Tải bản đầy đủ

BÁO CÁO VI SINH QUÁ TRÌNH LÊN MEN AXIT AXETIC VÀ ỨNG DỤNG SẢN XUẤT GIẤM

CHƯƠNG I. ĐẶT VẤN ĐỀ
I.1. Tình hình chung
Ngày nay, khi nền kinh tế ngày càng phát triển, mức sống con người
được nâng cao thì nhu cầu ăn uống của con người ngày càng được quan tâm và
đòi hỏi các mặt hàng không những phải đa dạng phong phú mà còn phải có
tính dược phẩm, dinh dưỡng.
Từ xưa, giấm đã là một nhân tố quan trọng và được sử dụng rộng rãi
trong ẩm thực, nội trợ là loại thực phẩm được con người biết đến từ hàng ngàn
năm nay và đã trở thành văn hóa ẩm thực không thể thiếu trong mỗi bữa ăn của
gia đình cũng như trong những dịp quan trọng như ngày lễ, tết của nhiều quốc
gia. Ngày nay giấm còn được sử dụng như là một loại dầu, kem làm trắng
da, mượt tóc cho phái đẹp và được sử dụng rộng rãi hơn phát triển
theo nhu cầu ngày càng cao của con người.
I.2. Lịch sử hình thành và phát triển của giấm
Ứng dụng của giấm làm gia vị đã được hàng thế kỉ. Giấm được dùng như
vị thuốc, tác nhân phá hủy và chất bảo quản. Vào thời trung nguyên, những nhà
luyện kim đổ giấm lên trên chì để tạo chì axetate.
Thời kì Phục hưng, làm giấm là nghề đem lại lợi nhuận ở Pháp. Nước này
đã sản xuất gần 150 loại giấm có mùi vị từ việc bổ sung tiêu, cỏ ba lá, hoa hồng,
thì là, và mâm xôi. Sản xuất giấm cũng được phát triển ở Anh, sinh lời đến nỗi
năm 1693 Nghị viện thiết lập thuế trên giấm – bia. Vào thời kì đầu ở Mỹ, sản

xuất giấm rượu táo là nền tảng của nông nghiệp và kinh tế hộ gia đình, được giá
gấp 3 lần rượu táo thô truyền thống.
Sự chuyển từ rượu hay nước trái cây sang giấm là quá trình hóa học trong
đó rượu ethylic bị oxy hóa tạo axid axetic.
Về mặt lịch sử, nhiều phương pháp khác đã được dùng để tạo giấm. Ở
phương pháp chậm, tự nhiên vại rượu táo để mở đặt trong nhiệt độ phòng. Suốt
khoảng vài tháng, nước trái cây lên men thành rượu và sau đó bị oxy hóa thành
acid acetic.
Phương pháp Orleans (Pháp) được gọi là phương pháp liên tục. Nước trái
cây được thêm định kì vào những mẻ giấm nhỏ và trữ trong thùng gỗ. Khi nước
trái cây chua, ta sẽ vớt ra ở trên thùng.
Cả phương pháp chậm và liên tục đều đòi hỏi vài tháng để sản xuất giấm.
Trong sản xuất giấm thương mại hiện nay, phương pháp thông thường và

1


phương pháp lên men chìm được ứng dụng. Những phương pháp này dựa trên
mục tiêu pha trộn nhiều oxy đến mức có thể vào sản phẩm rượu.
I.3.Mục tiêu
Thông qua chuyên đề này, chúng ta sẽ tìm hiểu khái quát về công nghệ
lên men, cơ chế của quá trình lên men, những ứng dụng trong thực tế đời sống,
… Qua đó, hiểu rõ hơn về giấm, quá trình sản xuất cũng như thành phần và giá
trị dinh dưỡng của giấm - một trong những ứng dụng của công nghệ lên men.
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH LÊN MEN AXIT AXETIC
II.1. Bản chất của quá trình lên men axit axetic

Lên men axetic là quá trình oxy hóa rượu thành axit axetic, nhờ vi khuẩn
axetic, trong điều kiện hiếu khí. Dung dịch rượu loãng trộn với Acetobacter và
giữ ở nơi thoáng khí, ấm sẽ tạo ra giấm trong vòng vài tháng. Các phương pháp
sản xuất giấm công nghiệp, người ta tăng tốc độ phản ứng bằng cách cung cấp
nhiều ôxy cho vi khuẩn.
Phương trình tổng quát:
C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O + 117 Kcal
II.2. Cơ chế của quá trình lên men giấm
Quá trình lên men nhờ một nhóm vi khuẩn được gọi chung là vi khuẩn acetic,
chúng oxy hóa rượu etylic thành acid acetic.Phản ứng xảy ra trong tế bào của vi
khuẩn. Muốn phản ứng được xảy ra, C2H5OH va O2 phải được thẩm thấu vào
trong tế bào. Khi đó các enzyme oxy hóa có trong tế bào của vi khuẩn tham gia
2



oxy hóa rượu tạo thành CH3COOH. CH3COOH được tạo thành sẽ thoát ra khỏi
tế bào và tan trong dung dịch môi trường.

Ethanol

C2H5OH
CH3COOH

Môi trường

Tế bào

CH3COOH

Môi trường

O2

Quá trình oxy hóa rượu thành acid acetic

3


2O2 (hiếu khí)
2CH3-CH2OH

2CH3COOH + 2H2O

Thực chất của quá trình này gồm 2 phản ứng với 2 enzym của vi khuẩn
acetic xúc tác:
Alcohol-dehydrogenaza
2CH3-CH2OH

CH3 – CHO + 2H2

(Etanol)

(Axetaldehyt)

Sau sự hydrat hóa axetaldehyt diễn ra phản ứng loại hydrro lần thứ hai:
Aldehyt – dehydrogenaza
CH3-CH(OH)2

CH3COOH + 2H

(Axetaldehyt)

(Acid acetic)

Hydro được NADP nhận và qua các xitocrom của chuỗi hô hấp được chuyển
cho O2 (chất nhận).

