (Nghị quyết 2435/QĐ-BCT). Điều này thúc đẩy các nhà máy bia đầu tư và mở rộng sản xuất, đồng thời tạo ra một lượng lớn bã nấm men bia. Hiện nay, phần lớn bã nấm men được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi hoặc phân bón, chưa khai thác hết tiềm năng. Nấm men có hàm lượng protein cao, có ý nghĩa dinh dưỡng quan trọng. Khi phá vỡ tế bào để thu nhận dịch chiết, protein bị thủy phân thành các acid amin, peptide, polypeptide có giá trị dinh dưỡng cao. Nghiên cứu này tập trung vào việc khai thác bã nấm men bia thông qua hai phương pháp: tự phân và thủy phân bằng enzyme, nhằm thu nhận dịch bào giàu 5'-GMP có giá trị.

2.1. Giá trị dinh dưỡng và tiềm năng ứng dụng của bã nấm men bia

Bã nấm men bia không chỉ là một phụ phẩm của quá trình sản xuất bia mà còn là một nguồn tài nguyên giàu dinh dưỡng và tiềm năng ứng dụng cao. Thành phần chính của bã nấm men bia bao gồm protein, vitamin nhóm B, khoáng chất và các hợp chất có hoạt tính sinh học. Hàm lượng protein cao trong bã nấm men làm cho nó trở thành một nguồn bổ sung protein hiệu quả cho thức ăn chăn nuôi và thực phẩm. Các vitamin nhóm B đóng vai trò quan trọng trong các quá trình trao đổi chất của cơ thể. Tiềm năng ứng dụng của bã nấm men bia không chỉ giới hạn trong ngành thực phẩm và chăn nuôi mà còn mở rộng sang các lĩnh vực khác như dược phẩm và mỹ phẩm.

2.2. Thách thức trong việc khai thác bã nấm men bia

Mặc dù bã nấm men bia có nhiều tiềm năng, việc khai thác và sử dụng nó vẫn đối mặt với một số thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là vấn đề bảo quản và xử lý. Bã nấm men bia có độ ẩm cao và dễ bị phân hủy, gây ô nhiễm môi trường và làm giảm giá trị dinh dưỡng. Việc vận chuyển bã nấm men tươi từ nhà máy bia đến các cơ sở chế biến cũng gặp nhiều khó khăn. Ngoài ra, việc tách chiết và tinh chế các hợp chất có giá trị từ bã nấm men đòi hỏi các công nghệ phức tạp và chi phí đầu tư lớn. Cuối cùng, cần có các nghiên cứu sâu rộng hơn để đánh giá tính an toàn và hiệu quả của việc sử dụng bã nấm men bia trong các ứng dụng khác nhau.

III. Phương Pháp Tự Phân Tối Ưu Hóa Chiết Xuất Protein Từ Nấm Men 59

Nghiên cứu của Kunikawa (1960) đã mở ra hướng ứng dụng chất chiết nấm men trong công nghệ chế biến thực phẩm nhờ khả năng kích thích vị giác của 5'-GMP. 5'-GMP là một nucleotide cấu tạo nên RNA. Từ chất chiết nấm men, enzyme 5'-phosphodiesterase được sử dụng để thủy phân RNA thành các nucleotide tự do. Việc ứng dụng chất chiết nấm men giàu 5'-GMP vào công nghệ thực phẩm mang lại ý nghĩa to lớn. Phương pháp tự phân là một trong hai phương pháp chính được nghiên cứu để chiết xuất protein từ nấm men. Quá trình này bao gồm phá vỡ tế bào nấm men bằng enzyme của chính chúng, giải phóng các thành phần bên trong như protein và RNA. Việc tối ưu hóa các điều kiện tự phân là yếu tố then chốt để đạt được hiệu suất chiết xuất cao và chất lượng sản phẩm tốt.

3.1. Cơ chế và đặc điểm của quá trình tự phân nấm men

Tự phân là quá trình tự phân hủy tế bào nấm men dưới tác động của enzyme nội sinh. Quá trình này bắt đầu khi tế bào nấm men ngừng hoạt động và các enzyme thủy phân, như protease và RNAase, bắt đầu phân hủy các thành phần tế bào. Quá trình tự phân được ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm pH, nhiệt độ, thời gian và nồng độ muối. Tự phân có ưu điểm là đơn giản, không cần thêm enzyme ngoại sinh, nhưng hiệu suất chiết xuất có thể thấp hơn so với các phương pháp khác và sản phẩm có thể chứa các hợp chất không mong muốn. Kiểm soát chặt chẽ các điều kiện tự phân là rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tự phân nấm men

Hiệu suất tự phân nấm men chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố quan trọng. pH là một trong những yếu tố then chốt, ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme thủy phân. Nhiệt độ cũng đóng vai trò quan trọng, với nhiệt độ tối ưu thường nằm trong khoảng 45-55°C. Thời gian tự phân cần được điều chỉnh để đảm bảo quá trình phân hủy diễn ra hoàn toàn mà không gây ra sự biến đổi chất lượng sản phẩm. Nồng độ muối cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme và cần được kiểm soát. Việc tối ưu hóa các yếu tố này thông qua thiết kế thí nghiệm (DOE) có thể giúp đạt được hiệu suất tự phân cao nhất và chất lượng sản phẩm tốt nhất. Nấm men có tính chất khác nhau cũng ảnh hưởng đến hiệu suất chiết.

