Thao tác kỹ thuật trên Saccharomyces Cerevisia ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu

v

4.2.2 Phát triển dựa trên việc cải tiến hệ gen của chủng nấm men Saccharomyces
cerevisiae. 56
Tài liệu tham khảo: 57
PHỤ LỤC 60



vi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ

TCA: TriCarboxylic Acid cycle (chu trình acid citric).
EMP: Embden-Meyerhof Pathway (chu trình chuyển hóa Glucose thành pyruvate).
Chaperone: khả năng gấp cuộn của protein trƣớc điều kiện tác động nhiệt.
sHSPs: small Heat Shock Proteins : Nhóm gen chịu điều kiện shock nhiệt.
Marker: gen hoặc 1 đoạn DNA với 1 điểm nhận biết trên Nhiễm sắc thể dùng để định
danh các tế bào.
Episomal plasmid: Chứa điểm khởi đầu sao chép, cần thiết cho quá trình phiên mã của
gen nằm trong plasmid.
Centromeric plasmid: Chứa centromere đóng vai trò trong quá trình nhân đôi, phân
chia của gen trong plasmid.


vii


DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1.1: Sơ đồ quy trình sản xuất rƣợu vang trắng và vang đỏ[8]. 5
Hình 2.2.1: Một số loại nấm men: A: Lactobacillus-johnsonii, B: Candida, C:
LactobacillusAcidophilus, D: Saccharomyces cerevisiae [31] 9
Hình 2.3.1: Tế bào nấm men S. cerevisiae trong giai đoạn sinh sản bằng phƣơng pháp
tạo chồi [31]. 11
Hình 2.3.2: Tế bào nấm men S. cerevisiae cố định dƣới kính hiển vi điện tử)[26]. 11
Hình 2.3.3: Chu kỳ sinh sản của tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae [8]. 15
Hình 2.3.4: Quá trình sinh trƣởng của tế bào chồi con nấm men[8]. 16
Hình 2.3.5: Sinh sản bằng cách nẩy chồi ở nấm men (Sharma,1998) 17
Hình 2.3.6: Giai đoạn sinh sản hữu tính ở nấm men Saccharomyces cerevisiae
(Sharma, 1998) 18
Hình 2.4.1: Quá trình chuyển hóa glucose trong tế bào nấm men Saccharomyces
cerevisiae [1]. 21
Hình 2.4.2: Quá trình chuyển hóa glucose thành ethanol [31]. 22
Hình 2.5.1: Tác động của nhiệt độ lên mật độ tế bào[28]. 24
Hình 2.5.2: Sự sinh trƣởng của nấm men S. cerevisiea S228C trong môi trƣờng YPD
[19]. 27
Hình 2.5.3: Những sự thay đổi trong mức độ lên men tối đa [10]. 28
Hình 2.5.4: Những minh chứng của cho sự thay đổi pH trong quá trình lên men[10]. 30
Hình 2.5.5: Một số acid có mặt trong nội bào trong suốt quá trình lên men của hèm
nho ở 25
o
C [10]. 30
Hình 2.5.6: Sự thay đổi pH tại các nồng độ acid hữu cơ khác nhau [10]. 31
Hình 2.5.7: Ảnh hƣởng của SO
2
lên ethanol và acetaldehyde [9]. 32
Hình 2.5.8: Ảnh hƣởng của SO
2
lên acid malic và acid lactic [9]. 33


viii

Hình 2.5.9: Sự giảm glucose, ethanol, và nồng độ glycerol cũng nhƣ là sự phát triển
của nấm men dƣới những điều kiện khác nhau về nồng độ glucose [12]. 37
Hình 3.1.1: Cấu trúc của HSP26 [23]. 41
Hình 3.1.3: Mô hình cấu trúc không gian của gen HSP26 [24]. 42
Hình 3.1.4: Vị trí, kích thƣớc của YHR087W trên Nhiễm sắc thể VIII của nấm men
S.cerevisiae[30,31]. 43
Hình 3.1.5: Cấu trúc không gian của YHR087W [30]. 44
Hình 3.1.6: Mẫu thể hiện cơ chế của chaperone dƣới sự kiểm soát nhiệt độ của sHsp.
[25]. 45
Hình 3.1.7: Cơ chế nhân số lƣợng bản sao của gen HSP26 [22]. 46
Hình 3.1.8: Sơ đồ sự hình thành các chủng ICV16 (ICV27)-PPGK1-YHR087W. [22].
47
Hình.3.2.1: Hsp26 biểu hiện trong các chủng khác nhau trƣớc và sau khi sốc nhiệt
[17]. 48
Hình 3.2.2: Ảnh hƣởng của việc gắn gen HSP26 và YHR087W vào plasmid YEp352
trên gen biểu hiện và kháng stress. [22]. 49
Hình 3.2.3 : Tác động của việc gắn HSP26 và YHR087W vào centromeric plasmid
pRS316 lên chung ICV27 biểu hiện gen, stress thẩm thấu và khả năng lên men [22]. 51
Hình 3.2.4: Sự thay thế thích hợp promoter của gen HSP26 và YHR087W trên chủng
ICV16 và ICV27 bằng promoter SPI1 [22]. 52
Hình 3.2.5: Sự thay thế thích hợp promoter của HSP26 và YHR087W bằng PGK1 trên
cả hai chủng ICV16 và ICV27 [22]. 53