Từ trước đến nay chúng ta xếp quá trình này thuộc lên men hiếu khí nhưng thực
chất đây là một quá trình chuyển hóa: vi sinh vật sử dụng cơ chất etanol và
chuyển thành acid acetic. NADPH2 xuất hiện trong quá trình này có lẽ được
4


chuyển hóa qua chuỗi hô hấp để thu năng lượng. Loại chuyển hóa này có thể
trải qua nhiều bước. Quá trình này cũng được coi là oxy hóa không hoàn
toàn.Cơ chất bị phân giải không hoàn toàn, trong đó oxy là chất nhận hydro.
Các đại diện của vi khuẩn acetic (Acetobacter, gluconobacter) oxy hóa không
chỉ etanol mà cả 1 phổ rộng các rượu bậc 1, 2 cũng như các polyol. Người ta
phân biệt các loài vi khuẩn mà sản phẩm của chúng được giữ lại được gọi là các
loài oxy hóa thấp (suboxidant), thuộc về nhóm này có vi khuẩn acetic tạm thời
sau đó lại bị oxy hóa tiếp được xếp vào nhóm oxy hóa cao (peroxidant) chẳng
hạn A.peroxidans, A. pasteurianum, giữa 2 nhóm này có sự chuyển tiếp.

Trong lên men acetic cơ chất dinh dưỡng chủ yếu là cồn etanol với nồng độ
trên dưới 10% trong môi trường. Ngoài ra còn có thêm một ít đường, nguồn N
vô cơ hoặc hữu cơ, cũng như các chất khoáng khác.v.v..
II.3. Vi sinh vật trong quá trình lên men axit axetic
Vi khuẩn Acetobacter là tác nhân chính của quá trình lên men acetic nên còn
được gọi là vi khuẩn acetic.Đây là những vi khuẩn phổ biến trong tự nhiên, có
trên bề mặt lá, quả, hoa, tạo acid acetic từ rượu etylic.
II.3.1. Đặc điểm hình thái


Vi khuẩn actic là vi khuẩn gram âm, không sinh bào tử.

5




Về hình dạng tế bào vi khuẩn acid acetic là trực khuẩn hình que tới elip,
kích thước tế bào 0.6-0.8 mm/ 1-3 mm. Các tế bào đứng tách riêng rẽ, 1
số xếp 2 tế bào, 1 số khác xếp thành chuỗi dài. Một số loại đặc biệt có tế
bào hình cầu, có loại hình chỉ. Tùy điều kiện pH môi trường, nhiệt độ
nuôi 1 số loài có thể có dạng hình bán nguyệt. Nhiều loài vi khuẩn acetic
khi phát triển trên môi trường thiếu thức ăn hay môi trường đã nuôi cấy
lâu (môi trường già) dễ sinh ra hình thái đặc biệt (tế bào phình to hay kéo
dài ra) có thể phân nhánh.

Vi khuẩn Acetobacter




Vi khuẩn acetic có khả năng tạo bào tử và màng nhày, một số có khả
năng di động nhờ tiên mao, 1 số không có khả năng này
Trên môi trường đặc chúng phát triển thành những khuẩn lạc tròn, đều
đặn, đường kính trung bình 3 nm.
Trên môi trường lỏng vi khuẩn acetic chỉ phát triển trên môi trường tạo
thành những lớp màng dày mỏng khác nhau. Một số loài tạo thành màng
dày như sứa (0.5mm), nhẵn và trơn, khi lắc chúng chìm xuống đáy bình
và thay vào đó 1 lớp màng mỏng mới lại tiếp tục phát triển. Dung dịch
dưới màng bao giờ cũng trong suốt. Khi nuôi cấy màng người ta thấy có
sợi cellulose giống như ở trong sợi bông. Loại 2 có màng mỏng như giấy
celophan, 1 số khác trên bề mặt của màng không nhẵn mà nhăn nheo, 1
số nữa tạo màng mỏng dễ vỡ bám trên thành bình và dung dịch nuôi
không trong.
II.3.2. Đặc điểm sinh trưởng



Vi khuẩn acetic phát triển tốt trên môi trường nước bia, các môi trường
có chứa cao nấm men, glucose, rượu etylic hay manitol.

6




Có hai ngưỡng pH: pH thích hợp từ 5,4 đến 6,8, pH thích ứng cho sự lên
men từ 3,5 đến 4,5.



Phát triển tốt trong điều kiện hiếu khí bắt buộc, nhiệt độ 25-30oC, pH 5,46,8.



Tính chất đặc trưng của vi khuẩn acetic là khả năng oxy hóa rượu etylic
thành acid acetic ở pH 4.5.
Ngoài ra còn thực hiện quá trình oxy hóa acid acetic oxy hóa lactate,
chuyển glucose thành gluconate, oxy hóa không hoàn toàn các hợp chất
hữu cơ khác (các loại đường và dẫn xuất của chúng) để tạo thành các hợp
chất ketone, hay các acid hữu cơ tương ứng.
Nhu cầu dinh dưỡng của vi khuẩn acetic đối với nguồn C, N và chất sinh
trưởng cũng rất đa dạng. Vi khuẩn acetic sử dụng đường, etylic và các
acid hữu cơ làm nguồn C, muối amon làm nguồn N.
Trong quá trình phát triển vi khuẩn acetic có nhu cầu đối với 1 số acid
amin như valin, alanin, prolin, isolosine.
Một số chất kích thích sinh trưởng như acid nicotine, acid amin, folic và
biotin… có vai trò quan trọng trong sinh trưởng của vi khuẩn acetic.
Một số vi khuẩn acetic có khả năng tổng hợp poly saccaride phân tử lớn
như cellulose, tinh bột, dextran… và người ta ứng dụng khả năng này
trong sản xuất công nghiệp. Một số loài tổng hợp được những sợi
cellulose giống như bông A. xylimum, acetigenum, viizingianum