IV. Thủy Phân Enzyme Giải Pháp Sản Xuất Chất Chiết Nấm Men GMP 59

Bên cạnh phương pháp tự phân, thủy phân bằng enzyme là một giải pháp hiệu quả để sản xuất chất chiết nấm men. Phương pháp này sử dụng enzyme ngoại sinh, như protease và phosphodiesterase, để phá vỡ tế bào nấm men và thủy phân RNA thành 5'-GMP. Ưu điểm của thủy phân bằng enzyme là hiệu suất chiết xuất cao và khả năng kiểm soát quá trình tốt hơn so với phương pháp tự phân. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu lớn hơn do cần mua enzyme và thiết bị. Việc lựa chọn enzyme phù hợp và tối ưu hóa các điều kiện thủy phân là rất quan trọng để đạt được hiệu quả cao nhất.

4.1. Lựa chọn enzyme phù hợp cho quá trình thủy phân nấm men

Việc lựa chọn enzyme phù hợp là yếu tố then chốt trong quá trình thủy phân nấm men. Protease được sử dụng để phá vỡ protein trong tế bào nấm men, giải phóng các acid amin và peptide. Phosphodiesterase được sử dụng để thủy phân RNA thành 5'-GMP. Các loại protease khác nhau có thể có hoạt tính và đặc hiệu khác nhau, vì vậy việc lựa chọn protease phù hợp với thành phần protein của nấm men là rất quan trọng. Tương tự, việc lựa chọn phosphodiesterase có hoạt tính cao và ổn định cũng ảnh hưởng đến hiệu suất sản xuất 5'-GMP. Nhà sản xuất nên sử dụng các protease có tính đặc hiệu cao với ít hoạt động không mong muốn.

4.2. Tối ưu hóa điều kiện thủy phân enzyme để tăng hiệu quả sản xuất

Để tối ưu hóa quá trình thủy phân enzyme, cần kiểm soát chặt chẽ các điều kiện như pH, nhiệt độ, thời gian và nồng độ enzyme. pH ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme, với mỗi enzyme có một pH tối ưu riêng. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme và cần được điều chỉnh để đảm bảo enzyme hoạt động hiệu quả mà không bị biến tính. Thời gian thủy phân cần được điều chỉnh để đảm bảo quá trình phân hủy diễn ra hoàn toàn mà không gây ra sự biến đổi chất lượng sản phẩm. Nồng độ enzyme cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất cao nhất mà không lãng phí enzyme. Thiết kế thí nghiệm có thể giúp tối ưu hóa các điều kiện này một cách hiệu quả. Cần chú ý đến sự tương tác giữa các điều kiện khác nhau khi tối ưu hóa.

V. Ứng Dụng Chất Chiết Nấm Men GMP Tạo Vị Ngọt Giảm Muối 54

Chất chiết nấm men giàu 5'-GMP có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. Một trong những ứng dụng quan trọng nhất là tạo vị ngọt tự nhiên (umami) và tăng cường hương vị cho sản phẩm. 5'-GMP là một nucleotide có khả năng kích thích vị giác, tạo cảm giác ngon miệng và làm tăng sự hấp dẫn của thực phẩm. Ngoài ra, chất chiết nấm men còn có thể được sử dụng để giảm lượng muối cần thiết trong sản phẩm, giúp cải thiện sức khỏe cho người tiêu dùng. Ứng dụng chất chiết nấm men trong các sản phẩm như súp, nước chấm, đồ ăn nhẹ và thực phẩm chế biến sẵn giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và tăng tính cạnh tranh trên thị trường.

5.1. Tăng cường hương vị umami trong sản phẩm thực phẩm

5'-GMP là một nucleotide có khả năng kích thích vị giác, tạo cảm giác ngon miệng và làm tăng sự hấp dẫn của thực phẩm. Khi kết hợp với glutamate, 5'-GMP tạo ra hiệu ứng cộng hưởng, làm tăng cường vị umami lên nhiều lần. Điều này giúp cải thiện hương vị của các sản phẩm thực phẩm, đặc biệt là các sản phẩm chế biến sẵn như súp, nước chấm, và đồ ăn nhẹ. Ứng dụng chất chiết nấm men giàu 5'-GMP giúp tạo ra các sản phẩm có hương vị phong phú và hấp dẫn hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Chất chiết nấm men cần được xử lý để loại bỏ các tạp chất không mong muốn.

5.2. Giảm lượng muối trong công thức sản phẩm

Sử dụng chất chiết nấm men giàu 5'-GMP là một giải pháp hiệu quả để giảm lượng muối cần thiết trong công thức sản phẩm. 5'-GMP có khả năng tăng cường hương vị, giúp giảm sự phụ thuộc vào muối để tạo vị ngon. Việc giảm lượng muối trong sản phẩm mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe người tiêu dùng, giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch và huyết áp cao. Ứng dụng chất chiết nấm men giúp tạo ra các sản phẩm lành mạnh hơn, đáp ứng xu hướng tiêu dùng ngày càng quan tâm đến sức khỏe. Do đó, nhà sản xuất cần có công thức phối trộn phù hợp để đảm bảo hương vị.