ix


DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần các chất có trong cấu trúc của nấm men đƣợc lạnh đông khô[8].
12
Bảng 2.2: Các thành phần hóa học trong nấm men đông khô[8]. 12
Bảng 2.3: Một số chủng nấm men saccharomyces cerevisiae[1]. 19
Bảng 2.4: Tác động điều kiện nhiệt độ lên các sản phẩm của quá trình lên men [28]. . 25
Bảng 2.5 : Sự tác động của yếu tố nhiệt độ lên quá trình lên men rƣợu trên chủng
Saccharomyces cerevisiae. 26
Bảng 2.6: Thông số động lực học và pH kết thúc quá trình lên men với những pH ban
đầu khác nhau trong môi trƣờng có sự thiếu hụt hoặc hiện diện của acid tartaric. 29
Bảng 2.7: Ảnh hƣởng của một số acid lên sự sự sinh trƣởng của nấm men. 30
Bảng 2.8: Các thông số đánh giá trong quá trình lên men với thành phần môi trƣờng
lên men chứa 20% glucose và các nguồn Nito ban đầu khác nhau[20]. 35
Bảng 2.9: Tác động của glucose lên một số yếu tố trong quá trình lên men[12]. 36
Bảng 3.1: Vị trí , thành phần nucleotide và acid amin cấu tạo của HSP26 [29] 41
Bảng 3.2: Vị trí, thành phần nucleotide, acid amin cấu tạo YHR087W [30]. 43
Chƣơng 1: Mở đầu

1

CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1.Đặt vấn đề chọn đề tài.
Các cuộc cách mạng sinh học phân tử đã mang lại những ý nghĩa mới lạ, tiến bộ
với các ứng dụng vào lên men và lƣu trữ rƣợu. Những nghiên cứu trên một số chủng
nấm men đã cung cấp những thông tin về môi trƣờng nuôi cấy và mật độ vi sinh vật
có trong rƣợu. Đồng thời cho thấy môi trƣờng nuôi cấy phụ thuộc vào phƣơng pháp
sinh học phân tử điều này trở thành những thông tin có giá trị trong công nghệ sản xuất
rƣợu. Những đoạn gen có giá trị cung cấp những cơ hội hiểu biết và khai thác ứng
dụng vi sinh trong sản xuất rƣợu cũng nhƣ là tìm ra chìa khóa của các nhân tố gen đây
là cơ sở phát triển giá trị thƣơng phẩm hoặc hạ giá thành của rƣợu[8].
Những tiến bộ trong lĩnh vực sinh học phân tử đã thay đổi quan điểm của các nhà
khoa học về việc đánh giá hệ vi sinh có trong rƣợu.Tạo nên cái nhìn mới về tính phức
tạp trong các phản ứng chuyển đổi từ các loại trái cây đến rƣợu vang mang đậm mùi vị
đặc trƣng [8].
Công nghệ sản xuất rƣợu đã và đang là một công nghệ chuyên nghiệp lâu đời ở
nhiều nƣớc trên thế giới. Phƣơng pháp truyền thống là dựa vào kinh nghiệm và kỹ
thuật thủ công. Nhƣng ngày nay, những thiết bị tự động hoá đang dần thay thế và đồng
thời kiểm soát đƣợc chất lƣợng cũng nhƣ cải thiện đƣợc vấn đề vệ sinh trong quá trình
sản xuất.
Rƣợu đại diện cho lịch sử ,nền văn hóa của một dân tộc. Ngày này ngƣời dùng
không chỉ quan tâm đến sự đa dạng của các loại rƣợu mà còn về chất lƣợng của sản
phẩm.Do đó việc cải thiện những kỹ thuật lên men trong quá trình sản xuất là yếu tố
quan mà nhà sản xuất hƣớng đến [1].
Việc cải thiện chất lƣợng,khả năng sinh tổng hợp lƣợng,loại bỏ chất độc hại,bổ
sung tăng hàm lƣợng chất dinh dƣỡng trong rƣợu là những yêu cầu cấp thiết đối với
công nghệ sản xuất rƣợu hiện nay[1].
1.2.Mục đích nghiên cứu.
Việc tối ƣu quá trình lên men tạo ra hàm lƣợng ethanol cao trở thành một yếu tố
quan trọng trong kỹ thuật hiện đại. Đã có rất nhiều nghiên cứu về những thay đổi kỹ
thuật trong quá trình lên men nhƣ pH, nhiệt độ, nồng độ đƣờng…Hiện nay với những
kỹ thuật tiên tiến về sinh học phân tử các nhà nghiên cứu đã không chỉ thay đổi những
yếu tố kỹ thuật truyền thống nhƣ trên mà còn tác động đến bộ gen của chủng vi sinh sử
dụng lên men rƣợu thông qua những kỹ thuật di truyền.
Chƣơng 1: Mở đầu