II.3.3. Phân loại
Năm 1950 Frateur chính thức đưa ra khóa phân loại mới dựa trên tiêu chuẩn








Khả năng tạo catalase
Khả năng tổng hợp các keto từ các rượu bậc cao như glycerol,manitol,
sorbitol
Khả năng oxy hóa acetate thành CO2 và H2O
Khả năng oxy hóa glucose thành acid gluconic
Khả năng sử dụng muối amon làm nguồn nitơ và sử dụng rượu etylic làm
nguồn cacbon
Tạo sắc tố nâu
Tổng hợp cellulose

Trên cơ sở này, Frateur chia vi khuẩn acetid làm 4 nhóm

7


Phân loại vi khuẩn acid theo Frateur
Tên nhóm

Vi khuẩn đại diện

Đặc điểm

Subosydans Acetobacter subosydaz,
Acetobacter melanogennum

Không có khả năng oxy hóa acid acetic
thành CO2 và H2O

Mezoxydans Acetobacter aceti,
Acetobacter
xylinum, Acetobacter
mezoxydan

Có đầy đủ các đặc điểm trên

Oxydans

Không có khả năng tạo các hợp cất
keto

Acetobacter ascendans
Acetobacter ransens
Actobacter lovaniens

Peroxydans Acetobacter peroxydans
Acetobacter paradoxum

Không chứa catalase, không oxy hóa
glucose

II.4.Sơ lược quy trình sản xuất axit axetic

II.5. Một số ứng dụng quan trọng trong sản xuất axit axetic

8


II.5.1. Ứng dụng trong chế biến mủ cao su
Trong sản xuất mủ cao su, người ta rất sợ hiện tượng đông đặc của mủ trước
khi đưa đi chế biến. Để chống đông mủ cao su, người ta thường dùng NH3 3%.
Lượng NH3 được sử dụng tùy theo loại mủ đem sơ che.
Mủ đổ xông khói, người ta sử dụng lượng NH3 là 0,6-1g/l mu.
Mủ đánh đông không pha loãng, người ta thường sử dụng lượng NH3 là 0,30,6g/l.
Khi đổ mủ vào xô hoặc thùng chứa, người ta thường dùng NH3 để chống đông.
Theo đó, mủ được pha loãng với nước đến độ cao su thô ( DRC) khoảng 14%,
pH=4,7. Tuy nhiên, tùy theo hệ thống máy cán, người ta có thể thay đổi pH
hoặc độ cao su thô cho thích hợp.
Sau khi pha loãng và khuấy trộn mủ với NH3, người ta cho thêm vào dung
dịch axit axetic 2,5% với lượng là 3,5- 10kg/tấn dung dịch mủ cao su, khi cho
axit vào người ta khuấy liên tục.
Nhu cầu về axit axetic trong chế biến mủ cao su là hết sức lớn. Hiện nay,
nước ta vẫn phải nhập axit axetic từ bên ngoài.
II.5.2.Ứng dụng axit axetic trong công nghệ thực phẩm
Với hàm lượng axit axetic từ 5-10%, người ta gọi dung dịch này là giấm ăn.
Giấm ăn được sử dụng trong công nghệ thực phẩm để chế biến đồ hộp rau, quả,
gia vị trong các bữa ăn gia đình. Lượng giấm ăn được sử dụng trong công nghệ
thực phẩm rất lớn, do đó, việc sản xuất giấm ăn không chỉ mang tính chất thủ
công mà đã trở thành một ngành sản xuất theo qui mô công nghiệp ở nhiều nước
trên thế giới.
II.5.3.Ứng dụng trong công nghiệp khác
Axit axetic còn được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như
công nghiệp sản xuất chất màu, dung môi hữu cơ, tổng hợp chất dẻo tơ sợi.
Những ngành sản xuất này đòi hỏi lượng axit axetic nhiều và có chất lượng cao
hơn dung dịch axit axetic dùng trong công nghệ thực phẩm và trong công nghệ
chế biến mủ cao su.
CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG VSV TRONG SẢN XUẤT GIẤM
III.1. Tổng quan về giấm

9


Giấm là một chất lỏng có tính axit sản xuất
từ sự lên men của ethanol, giấm được làm từ sự lên men của các chất có chứa
tinh bột và đường, ethanol là kết quả đầu tiên của quá trình lên men đường sau
đó bị oxi hóa thành acid acetic bởi vi khuẩn acid acetic. Vi khuẩn Acetobacter
là tác nhân chính trong quá trình lên men acetic, mùi thơm đặc trưng, màu trắng
đục hoặc hơi vàng, giấm có pH từ 2.4-3.4, chủ yếu là acid acetic, ngoài ra còn
chứa một ít đường, protein,…
III.2. Phân loại
Giấm được chia làm 2 loại: giấm gạo và giấm pha chế

- Giấm cất (cũng gọi là giấm gạo) lấy lương thực, đường làm nguyên liệu chính,
nhờ quá trình lên men của vi khuẩn acetic. Tùy theo vùng nguyên liệu ở mỗi
10


nước khác nhau sẽ cho ra các loại giấm mang hương vị đặc trưng từng vùng
miền. Thành phần dinh dưỡng của nó có axit axetic, đường, axit hữu cơ,
vitamin, muối vô cơ… rất tốt cho việc trao đổi chất cơ thể.

- Giấm pha chế hay còn gọi là giấm hóa học được sản xuất dựa trên nguyên
liệu chính là axit axetic tinh luyện, pha thêm nước mà thành, không có thêm
thành phần dinh dưỡng khác.Loại này thường dùng trong công nghiệp luyện
kim hoặc sát khuẩn. Nếu sử dụng axit axetic công nghiệp để làm giấm dùng
pha chế để ăn đối với cơ thể là có hại.
III.3. Thành phần dinh dưỡng của giấm:
- Số axit amin phong phú: Gồm 18 loại a.a mà cơ thể không tổng hợp được thì
đều có trong giấm, có 8 loại a.a thực vật cung cấp, còn lại là sinh ra trong quá
trình lên men.
- Do giấm có vị ngọt thanh nên giấm trở nên đều hợp ngủ vị giúp cơ thể hấp thụ
dể tiêu hóa thức ăn, kích thích hệ men đường ruột hoạt động tốt hơn.
- Hàm lượng acit hữu cơ trong giấm khá nhiều, giá trị thức ăn của giấm gạo
càng cao. Axit hữu cơ lấy axit axetic là thành phần chính còn có hơn 10 loại axit
lactic, axit gốc xeton, axit citric, axit axetic…Một số axit hữu cơ này cũng là kết
quả của việc tổng hợp và phân giải trong quá trình quá trình trao đổi chất từ 3
loại chất dinh dưỡng lớn protid, mỡ, đường trong quá trình phản ứng sinh học
cung cấp năng lượng cho cơ thể. Việc tổng hợp axit hữu cơ làm vị axit của thức
ăn chua càng thanh, dịu ngọt, lưu lại lâu trong miệng (giấm hóa học không có
chất hữu cơ vào miệng chua, nếm sẽ lưu vị đắng) làm giấm càng có vị tươi và
11


ngon. Hơn nữa giấm mà có nhiều axit hữu cơ có thể tăng sự ngon miệng, giúp
tiêu hóa. Trong nấu nướng thêm 1 chút giấm, trong giấm có axit hữu cơ có thể
làm thành phần dinh dưỡng trong thức ăn được chế biến làm cơ thể càng dễ hấp
thụ.
- Trong giấm có vitamin B1, B2, C … bắt nguồn từ kết quả trao đổi chất vi sinh
vật trong quá trình lên men thức ăn và nguyên liệu. Một số sinh tố dinh dưỡng
loại này là thành phần tạo thành men phụ của một số men trong quá trình trao
đồi chất cơ thể, có tác dụng quan trọng trong cuộc sống của con người.
- Muối vô cơ trong giấm vô cùng phong phú Na, K, Ca, Fe, Cu, Zn, P… một số
khoáng chất lấy từ nguyên liệu giấm, đồ chứa thức ăn trong quá trao đổi chất
hay tăng thên do người gia công thêm vào. Những nguyên tố đó giúp cho giấm
tăng thêm hương vị, cân bằng môi trường kiềm, axit trong cơ thể. Như muối có
tác dụng điều hòa ngũ vị, làm cho giấm càng thêm mùi vị, có tác dụng quan
trọng cân bằng môi trường axit kiềm trong cơ thể. Sắt là 1 thành phần tạo thành
hồng huyết cầu giúp việc vận chuyển O2 và tạo máu cho cơ thể
- Nguyên tố vi lượng Ca, Fe, Cu, P… giúp quá trình sinh lý chống già yếu và
quá trình sinh trưởng ở tuổi dậy thì hoặc là thành phần không thể thiếu trong
việc trao đổi chất
III.4. Nguyên liệu chế biến giấm
Có thể sử dụng tất cả các loại nguyên liệu có nguồn gốc từ nông nghiệp
bao gồm tinh bột hoặc đường hoặc cả tinh bột và đường qua quá trình lên men
có vị giấm gồm lượng axit axetic cho phép.
Dựa vào nguyên liệu lên men giấm người ta chia ra 2 nhóm nguyên liệu chính
sau:
+ Nguyên liệu chứa nhiều tinh bột : Gạo, ngô, lúa mì, đại mạch...
+ Nguyên liệu chứa đường: Mật ong, nho, táo, điều...

12


Nguyên liệu lên men giấm.

III.5. Qui trình làm giấm

13


Rượu trắng

Nước

Trộn đều

Giống vi sinh
vật

Lên men

Đường

Sản phẩm

Bảo quản

Lão hóa
Đóng chai
Quá trình sản xuất giấm ăn gồm có những giai đoạn sau:
1) Chuẩn bị môi trường,
2) Lên men
3) Hoàn thành phẩm.
Nguyên liệu dùng để sản xuất là các loại nước quả (chưa hoặc đã lên men
rượu), rượu và bia kém phẩm chất, các loại dịch đường, nhưng chủ yếu vẫn là
các loại rượu. Trong đó, nước nho và rượu nho là nguyên liệu sản xuất giấm có
chất lượng cao. Rượu etylic là nguồn nguyên liệu được dùng phổ biến trong
công nghiệp lên men axetic. Các loại quả chín được ép lấy nước và các loại dịch
đường có lẫn nấm men rượu sẽ xảy ra quá trình lên men rượu, biến các loại
đường thành rượu etylic và thu được dịch rượu nhẹ. Cũng có trường hợp người
ta bổ sung nấm men Saccharomyces vào các loại dịch trên trước khi làm giấm.
Quá trình lên men rượu tư nhiên (hoặc có thêm rượu nhẹ) kéo dài 2-3 tuần, xác
men lắng xuống phía dưới và ta gạn lấy dịch trong có nồng độ rượu thấp để cho
lên men acetic.
Nồng độ rượu thích hợp cho lên men axetic là 10-13%, trường hợp cao hơn
sẽ ức chế giống vi khuẩn axetic phát triển và một phần rượu không bị oxy hóa

14


thành giấm, còn trường hợp rượu quá thấp sẽ xảy ra hiện tượng oxy hóa triệt để
biến giấm thành CO2 và nước.
Trong môi trường dinh dưỡng, ngoài rượu etylic, cần phải có đủ các chất
đảm bảo cho vi khuẩn sống và hoạt động, gồm có các nguồn cacbon, nitơ, các
chất khoáng: K, Mg, Ca, Fe, P, S…
Nguồn cacbon ở đây có thể là đường, nguồn nitơ là các axit amin, pepton
hoặc muối amon. Các chất khoáng dùng ở dạng muối vô cơ hoặc hợp chất hữu
cơ. Nước mạch nha, bia, nước hoa quả, dịch nấm men… là những nguồn dinh
dưỡng rất tốt đối với vi khuẩn axetic. Nhưng sử dụng các nguồn này phải cẩn
thận, vì dùng với liều lượng cao sẽ làm cho vi khuẩn phát triển mạnh, kém khả
năng lên men hoặc tạo điều kiện cho các vi sinh vật khác phát triển.
Trong sản xuất người ta thường dùng môi trường có thành phần như sau: cứ
100 lít cồn tuyệt đối thêm 25 gam superphotphat, 25 gam amon sunfat, 0,9 gam
kali cacbonat, 500 gam glucoza hoặc dịch đường thủy phân từ tinh bột tương
đượng với lượng đường glucoza. Có thể dùng sacroza thay cho glucoza. Nước
pha thành 800-1000 lít môi trường.
Vi khuẩn acetic thường tiêu hóa rất ít các chất dinh dưỡng. Để có được dấm
có chất lượng cao và tránh hiện tượng nhạt ở phoi bào cần phải bổ sung các chất
dinh dưỡng làm nhiều lần, nhưng mỗi lần với lượng thấp. Nếu trường hợp lên
men bị yếu, thì có thể bổ sung vào môi trường dịch malt hoặc bia.
Môi trường nhân giống hoặc lên men cần được axit hóa bằng chính axit
axetic nhằm kích thích giống phát triển và ức chế các vi khuẩn khác.
Trong quá trình lên men nhanh có thể dùng hệ vi khuẩn acetic thuần khiết tự
nhiên, có nghĩa là lúc đầu tạo điều kiện cho một số loài cùng một nhóm nhiễm
từ không khí phát triển luôn luôn ở môi trường acid acetic. Nhưng trong sản
xuất còn dùng các chủng thuần khiết và thu được hiệu quả cao. Các chủng
thường dùng là Acetobacter schiitzenbachii hoặc Acetobacter curvum 86 và 96.
Trước khi cho lên men ở thùng lớn cần phải nhân giống ở bình tam giác và
thùng nhỏ. Trong bình tam giác có dịch đường nồng độ 5-6 0Bx và 3-5% rượu.
Thùng nhân giống có cấu tạo giống thùng lên men nhưng nhỏ hơn. Các phoi bào
đã vô trùng trong thùng nhân giống được acid hóa bằng acid acetic 6-9%. Cách
làm như sau: trong thùng nhỏ xếp các phoi bào đã được nấu sơ bộ đã diệt trùng,
rôi tẩm ướt phoi bào bằng dung dịch axit axetic. Thanh trùng thùng có phoi bào
ở nồi hấp 1atm trong 30 phút. Làm nguội tới 30 0C, cấy giống từ bình tam giác
sang. Sau khi cấy giống người ta đổ vào thùng nhân giống hỗn hợp 6% acetic và
3% rượu etylic. Nuôi ở 300C khoảng 5-7 ngày. Sau đó chuyển dịch giống sang
thùng lên men. Trước khi cấy chuyền giống này, thùng lên men được rửa sạch,
xếp phoi bào và cho hơi nóng đi qua, rồi thấm ướt phoi bào bằng dung dịch

15


acetic 6%, hấp ở 700C trong 15 phút. Phương pháp lên men nhanh với chủng
thuần khiết có nhiều ưu điểm: Quá trình lên men ngắn ngày, dễ kiểm tra, giá
thành hạ.
Trong quá trình sản xuất nếu lên men liên tục không nghỉ thì có thể không
phải nhân giống lại. Ở các thùng lên men chậm khi đạt được độ chua của giấm
cần thiết, người ta rút dịch ra khỏi thùng và lại cho thêm dịch mới. Trong khi
thao tác không làm vỡ váng cái giấm. Các thùng lên men nhanh chứa các phoi
bào đã tẩm axit axetic cho phun mù dịch rượu nhạt chảy từ trên xuống và thổi
khí từ đưới lên liên tục, không phải nhân giống lại mà hiệu suất men vẫn bảo
đảm. Ở đây cần chú ý quá trình thổi khí phải liên tục không được gián đoạn.
III.6. Vi sinh vật trong sản xuất giấm
Vi khuẩn Acetobacter là vi khuẩn lấy năng lượng từ quá trình oxy hóa ethanol
để tạo thành acid acetic trong quá trình lên men. Hiện nay người ta biết đến
hàng chục loài vi khuẩn axetic thuộc họ Acetobacter
Để quá trình lên men giấm đạt hiệu quả cao, lựa chọn những chủng vi khuẩn
thỏa điều kiện:
1. Phải oxy hoá etylic tốt nhất.
2. Tạo giấm có nồng độ acid acetic cao, chịu được độ cồn và acid cao.
3. Các tính chất ban đầu được giữ nguyên trong suốt quá trình lên
men.
4. Các điều kiện phân lập, nuôi cấy, bảo quản giống đơn giản không
tốn kém nhiều phù hợp với điều kiện Việt Nam.
Người ta thường sử dụng những giống sau:
- A. aceti:
Trực khuẩn ngắn có dạng hình que kích thước 0,4-0,8 và 1-1,2 mm, không
sinh bào tử, không di động thường xếp thành chuỗi dài. Gram âm, màu vàng với
thuốc nhuộm iod. Chúng tạo thành khuẩn lạc to, sáng trên gellatin với dịch lên
men chứa 10% đường saccharose, tạo thành màng dày nhẵn, không được nâng
lên theo thành bình, có khả năng phát triển trên môi trường có nồng độ rượu khá
cao (11%), có khả năng tích lũy 6% acid acetic. Nhiệt độ thích hợp phát triển
34oC. Nếu nhiệt độ cao quá 43oC sẽ gây ra hiện tượng co tế bào và tạo thành
hình quả lê. Thường thấy chúng phát triển trong bia.

16


- A. xylinum
Trực khuẩn dạng hình que 2 mm, đứng riêng rẽ hay xếp thành chuỗi
không di động. Các tế bào được bao bọc bởi chất nhầy, tạo váng nhẵn khá dày,
bắt màu xanh với thuốc nhuộm iod và H2SO4 (phản ứng của hemicellulose) vì
váng có chứa hemicellulose. Chúng tích tụ được 4-5% acid axetic và có nhược
điểm là oxi hóa tiếp tục acid acetic thành CO2 và H2O nên làm giảm hiệu suất
thu hồi. Chúng được sử dụng trong ngành sản xuất nước uống lên men có ga.

17


- A. pasteurianum
Trực khuẩn ngắn, hình thái gần giống A. aceti, nhưng khi ta nhuộm chúng
với iot, tế bào sẽ cho màu xanh.
Khả năng chịu nổng độ cồn của chúng thấp hơn của A. aceti. Trong điều
kiện môi trường phát triển thuận lợi, chúng có khả năng tạo được 5-6% axit
axetic.

- A. orleaneuse
Hình thái vi khuẩn này giống hai vi khuẩn trên, nhưng lại có kích thước nhỏ
hơn nhiều. Đặc biệt hai đầu của tế bào thường nhỏ lại. Nhiều trường hợp người
ta lẫn lộn vi khuẩn này với vi khuẩn kỵ khí Clostridium. Trong dịch nước cấy,
chúng thường tạo ra một váng rất mỏng trên bề mặt. Váng vi khuẩn thường rất
chắc, khi nhuộm với iot, tế bào sẽ chuyển sang màu vàng. Vi khuẩn này chịu
đựng được lượng cồn đến 12%, và trong điều kiện lên men thích hợp, chúng có
thể tạo ra được 9,5% axit axetic.
- A. Schiitzenbachii
Vi khuẩn này thuộc vi khuẩn hình que, nhưng kích thước của chúng dài hơn
các giống đã trình bày ở trên. Chúng không tạo bào tử, không có khả năng
chuyển động và thuộc vi khuẩn gram (-).
Khi phát triển ở môi trường lỏng, chúng tạo ra lớp màng dày nhưng không
chắc. Ở các nước trên thế giới, người ta thường sử dụng chúng để sản xuất giấm
theo phương pháp chìm.
Trong điều kiện môi trường thuận lợi, chúng có khả năng tạo được 11-12%
axit axetic.

18


- A. curvum
Về cơ bản vi khuẩn này giống A. Schiitzenbachii
Trong môi trường lên men thuận lợi, vi khuẩn này có thể tạo ra được 1011% axit axetic. Vi khuẩn A. curvum tạo váng rất chắc trên bề mặt môi trường.
Nhiệt độ lên men tối ưu của vi khuẩn này là 35-37oC.
- A.suboxydans
Trong sản xuất giấm người ta thường sử dụng chủng A. Suboxydans vì chúng
có khả năng chịu đựng được nồng độ cồn rất cao. Nếu trong môi trường, ta cho
thêm một lượng nhỏ các chất dinh dưỡng cần thiết, ví dụ như glucose, vi khuẩn
này có thể chuyển hóa hoàn toàn cồn thành axit axetic. Lượng axit axetic tạo
được từ quá trình lên men có thể lên đến 13%.
Nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn này tiến hành lên men là 28-30oC. Thời
gian lên men xảy ra rất nhanh, chỉ cần 48h, lượng axit axetic có thể đạt được
đến 13%
Trong quá trình lên men cần phải thông khí liên tục vì vi khuẩn này cần
lượng oxy rất nhiều cho quá trình chuyển hóa cồn thành axit axetic và cho quá
trình phát triển.

19


III.7. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất giấm
III.7.1 Ảnh hưởng của oxy
- Quá trình lên men axetic là quá trình oxi hoá không hoàn toàn vì vậy bắt buộc
phải cung cấp vừa đủ lượng oxi để oxi hoá rượu thành axit axetic. Tránh trường
hợp oxi hoá axit axetic thành CO2 và H2O nếu thừa oxi hoặc không oxi hoá hết
rượu thành axit axetic nếu thiếu oxi.
- Lượng oxy cần thiết lớn gấp 2 lần lượng oxy lý thuyết, càng thoáng khí năng
suất lên men càng cao. Ở phương pháp chậm do bề mặt tiếp xúc giữa tế bào và
không khí bị hạn chế bở sự bao phủ bề mặt dịch lên men của lớp váng giấm và
độ dày lớp dung dịch. Vì vậy mà quá trình lên men kéo dài 3-5 tuần, nồng độ
giấm thu được 3-7% acetic. Phương pháp tuần hoàn tạo bề mặt tiếp xúc lớn, quá
trình giảm 5-7 ngày, phương pháp chìm thời gian 72-96h, nồng độ giấm 7-14%.
- Trong thực tế sản xuất cần cung cấp 2,5m3 không khí khi oxi hoá 1 kg rượu
khan thành axit axetic. Cần thông gió và vô trùng không khí khi cung cấp oxi
cho quá trình lên men.
III.7.2 Ảnh hưởng nhiệt độ
Acetobacter thuộc nhóm ưa ấm, nhiệt độ thích hợp cho chúng là từ 2532 C. Nhiệt độ thấp quá trình lên men xảy ra chậm, nhiệt độ cao ức chế hoạt
động và đến mức độ nào đó sẽ đình chỉ sự sinh sản của tế bào làm tăng sự tổn
thất của vi khuẩn và hiệu suất của quá trình lên men giảm do sự bay hơi của
acetic và etylic. Nhiệt độ thích hợp cho quá trình sản xuất giấm 22-35oC, nhiệt
độ tối ưu là 18-24oC, 27-32oC.
o