VI. Kết Luận Tối Ưu Sản Xuất GMP Từ Bã Nấm Men và Triển Vọng 59

Nghiên cứu về sản xuất chất chiết nấm men giàu 5'-GMP từ bã nấm men bia đã mở ra một hướng đi mới trong việc tận dụng nguồn phụ phẩm công nghiệp, tạo ra sản phẩm có giá trị gia tăng cao. Việc tối ưu hóa các phương pháp chiết xuất, như tự phân và thủy phân enzyme, đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Ứng dụng chất chiết nấm men giàu 5'-GMP trong công nghiệp thực phẩm mang lại nhiều lợi ích, từ việc cải thiện hương vị đến giảm lượng muối trong sản phẩm. Trong tương lai, cần có thêm nhiều nghiên cứu để khám phá các ứng dụng tiềm năng khác của chất chiết nấm men trong các lĩnh vực như dược phẩm và mỹ phẩm.

6.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo để khai thác tối đa tiềm năng bã nấm men

Để khai thác tối đa tiềm năng của bã nấm men, cần có các hướng nghiên cứu tiếp theo. Nghiên cứu về các phương pháp chiết xuất mới, như sử dụng công nghệ siêu âm hoặc enzyme mới, có thể giúp tăng hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu về việc phân tách và tinh chế các hợp chất có giá trị khác từ bã nấm men, như vitamin và khoáng chất, cũng có thể mở ra các ứng dụng mới. Cuối cùng, cần có các nghiên cứu sâu rộng hơn về tính an toàn và hiệu quả của việc sử dụng chất chiết nấm men trong các ứng dụng khác nhau. Bên cạnh đó, đánh giá vòng đời sản phẩm và tác động đến môi trường cũng cần được xem xét.

6.2. Chính sách hỗ trợ và phát triển ngành sản xuất GMP từ phụ phẩm

Để thúc đẩy ngành sản xuất chất chiết nấm men từ phụ phẩm, cần có các chính sách hỗ trợ từ chính phủ và các tổ chức liên quan. Các chính sách này có thể bao gồm việc cung cấp kinh phí cho nghiên cứu và phát triển, hỗ trợ đào tạo nguồn nhân lực, và tạo điều kiện thuận lợi cho việc thương mại hóa sản phẩm. Ngoài ra, cần có các quy định và tiêu chuẩn chất lượng rõ ràng để đảm bảo an toàn và hiệu quả của sản phẩm. Việc khuyến khích sự hợp tác giữa các nhà máy bia, các cơ sở chế biến và các tổ chức nghiên cứu cũng có thể giúp thúc đẩy sự phát triển của ngành. Cần tạo ra chuỗi giá trị bền vững để đảm bảo tính kinh tế và môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo thống kê từ ngành sản xuất đồ uống, sản lượng bia tại Việt Nam năm 2011 đạt 2.620,7 triệu lít, tăng trưởng 9,5% so với năm 2010 và định hướng đạt mốc 4 tỷ lít với hơn 150 nhà máy sản xuất trên toàn quốc. Quá trình lên men công nghiệp quy mô lớn này tạo ra hàng chục nghìn tấn bã nấm men thải (Saccharomyces cerevisiae) mỗi năm. Mặc dù sinh khối nấm men bia chứa hàm lượng protein chất lượng cao từ 42% đến 46% và acid nucleic từ 6% đến 8%, nguồn phụ phẩm giàu dinh dưỡng này phần lớn mới chỉ được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi gia súc hoặc phân bón giá trị thấp, gây lãng phí tài nguyên sinh học và tạo áp lực xử lý môi trường.

Vấn đề then chốt đặt ra là phải tìm kiếm giải pháp công nghệ sinh học nhằm gia tăng giá trị cho nguồn phụ phẩm dồi dào này. Mục tiêu cụ thể của đề tài là nghiên cứu quy trình phá vỡ thành tế bào nấm men bia thông qua hai phương pháp tự phân và thủy phân bằng enzyme protease kết hợp; đồng thời ứng dụng enzyme 5’-phosphodiesterase để thủy phân RNA nội bào nhằm thu nhận chất chiết nấm men (yeast extract) giàu nucleotide 5’-guanosine monophosphate (5’-GMP).

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại Thành phố Hồ Chí Minh, sử dụng nguồn bã men thu nhận trực tiếp từ nhà máy bia Sapporo Việt Nam tại Khu công nghiệp Đức Hòa 3, tỉnh Long An trong giai đoạn năm 2012 đến năm 2013. Công trình có ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giải quyết bài toán nâng cao hiệu suất trích ly protein lên trên 54% và tạo ra dòng sản phẩm gia vị sinh học có vị umami tự nhiên, mở ra tiềm năng thay thế bột ngọt tổng hợp và gia tăng giá trị thương phẩm của bã nấm men lên gấp 3 đến 5 lần.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết sinh hóa về cấu trúc thành tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae và cơ chế xúc tác enzyme sinh học. Cấu trúc thành tế bào nấm men có độ dày khoảng 100 đến 200 nm, chiếm 15% đến 25% tổng khối lượng tế bào khô, bao gồm mạng lưới phức tạp giữa glucan, mannan và protein liên kết bền vững. Để giải phóng các chất hòa tan nội bào, đề tài vận dụng lý thuyết tự phân nhờ hệ enzyme nội bào tự nhiên kết hợp với lý thuyết thủy phân enzyme ngoại sinh nhằm cắt đứt liên kết peptide và mạng lưới mannoprotein.

Bên cạnh đó, nghiên cứu áp dụng lý thuyết thủy phân acid nucleic bằng enzyme exonuclease và mô hình tối ưu hóa bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM) theo quy hoạch thực nghiệm trực giao. Bốn khái niệm khoa học trọng tâm bao gồm:

1. Chất chiết nấm men (Yeast extract): Dung dịch chứa các thành phần hòa tan nội bào của nấm men sau khi phá vỡ tế bào, rất giàu acid amin, peptide ngắn và khoáng chất.
2. Vị Umami: Cảm nhận vị ngọt thịt tự nhiên được kích hoạt chủ yếu bởi sự phối hợp giữa L-glutamate và các 5’-ribonucleotide.
3. Guanosine 5’-monophosphate (5’-GMP): Một nucleotide cấu tạo từ RNA có khả năng kích thích vị giác mạnh mẽ và ứng dụng làm chất điều vị tự nhiên E627.
4. Tỷ lệ enzyme và cơ chất: Thông số động học phản ánh nồng độ chế phẩm enzyme so với khối lượng chất khô nấm men xử lý.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ 5 lô bã nấm men bia Saccharomyces cerevisiae tươi của nhà máy Sapporo Việt Nam. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu ngẫu nhiên phân tầng từ các mẻ lên men chính nhằm đảm bảo tính đại diện và đồng nhất về trạng thái sinh lý của tế bào nấm men. Cỡ mẫu nghiên cứu được thiết kế với dung dịch nấm men pha loãng ở nồng độ chất khô 10% đến 15% (w/v) cho mỗi mẻ thí nghiệm trích ly.

Để phân tích và đánh giá các chỉ tiêu khoa học, đề tài lựa chọn các phương pháp phân tích chuyên sâu gồm:

• Phương pháp Kjeldahl: Xác định hàm lượng protein tổng số thông qua định lượng nitơ hữu cơ, được chọn vì độ tin cậy và tính chuẩn mực quốc tế cao.
• Phương pháp Lowry: Xác định hàm lượng protein hòa tan trong dịch chiết, phù hợp với các dải nồng độ protein từ 10 đến 100 µg/mL nhờ độ nhạy vượt trội.
• Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC): Định lượng nồng độ 5’-GMP sau quá trình thủy phân RNA nhờ khả năng phân tách chọn lọc và độ chính xác phân tích cao.

Toàn bộ quá trình thực nghiệm được triển khai theo quy trình logic kéo dài trong 12 tháng, bao gồm khảo sát đơn yếu tố (pH, thời gian, tỷ lệ enzyme), tối ưu hóa đa yếu tố bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm và thử nghiệm sản xuất mẫu bột chất chiết nấm men.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình nghiên cứu thực nghiệm đã ghi nhận 4 phát hiện khoa học mang tính bước ngoặt:

Thứ nhất, ở phương pháp phá vỡ tế bào bằng tự phân, các điều kiện tối ưu được xác định tại giá trị pH bằng 6,10 và thời gian tự phân là 30,20 giờ ở nhiệt độ 50°C. Hiệu suất trích ly protein hòa tan của phương pháp này đạt giá trị cực đại là 49,96% (mẫu thực nghiệm so sánh đạt 50,82%).

Thứ hai, phương pháp phá vỡ tế bào bằng hệ enzyme kết hợp giữa Protamex (endoprotease từ Bacillus) và Flavourzyme 500L (exoprotease từ Aspergillus oryzae) mang lại hiệu quả vượt trội. Tối ưu hóa điều kiện phản ứng xác định tỷ lệ Protamex chiếm 45,63% trong hỗn hợp enzyme và tỷ lệ enzyme/cơ chất là 4,60% (w/w). Hiệu suất trích ly protein đạt mức tối đa 54,15%, cao hơn 4,19% so với phương pháp tự phân truyền thống.

Thứ ba, khảo sát quá trình thủy phân RNA nội bào bằng enzyme 5’-phosphodiesterase I ghi nhận hàm lượng enzyme xử lý tối ưu là 0,3%. Mức nồng độ này đảm bảo phân giải hoàn toàn các mạch RNA mạch đơn thành các 5’-nucleotide tự do.

Thứ tư, kết quả phân tích sắc ký lỏng HPLC cho thấy hàm lượng 5’-GMP trong mẫu sản xuất bằng phương pháp tự phân đạt 190 mg/L, cao hơn 26,67% so với mẫu sản xuất bằng phương pháp thủy phân enzyme (đạt 150 mg/L) khi sử dụng cùng tỷ lệ nuclease 0,3%.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất trích ly protein vượt trội ở phương pháp thủy phân enzyme (54,15%) được giải thích nhờ tác dụng hiệp đồng giữa hai loại enzyme: Protamex đóng vai trò cắt đứt các liên kết peptide bên trong chuỗi polypeptide của màng tế bào, tạo điều kiện cho Flavourzyme tiếp tục giải phóng nhanh các acid amin tận cùng. Tuy nhiên, hàm lượng 5’-GMP ở mẫu tự phân lại cao hơn đáng kể (190 mg/L so với 150 mg/L). Nguyên nhân chính là do quá trình tự phân kéo dài 30,20 giờ đã kích hoạt hệ enzyme nuclease nội bào tự nhiên hoạt động bền bỉ, giúp giải phóng lượng RNA tự do hòa tan vào dịch chiết nhiều hơn trước khi bổ sung enzyme phosphodiesterase ngoại sinh.

Kết quả nghiên cứu về nhiệt độ tối ưu 50°C và pH 6,10 hoàn toàn tương thích với các công bố quốc tế về công nghệ tự phân nấm men bia, đồng thời khẳng định nhiệt độ vượt quá 54°C sẽ gây biến tính hệ enzyme thủy phân.

Về mặt biểu diễn dữ liệu khoa học, mối quan hệ tương tác phức hợp giữa pH và thời gian tự phân lên hiệu suất trích ly protein có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua biểu đồ bề mặt đáp ứng 3D (Response Surface Plot). Biểu đồ này thể hiện rõ vùng cực trị hình parabol với đỉnh cao nhất tại điểm (pH 6,10; 30,20 giờ). Đồng thời, sự khác biệt về các chỉ tiêu chất lượng giữa hai phương pháp có thể được chuẩn hóa qua một bảng so sánh đa tiêu chí, làm nổi bật sự đánh đổi giữa hiệu suất thu hồi protein và hàm lượng chất tạo vị 5’-GMP.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả đạt được, đề tài đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và triển khai cụ thể:

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình rửa và khử đắng bã nấm men bia trước khi phá vỡ tế bào. Bộ phận kỹ thuật nhà máy cần tiến hành rửa bã men bằng nước sạch ở 40°C hoặc xử lý kiềm loãng nhẹ nhằm loại bỏ trên 95% hợp chất đắng từ hoa hublon, hoàn thành tiêu chuẩn hóa trong vòng 3 tháng đầu triển khai.

Thứ hai, ứng dụng quy trình phá vỡ tế bào kết hợp thủy phân RNA quy mô pilot 100 lít/mẻ. Bộ phận R&D phối hợp với kỹ sư vận hành điều chỉnh bồn phản ứng ở thông số pH 6,10, nhiệt độ 50°C, thời gian 30 giờ và bổ sung 0,3% enzyme phosphodiesterase I, hướng tới mục tiêu sản xuất 100 kg dịch chiết giàu 5’-GMP mỗi ngày trong lộ trình 6 tháng.

Thứ ba, đầu tư hoàn thiện hệ thống sấy phun công nghiệp để chuyển hóa dịch chiết nấm men dạng lỏng thành sản phẩm dạng bột mịn. Mục tiêu kỹ thuật cần đạt độ ẩm bột dưới 5%, gia tăng thời hạn bảo quản lên từ 12 đến 24 tháng và thuận tiện cho việc đóng gói, phân phối thương mại trong quý tiếp theo.

Thứ tư, xây dựng mô hình liên kết chuỗi tuần hoàn giữa các nhà máy bia và các doanh nghiệp chế biến thực phẩm. Đề xuất Hiệp hội Bia - Rượu - Nước giải khát Việt Nam làm đầu mối kết nối, đặt mục tiêu thu gom và tái chế 50.000 tấn bã men bia thải mỗi năm trên phạm vi toàn quốc từ nay đến năm 2028.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của công trình mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cho 4 nhóm đối tượng chính:

Thứ nhất, các doanh nghiệp sản xuất thực phẩm, gia vị và nước chấm: Tài liệu cung cấp thông số kỹ thuật chi tiết để sản xuất chất tạo vị umami tự nhiên chứa 150 đến 190 mg/L 5’-GMP, hỗ trợ phát triển các dòng sản phẩm sạch (clean label) nhằm thay thế phụ gia hóa học.

Thứ hai, ban quản lý kỹ thuật tại các nhà máy sản xuất bia: Cung cấp giải pháp xử lý triệt để nguồn bã men thải chiếm từ 1% đến 2% sản lượng bia, giúp giảm thiểu 30% đến 40% chi phí xử lý nước thải và tạo thêm nguồn doanh thu phụ trợ.

Thứ ba, giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm & Công nghệ Sinh học: Cung cấp case-study thực tế về phương pháp tối ưu hóa bề mặt đáp ứng RSM, kỹ thuật sắc ký HPLC định lượng nucleotide và phương pháp phối trộn hệ enzyme protease.

Thứ tư, các công ty sản xuất môi trường nuôi cấy vi sinh và thức ăn dinh dưỡng: Sử dụng số liệu về dịch chiết có hàm lượng protein hòa tan trên 54% và phức hợp vitamin nhóm B phong phú để xây dựng công thức môi trường dinh dưỡng nuôi cấy nấm men và vi khuẩn probiotic.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao hàm lượng 5’-GMP ở mẫu tự phân (190 mg/L) lại cao hơn mẫu thủy phân bằng enzyme (150 mg/L)? Quá trình tự phân diễn ra trong 30,20 giờ ở 50°C tạo điều kiện cho hệ enzyme nội bào giải phóng triệt để các cấu trúc RNA hòa tan ra khỏi phức hợp tế bào chất. Lượng RNA tự do lớn này trở thành cơ chất dồi dào cho enzyme phosphodiesterase tác dụng, giúp tạo ra lượng 5’-GMP cao hơn 26,67% so với phương pháp thủy phân enzyme ngắn hạn.

Sự kết hợp giữa enzyme Protamex và Flavourzyme mang lại lợi thế gì trong công nghệ chế biến? Protamex là endoprotease cắt các liên kết bên trong chuỗi polypeptide, trong khi Flavourzyme là exoprotease giải phóng acid amin ở đầu chuỗi. Sự kết hợp với tỷ lệ Protamex 45,63% tạo cơ chế hiệp đồng phá hủy nhanh chóng màng tế bào nấm men, nâng cao hiệu suất trích ly protein lên mức kỷ lục 54,15%.

Tại sao nhiệt độ tự phân lại phải khống chế chính xác ở 50°C? Ở 50°C, các enzyme protease và nuclease nội bào của tế bào nấm men đạt hoạt độ tối đa. Nếu nhiệt độ tăng lên quá 54°C, các phân tử enzyme sẽ bị biến tính nhiệt và mất hoạt tính xúc tác, làm suy giảm nghiêm trọng hiệu suất thu hồi dịch chiết.

Phương pháp sắc ký HPLC đóng vai trò gì trong đánh giá chất lượng sản phẩm? Sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC với đầu dò UV tại bước sóng 260 nm cho phép tách và định lượng chính xác từng nucleotide riêng biệt, đặc biệt là 5’-GMP ở nồng độ từ 150 đến 190 mg/L mà các phương pháp đo quang phổ thông thường không thể phân tách được.

Tại sao sản phẩm chất chiết nấm men cần được chế tạo thành dạng bột? Dịch chiết lỏng sau thủy phân có hàm lượng ẩm cao và dễ bị vi sinh vật xâm nhập. Quá trình sấy khô đưa độ ẩm sản phẩm về dưới mức 5% giúp tăng độ bền sinh hóa, kéo dài thời hạn bảo quản từ 12 đến 24 tháng và thuận tiện trong vận chuyển, phối trộn gia vị thực phẩm.

Kết luận

• Công trình đã giải quyết thành công bài toán tái chế phụ phẩm bã nấm men bia từ nhà máy Sapporo Việt Nam thành chất chiết nấm men giàu 5’-GMP.
• Xác định bộ thông số tự phân tối ưu tại pH 6,10 trong 30,20 giờ, đem lại hiệu suất trích ly protein 49,96% và hàm lượng 5’-GMP ấn tượng đạt 190 mg/L.
• Thiết lập quy trình thủy phân bằng hệ enzyme kết hợp Protamex (45,63%) và Flavourzyme (tổng enzyme 4,60%), đạt hiệu suất trích ly protein cao kỷ lục 54,15%.
• Ứng dụng thành công enzyme 5’-phosphodiesterase với tỷ lệ 0,3% để chuyển hóa hiệu quả nguồn RNA sinh khối thành chất điều vị tự nhiên.
• Định hình quy trình công nghệ hoàn chỉnh từ xử lý bã men thô, thủy phân có kiểm soát đến sấy bột thành phẩm.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là cung cấp cơ sở khoa học và quy trình công nghệ chuẩn xác để sản xuất chất điều vị sinh học umami từ phụ phẩm công nghiệp bia. Trong giai đoạn 6 đến 12 tháng tới, các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung nâng cấp hệ thống lên quy mô pilot 500 lít và hoàn thiện hồ sơ đăng ký an toàn thực phẩm. Các doanh nghiệp chế biến thực phẩm và nhà đầu tư quan tâm đến công nghệ sản xuất gia vị sinh học hãy liên hệ hợp tác để nhận chuyển giao công nghệ và sớm thương mại hóa dòng sản phẩm tiềm năng này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Thành tế bào Thành tế bào của nấm men dày khoảng 100 – 200nm, chiếm 15 – 25% khối lượng tế bào. Thành tế bào có nhiệm vụ bảo vệ tế bào khỏi các tác động bên ngoài, đồng thời điều chỉnh mức độ thẩm thấu chất dinh dưỡng và thải ra ngoài các sản phẩm trao đổi chất. Thành tế bào nấm men được cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau. Trong đó, đáng kể nhất là: glucan, manan, protein, lipid và một số thành phần nhỏ khác như kitin.

Thành phần chính là polysaccharide (80 – 90%) chủ yếu là glucan và mannan, còn lại là protein, lipid và glucosemin. Trên có nhiều lỗ để hấp thu các chất dinh dưỡng và các sản phẩm trao đổi chất thải ra [2] [22]. Manan: là hợp chất cao phân tử của D-manose, mỗi phân tử manan thường chứa từ 200÷400 thành phần manose. Thường manan liên kết với protein theo tỷ lệ 2:1.

Manan thường có mối liên kết α-1,6 ; α-1,2 ; β-1,3, phân tử lượng của chúng khoảng 5. Glucan: là hợp chất cao phân tử của D-glucose. Đó là một polysaccharide phân nhánh có liên kết β-1,6 và β-1,3. Cả hai thành phần này phân bố đều trên thành tế bào.

Protein: thường được liên kết với các thành phần khác, ví dụ như manan. Trong thành phần của chúng chứa nhiều acid amine khác nhau, như glycine, alanine, tyrosine, leucine, isoleucine, asparagine, glutamine, phenylalanine, và một lượng nhỏ serine, histidine, tryptophan. Phức hợp protein-manan rất bền vững do đó tế bào nấm men rất khó bị phá vỡ. Thường thì các polysaccharide nằm phía ngoài và protein nằm phía trong gần bào tương.

Kitin: thường nằm ở phần nảy chồi. Chúng chiếm một số lượng rất nhỏ, khoảng 3%. Đây là chất rất bền vững, không bị enzyme phân hủy, vì vậy chúng có tác dụng bảo vệ chồi trong khi chồi còn non. Khi tế bào con phát triển, tách khỏi tế bào mẹ, nơi tạo ra tế bào con này sẽ tạo ra vết sẹo và không bao giờ ở vị trí này tạo ra một chồi mới.

7 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan Thực ra, thành tế bào gồm 3 lớp: lớp ngoài là màng nhẵn dày 10 đến 30nm gồm chủ yếu là lypoprotein, lớp tiếp theo chứa phức hợp mannan protein dày 100nm, lớp trong cùng có thể là chất keo hoặc sợi li ti dày từ 10 đến 250nm, cấu tạo từ những gốc glucan gồm 94% glucose và khoảng 6% hexoamin. Ngoài ra, còn thấy trong thành tế bào nấm men có lipid ở dạng phospholipid, chúng chiếm khoảng 1÷10%. Ở thành tế bào, người ta phát hiện có hai vùng có tính thẩm thấu có chọn lọc đối với các chất khác nhau. Vỏ này chứa các lỗ có đường kính đến 3,6nm, qua đó nước và các chất dinh dưỡng cần thiết cho tế bào được đi vào bên trong.

Các enzyme được tách ra từ tế bào tập trung ở các lớp này, chúng thủy phân các đường có phân tử lớn như maltose, saccarose…không có khả năng thẩm thấu vào bên trong tế bào. Nhờ đó, các đường maltose, saccarose…được đồng hóa ở bên trong tế bào. Màng nguyên sinh chất Tế bào chất được bao bọc bởi một lớp màng mỏng, chiều dày không quá 0,1nm. Màng có cấu tạo từ những hợp chất phức tạp như protein, phospholipid, enzyme permease.

Trong thời kỳ còn non, màng nguyên sinh chất bám sát lấy thành tế bào, làm cho khả năng trao đổi chất của nấm men trở nên rất mạnh. Ngược lại, ở thời kì tế bào già, màng nguyên sinh chất co lại, tạo ra một khoảng trống giữa thành tế bào và chất nguyên sinh, vì thế mà khả năng trao đổi chất của nấm men gặp khó khăn. Màng nguyên sinh chất có 4 chức năng cơ bản: tác dụng như rào chắn thẩm thấu, điều chỉnh chất dinh dưỡng từ môi trường vào trong tế bào và ngược lại cho các sản phẩm trao đổi chất ra ngoài tế bào, thực hiện sinh tổng hợp một số hợp phần của tế bào (các cấu tử của vỏ tế bào), nơi khu trú một số enzyme và cơ quan của tế bào (như ribosome). Vận chuyển chất qua màng liên quan đến tính thẩm thấu của màng.

Đặc tính này trước hết phụ thuộc vào các enzyme phospholipase và lipase. 8 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan Chất nguyên sinh Tế bào chất là một chất lỏng dạng keo có tính acid (pH = 5,25), chứa chủ yếu là các ion và các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp, các đại phân tử hòa tan (như enzyme, protein, glycogen). Trong đó 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, lysosome, không bào (chứa các sản phẩm bị phân cắt, hay chất độc có thể có hại cho tế bào). Các tế bào nấm men khi già sẽ xuất hiện không bào.

Trong không bào có chứa các enzyme thủy phân, polyphosphate, lipid, ion kim loại, các sản phẩm trao đổi chất trung gian. Ngoài tác dụng là một kho dự trữ, không bào còn có chức năng điều hòa áp suất thẩm thấu. 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 thông tin di truyền cho tế bào và 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 không bào (vacuole), bên trong chứa 6 cặp nhiễm sắc thể và bên ngoài màng nhân có nhiều ty thể bám quanh. Ngoài ra còn có hạt glycogen, voluntin, hạt mỡ dự trữ chất dinh dưỡng cho tế bào. Tế bào chất luôn luôn chuyển động, theo một chiều xung quanh thành tế bào. Độ nhớt của tế bào chất lớn hơn độ nhớt của nước 800 lần.

Nhân Tế bào nấm men có nhân thật, hình bầu dục hay hình cầu, đường kính nhân vào khoảng 2µm. Nhân được bao bọc một lớp màng, bên trong là lớp dịch nhân và trong đó có một thể rắn gọi là hạch nhân hay nhân con. Màng nhân tham gia vào điều hòa các quy trình trong nhân bằng cách thay đổi tính thấm và thông báo trực tiếp giữa nhân và tế bào chất. Thành phần hóa học chủ yếu của nhân là acid deoxyribonucleic (DNA).

Bên trong nhân chứa đầy nucleoplasma trong suốt và những sợi chỉ nhỏ dài gọi là cromoxom – thành phần cấu tạo từ protein và axit deoxyribonucleic. 9 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan Cromoxom đóng vai trò quan trọng trong tế bào, thực hiện chức năng di truyền và trao đổi chất, kiểm soát sự phân hóa tế bào và tổng hợp protein, lipoprotein và các quá trình khác, kể cả sự sinh sản của tế bào. Quá trình nẩy chồi xảy ra cùng với việc tách làm hai, khi tạo nang bào nhân sẽ tách thành nhiều phần, tùy theo số nang bào tạo thành. Không bào Không bào là một túi chứa đầy dịch tế bào.

Tùy theo giai đoạn sinh trưởng trong đó có thể có 1 hoặc 2 túi bé hơn. Ở các tế bào “trẻ”, không bào ít xuất hiện, ở các tế bào “già” không bào trở nên lớn, có khi chiếm gần hết tế bào. Điều này là do trong quá trình trao đổi chất, không bào là chỗ tạm chứa các sản phẩm trung gian và sau đó thải vào protoplasma để chịu những biến đổi tiếp theo. Đến khi quá trình trao đổi chất kết thúc, các chất không bị biến đổi sẽ tích tụ trong không bào – đẩy protoplasma về phía thành tế bào.

Ty thể Ty thể có dạng hạt nhỏ, dạng que hoặc dạng sợi mảnh phân bố trong tế bào chất ở khoảng giữa vỏ tế bào và không bào. Có thể thấy chúng ở tất cả các giai đoạn sinh trưởng của tế bào nấm men: thời kì yên tĩnh, nảy chồi, sinh bào tử…chiều dài của sợi ty thể là 0,2 -7,5µm. Hình dáng của chúng có thể thay đổi trong quá trình nuôi cấy, có thể là từ các hạt hoặc que hay sợi đơn đến kết hợp thành chuỗi. Mạng lưới nội chất Trong tế bào của nấm men có chứa hệ thống màng hai lớp, được gọi là mạng lưới nội chất.

Một số màng có kết hợp với ribosome. Mặc dù mạng lưới nội chất của nấm men cũng giống như các vi sinh vật khác có tham gia hoạt động của tế bào. Song mối quan hệ giữa mạng lưới này với các cơ quan nội bào khác vẫn chưa biết rõ ràng. Thành phần hóa học của tế bào nấm men 10 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan Thành phần hóa học và dinh dưỡng của nấm men phụ thuộc vào chủng giống, môi trường, trạng thái sinh lý cũng như điều kiện nuôi cấy.

Thành phần cơ bản và chủ yếu của tế bào nấm men là nước, chiếm đến 75% và có khoảng 25% chất khô.2: Thành phần sinh khối của nấm men khô [19] Thành phần Hàm lượng (%) Độ ẩm 2-5 Protein 42 - 46 Cacbohydrate 30 - 37 Acid nucleic 6-8 Lipid 4–5 Khoáng chất 7-8 Từ các dữ liệu trình bày trong bảng, Rosen đã cho rằng nấm men có công thức phân tử xấp xỉ C4,02H6,5O2,11N0,43P0,03. Các thành phần có chứa carbohydrate là thành phần cấu trúc: như thành tế bào (đa số), và các hợp chất liên quan đến nguồn dinh dưỡng dự trữ, khả năng kháng stress, như glycogen và trehalose. Thành phần hóa 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. Thành phần chất khô của tế bào nấm men bao gồm protein, lipid, polysaccharide, mô tế bào, tro và có thể thay đổi trong quá trình nuôi cấy cũng như quá trình lên men.

Trong đó, carbohydrate gồm: polysaccharide, glycogen, trehalose, mannan, glucan và chitin. Chất chiết nấm men gồm một số phần hòa tan trong nước như acid amin, peptide, carbohydrate và muối. Hàm lượng trehalose trong nấm men càng cao thì vách tế bào nấm men càng bền. Chất mỡ của nấm men là mỡ trung tính glycerol, phospholipid, sterol tự do và nhiều sterol, este.

11 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan Glucid của tế bào nấm men chủ yếu là glycogen (C6H10O5), đây là chất dự trữ của tế bào. Theo thành phần cấu tạo, glycogen giống như amylopectin nhưng điểm khác nhau là khối lượng phân tử lớn hơn. Hàm lượng của glycogen trong tế bào nấm men chiếm từ 0 – 40% và tùy thuộc vào môi trường dinh dưỡng. Trong môi trường nuôi cấy dư đường, lượng glycogen tăng đáng kể.

Trong giai đoạn đầu của quá trình lên men, nồng độ đường còn cao, hàm lượng glycogen tích lũy sẽ cao. Khi lượng đường giảm, nấm men sẽ sử dụng glycogen để duy trì sự sống. Dưới tác dụng của α-amylase, glycogen sẽ biến thành maltose và dextrin.