2

Nghiên cứu này chỉ ra hƣớng đi quan trong trong công nghiệp sản xuất rƣợu hiện
nay. Đầu tiên là sự tối ƣu hóa các điều kiện ảnh hƣởng lên quá trình lên men của
Saccharomyces cerevisiae đã giúp chất lƣợng rƣợu ngày càng trở nên hoàn hảo,
không những về chất lƣợng rƣợu mà còn tận dụng tối đa đƣợc nguồn nguyên liệu, tăng
khả năng đáp ứng của nấm men dƣới các điều kiện stress nhằm tạo ra lƣợng ethanol là
lớn nhất trong quá trình lên men rƣợu.
Bên cạnh đó, nghiên cứu này mở ra một hƣớng đi mới trong công nghệ sản xuất
rƣợu.Thay đổi xu hƣớng tác động kỹ thuật truyền thống lên quá trình lên men, thay
vào đó là tác động lên hệ gen của chủng vi sinh. Những tác động kỹ thuật ảnh hƣởng
tới giá trị cảm quan, chất lƣợng của rƣợu vang thành phẩm và thao tác kỹ thuật gen
trên 2 gen HSP26 và YHR087W nằm trong hệ gen của Saccharomyces cerevisiae đã
tăng lƣợng ethanol lên đến 10% so với thông thƣờng. Điều này đã chứng minh tầm
quan trọng của những thao tác kỹ thuật gen lên quá trình tối ƣu lƣợng ethanol sinh ra
cũng nhƣ là chất lƣợng rƣợu thành phẩm.
1.3.Nhiệm vụ của đề tài.
Tổng quan về chủng nấm men: Saccharomyces cerevisiae giống nấm men đƣợc
ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp lên men rƣợu hiện nay. Làm rõ những đặc điểm
sinh lý,di truyền,hệ gen các yếu tố tác động
Nghiên cứu các ảnh hƣởng kỹ thuật truyền thống lên quá trình lên men rƣợu bao
gồm:pH ,nhiệt độ, hàm lƣợng đƣờng,độ thẩm thấu, lƣợng ethanol sinh ra…Từ đó có
thể ứng dụng sản xuất để có chất lƣợng rƣợu phù hợp.
Nghiên cứu kỹ thuật gen thao tác trên gen HSP26 và YHR087W của
Saccharomyces cerevisiae. Cơ chế hoạt động sinh tổng hợp trong quá trình lên men.
Thao tác kỹ thuật nâng cao hàm lƣợng ethanol. Đánh giá kết quả mang lại qua các
nghiên cứu trên thế giới.
1.4.Ý nghĩa thực tiễn.
Những tác động kỹ thuật trong quá trình lên men rƣợu đã nâng cao chất lƣợng
rƣợu thành phẩm. Đồng thời, giảm thiểu chi phí cho quá trình sản xuất, mang lại hiệu
quả kinh tế và giá trị lợi nhuận cho nhà sản xuất. Ngoài những thay đổi về tác động kỹ
thuật truyền thống thƣờng dùng có thể dùng những thao tác trên kỹ thuật di truyền để
tạo ra những giống nấm men có khả năng tạo ra lƣợng ethanol lớn hơn so với chủng
thông thƣờng.
Thông qua những tác động lên chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae nhằm
giúp tạo nên một cơ sở dữ liệu về những điều kiện tác động kỹ thuật, về hệ gen và khả
năng thích ứng các yêu cầu trong công nghiệp sản xuất rƣợu của nấm men. Cũng nhƣ,
tìm cách giải quyết những khó khăn trong việc loại bỏ các độc tố, hợp chất hữu cơ,
Chƣơng 1: Mở đầu