- Tuỳ theo từng loài mà nhiệt độ tối ưu cho quá trình oxi hoá khác nhau. Trong
sản xuất người ta thường dùng những loài vi khuẩn có nhiệt độ thích ứng cho
quá trình oxi hoá rượu thành axit axetic từ 30÷40oC.
III.7.3. Ảnh hưởng của các nguồn C, N, P và các nguyên tố vi lượng
III.7.3.a. Sự acid hóa của dịch lên men
- Trong sản xuất giấm người ta thường cho vào cơ chất ban đầu một lượng
giấm nhất định để axit hóa môi trường nhằm:
+ Ngăn sự phát triển của các vi sinh vật có hại.
+ Đưa vào dịch lên men một lượng tế bào nhất định.

20


- Độ acid ban đầu 2-6%. Hàm lượng cao hạn chế sự sinh trưởng của vi khuẩn
và giảm khả năng lên men. Tuỳ thuộc từng loài, đa số quá trình lên men bị ức
chế khi nồng độ axit đạt hơn 8% và khi nồng độ axit axetic từ 12÷14% thì quá
trình lên men hoàn toàn bị ngừng hoạt động.
III.7.3.b. Hàm lượng etylic trong dịch lên men
- Etylic là chất sát khuẩn với vi khuẩn acetic được sử dụng như cơ chất.Hàm
lượng rượu 2-10% thể tích, cao hơn làm giảm năng suất lên men.
- Để tránh hiện tượng oxy hóa tiếp xúc với axit acetic thành CO2 và H2O cần bổ
sung một lượng rượu từ 0,2- 0,5% sót trong sản phẩm, lượng rượu sót có tác
dụng ức chế sự tổng hợp enzim oxi hóa axit acetic và muối acetate.
- Tuỳ thuộc vào từng loài, nồng độ rượu phù hợp cho quá trình lên men từ
6÷15%, thường trung bình là 13%. Khi hết rượu chúng oxi hoá axit axetic thành
CO2 và H2O để cung cấp năng lượng cho quá trình sinh trưởng và phát triển của
vi khuẩn. Để tránh trường hợp này cần phải kiểm tra nồng độ rượu thường
xuyên để dừng quá trình lên men khi nồng độ rượu còn 0,3÷0,5%.
III.7.3.c. Các chất C, N, P và nguyên tố vi lượng
- Nếu chỉ có rượu thì vi khuẩn axetic không thể sống được nên cần bổ sung một
số chất dinh dưỡng khác. Để quá trình oxi hóa xảy ra nhanh trong dịch lên men
cần bổ sung 1 số muối khoáng như (NH4)2SO4, KH2PO4, CaHPO4, FeCl3… tùy
theo nhu cầu từng loài mà ta bổ sung liều lượng thích hợp.Trong 100 lít rượu
10% cồn cần 500g đường glucose hay tinh bột đã thuỷ phân, 25g superphotphat,
25g sunfat amôn, ngoài ra còn bổ sung thêm một số chất sinh trưởng khác.
- Ngoài ra trong môi trường dinh dưỡng còn bổ sung Vitamin, chất kích thích
sinh trưởng như pepton, cao nấm men… trong môi trường dinh dưỡng còn bổ
sung sake, muối đậu nành, axit lactic, glycerine.
III.8. Các phương pháp lên men giấm
III.8.1.Phương pháp lên men chậm
Phương pháp này được người Pháp thực hiện từ rất lâu và được coi như là
phương pháp truyền thống của người Pháp.
Nguyên liệu dùng để sản xuất axit axetic là nước nho. Giống vi khuẩn axetic
được sử dụng cho quá trình sản xuất là Acetobacter orleaneuse.

21


Người ta thường cho vào thùng lên men bằng gỗ có dung tích 250-300 l bằng
gỗ sồi hình tang trống 1/5 thể tích lượng axit axetic và sau đó cho vào thùng
dung dịch nước ép nho sao cho toàn bộ khối lượng đạt ½ thể tích thùng lên men
( hoặc 2/3 thể tích thùng lên men). Sở dĩ người ta cho axit axetic trước để tạo
điều kiện cho vi khuẩn phát triển, mặt khác để ngăn ngừa các vi khuẩn khác
phát triển, không bị nhiễm.
Tiến hành quá trình lên men ở nhiệt độ thường. Sau một thời gian, trên bề mặt
sẽ tạo thành váng chứa nhiều axit axetic. Vì thế mà quá trình oxy hóa xảy ra
chậm và kết thúc sau vài tuần. Khi kiểm tra rượu còn lại 0.3-0.5% sẽ lấy giấm
ra, cho dịch dinh dưỡng mới vào. Nếu để lâu, chất lượng giấm bị giảm nhanh do
quá trình oxy hóa giấm xảy ra tiếp tục. Giấm thu đuợc thường có lượng axit 56%. Muốn để lâu phải đem thanh trùng Pasto.
Nước ép
nho

Acid
acetic

Thùng gỗ
250-300l

Lên men

Sản
Phẩ
m

22

Acetobacter
orleaneuse


III.8.2. Phương pháp lên men nhanh
Phương pháp này do người Đức thực hiện theo qui mô công nghiệp.
Thiết bị lên men là một thùng gỗ cao 2,5-6m, có đường kính 1,2-3m. Tỷ lệ
đường kính đáy so với chiều cao
khoảng ½ là thích hợp nhất.
Trong thùng được chất đầy phoi
bào hay lõi bắp. Phoi bào hay lõi
bắp được xem như chất mang,
giữ vi sinh vật trong quá trình lên
men, nhờ đó mà vi sinh vật
không đi theo vào sản phẩm cuối
cùng. Ngoài ra, ở đáy thiết bị,
người ta cho lắp một hệ thống
phân phối, không khí đưa từ dưới
lên. Môi trường được đưa vào từ trên xuống.
Đầu tiên, người ta dùng axit axetic có nồng độ 3-5% chảy qua lớp phoi bào
hay lõi bắp để vừa có mục đích thanh trùng vừa có tác dụng axit hóa vật liệu
chất mang để vi sinh vật giống dễ thích nghi trong quá trình lên men. Sau đó,
dùng nước vô trùng rửa qua và nạp giống vi khuẩn axetic vào. Vi khuẩn axetic
sẽ bám vào phoi bào hay lõi bắp. Tiếp đó người ta cho dòng môi trường từ trên
xuống qua hệ thống phân phối như một vòi hoa sen trong buồng tắm. Môi
trường sẽ được phân phối đều khắp vật liệu phoi bào hay lõi bắp. Cùng lúc,
người ta thổi khí từ dưới lên.

23


Dòng môi
trường

Acid acetic
3-5%

Phoi bào
hoặc
Lõi bắp

Acetobacter
schutzenbachii

Thổi khí

Môi trường được đưa từ trên xuống, chảy qua lớp chất mang có chứa các tế bào
vi khuẩn. Cồn sẽ thẩm thấu vào tế bào vi khuẩn, không khí được đưa từ dưới
đáy thiết bị lên trên, thẩm thấu vào trong tế bào vi khuẩn. Vi khuẩn tiến hành
quá trình oxy hóa rượu thành CH3COOH sẽ thẩm thấu qua màng tế bào ra ngoài
và theo dung dịch xuống đáy thiết bị lên men. Người ta thu nhận từ đáy thiết bị
lên men.
Quá trình lên men được thực hiện ở nhiệt độ 24-37oC. Thời gian lên men
kéo dài 8-10 ngày. Trong trường hợp dịch lên men cuối cùng chứa lượng axit
axetic thấp, người ta tiến hành tái lên men bằng cách bơm chúng ngược lại từ
trên xuống.
Ngoài ra còn có những phương pháp lên men nhanh khác:
+ Phương pháp nhúng: người ta thiết kế thùng lên men hình trụ, bên trong
lắp nhiều giỏ chứa đầy chất mang( mạt cưa, lõi bắp, than củi hay các vật liệu
cellulose có khả năng giữ vi sinh vật trên đó). Các giỏ này có thể nâng lên hoặc
hạ xuống được.

24


Người ta chuẩn bị môi trường và đổ môi trường vào thùng lên men. Vi
sinh vật sẽ được làm bám dính vào các vật liệu đựng trong giỏ. Giỏ chứa vật
liệu có vi sinh vật sẽ được nhúng xuống dung dịch lên men rồi lại nhấc chúng
lên khỏi dung dịch. Khi chiếc giỏ chứa chất mang có vi sinh vật thấm đầy môi
trường và được nhấc lên không khí, quá trình oxy hóa rượu được xảy ra. Thao
tác này được lặp đi lặp lại nhiều lần sẽ có tác dụng oxy hóa hết lượng cồn có
trong dung dịch.
+ Phương pháp hình trống quay: người ta thiết kế thiết bị lên men có hình
trụ nằm ngang bên trong một thùng chứa dung dịch lên men hở nắp. Thiết bị
hình trụ này được bọc một lớp vật liệu có khả năng thấm nước và có khả năng
giữ vi sinh vật. Một nửa thiết bị này nằm trong lòng dung dịch lên men, một nửa
nằm trên dung dịch lên men và được tiếp xúc với không khí. Khi vận hành, một
nửa thiết bị luôn luôn được tiếp xúc với không khí. Người ta thiết kế hệ thống
quay này với vận tốc rất chậm để đủ thời gian cho quá trình oxy hóa cồn thành
axit axetic.
III.8.3 Phương pháp lên men chìm
Người ta thiết kế hệ thống lên men axetic được gọi là acetator. Người ta cho
dung dịch lên men vào thiết bị và tiến hành thổi khí rất mạnh. Khi đó trong
dung dịch lên men sẽ tạo ra thể huyền phù và dung dịch lên men. Hai thể này
luôn luôn được trộn lẫn nhau và như vậy, quá trình oxy hóa xảy ra rất mãnh liệt.
III.8.4 Phương pháp kết hợp:
Người ta thiết kế hệ thống lên men bao gồm hai phần: phần trên là lớp đệm
hay lớp chất mang chứa vi sinh vật ( giống phương pháp nhanh), lớp giữa chỉ là
một thùng chứa dung dịch sau khi lên men ở phần trên chảy xuống. Dưới cùng
là hệ thống thổi khí mạnh, khí sẽ được thổi qua phần dung dịch này rồi chuyển
ngược lên phần trên( giống thiết bị lên men chìm).
25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×