3

acid hữu cơ có thể gây hại hoặc ảnh hƣởng đến chất lƣợng rƣợu trong quá trình sản
xuất.
Chƣơng 2: Tác động của các yếu tố truyền thống

4

CHƢƠNG 2: TÁC ĐỘNG CỦA CÁC YẾU TỐ TRUYỀN THỐNG
KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƢỢU VÀ TÁC ĐỘNG CỦA
CÁC YẾU TỐ TRUYỀN THỐNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÊN MEN RƢỢU
2.1.Khái quát chung về công nghệ sản xuất rƣợu vang.
2.1.1.Lịch sử sản xuất rƣợu vang
Lịch sự ra đời của rƣợu vang đã đồng hành cùng lịch sử nhân loại.Các nhà
khảo cổ cho rằng,rƣợu vang có xuất xứ từ khu vực Capcazo và Trung Đông khoảng
8000 năm về trƣớc. Các di khảo cổ tại Ai Cập cho thấy rằng rƣợu vang đã có mặt ở
đây từ 5000 trƣớc công nguyên.Khoảng 2000 năm trƣớc công nguyên sản xuất rƣợu
vang du nhập tới Hy Lạp và sau đó đƣợc truyền đi khắp Địa Trung Hải. Vào thế kỷ
XVI ,các nhà thám hiểm Châu Âu đã mang tới Châu Mỹ .Năm 1530 Ngƣời Tây
Ban Nha xâm chiếm Trung và Nam Mỹ bắt đầu trồng nho ở Mexico,Argentina…
Đến năm 1813 nghề trồng nho đã lớn mạnh ở tất cả những nơi mà thực dân Châu
Âu đặt chân tới.Tại Bắc Mỹ ,khoảng giữa thế kỷ XIX nghề trồng nho và làm rƣợu
thức sự mới phát triển[1,7].
Ngày nay trồng nho và sản xuất rƣợu vang đã trở thành một phần không thể
thiếu trong văn hóa và kinh tế nhân loại.Hằng năm có 26 tỷ lít rƣợu vang đƣợc sản
xuất ra[1].
Rƣợu vang đƣợc làm từ các loại nho nguyên chất và đƣợc lên men một cách tự
nhiên. Vì nho vốn có hai đặc tính tự nhiên là đƣờng và men nên nƣớc nho đƣợc ép
ra, trải qua một quy chình chế biến sẽ trở thành rƣợu vang.Rƣợu vang là một sản
phẩm của quy trình tinh xảo mà khởi đầu bằng việc quyết định thởi điểm thích hợp
nhất để hái nho.Tất cả các quy trình để làm rƣợu vang cơ bản đều giống nhau từ lúc
hái cho đến khi đóng chai.
Nguyên lý làm rƣợu vang cũng rất đơn giản ,tuy nhiên việc xủ lý nho, lên men
rƣợu van để tạo hƣơng vị mong muốn là cả một nghệ thuật.Trong quá trình sản xuất
các nhà nấu rƣợu cần đối các yếu tố giữa những mùi hƣơng dễ chịu với những mùi
khó chịu. Nồng độ rƣợu và acid cũng cần đƣợc điều tiết ,nếu cid vƣợt quá rƣợu sẽ
có vị chua,nếu nhiều cồn quá rƣợu sẽ sốc. Tác nhân quan trọng nhất trong sản xuất
rƣợu vạng là chủng vi sinh và chất lƣợng nho. Nguyên liệu chính sẽ quyết định
hƣơng vị , nồng độ cồn, độ chƣa, màu sắc của thành phẩm. Vang trắng, nho đƣợc
nghiền dịch quả và tách khỏi lớp vỏ trƣớc khi lên men. Vang đỏ lên men cùng vỏ.
Chất màu đỏ (anthocyanin)và một số chất khác từ vỏ quả đƣợc chiết tách trong quá
trình lên men và tạo thành màu đỏ cùng hƣơng vị đặc trƣng của vang đỏ. Vang hồng
Chƣơng 2: Tác động của các yếu tố truyền thống

5

có màu sắc hồng nhạt đƣợc làm từ nho đỏ theo công thức của lên men vang
trắng(không lên men cùng vỏ). Lƣợng chất màu đƣợc chiết ra trong quá trình ép
quả tạo màu cho rƣợu[1,7].
2.1.2.Sơ đồ quy trình công nghệ sản suất rƣợu vang trắng và vang đỏ:

Hình 2.1.1: Sơ đồ quy trình sản xuất rƣợu vang trắng và vang đỏ[8].

Xem chi tiết: Thao tác kỹ thuật trên Saccharomyces Cerevisia ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu