GIÁO TRÌNH VSV THỰC PHẨM HUFI Chuong 4

CHƯƠNG 4. VI SINH VẬT ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM
4.1. Bản chất của quá trình lên men
Quá trình phân giải glucide hiếu khí bao gồm đường phân, chu trình Krebs và
chuỗi vận chuyển điện tử. Trong đó, chuỗi vận chuyển điện tử với oxy là chất nhận
điện tử cuối cùng, tạo nên lượng lớn ATP cung cấp cho hoạt động sống của tế bào.
Tuy nhiên, khi oxy không xuất hiện trong chuỗi vận chuyển điện tử sẽ khiến cho
chuỗi vận chuyển điện tử bị ngừng lại và điều này dẫn đến quá trình tổng hợp ATP
bị gián đoạn, tế bào sẽ khơng có khả năng đồng hóa, sinh trưởng và phân chia.
Các phản ứng sinh hóa trong q trình lên men là những phản ứng chuyển hydro
và điện tử (e- và H+). Các enzyme xúc tác cho quá trình này là các enzyme oxy hóakhử (dehydrogenase, oxidase…) chủ yếu từ vi sinh vật. Như vậy: thực chất của quá
trình lên men là các q trình oxy hóa-khử sinh học để thu năng lượng và các hợp
chất trung gian. Năng lượng này rất cần thiết cho mọi hoạt động sống của sinh vật
như sinh trưởng, phát triển, sinh sản… tùy theo chủng vi sinh vật, môi trường và điều
kiện lên men chúng ta thu được các sản phẩm phụ khác nhau.
4.2. Các quá trình lên men
Lên men theo nghĩa hẹp là thuật ngữ dùng để chỉ các quá trình phân giải các chất
để thu năng lượng trong đó hydro được tách ra từ cơ chất (thường là glucide) được
chuyển đến chất nhận cuối cùng là hợp chất hữu cơ. Oxy phân tử khơng tham gia vào
q trình lên men (sự phân giải yếm khí).
Theo định nghĩa của Pasteur thì “sự lên men là sự sống khơng có oxy phân tử”.
Đối với tế bào thì ý nghĩa của sự lên men ở chỗ chúng thu được năng lượng ở dạng
ATP, dự trữ cho cơ thể sinh vật.
Ở vi sinh vật trong quá trình tiến hóa đã hình thành nhiều kiểu lên men khác nhau.
Dựa vào bản chất của sản phẩm chính cuối cùng của quá trình lên men cũng như các
con đường trao đổi chất đặc trưng cho từng loại vi sinh vật mà người ta phân loại các
quá trình lên men như: lên men rượu, lên men lactic…
Ngày nay, trong lĩnh vực công nghiệp cũng như trong thực tiễn đời sống, người
ta đã có quan điểm q trình lên men theo nghĩa rộng hơn. Quá trình lên men là quá
trình trao đổi chất, qua đó các chất hữu cơ mà chủ yếu là đường bị biến đổi dưới tác
dụng của enzyme vi sinh vật. Sự hình thành các chất khác nhau xảy ra trong điều kiện
kỵ khí hoặc hiếu khí (khơng có oxy hoặc có oxy tham gia)

Từ khái niệm mở rộng trên đây, dựa vào cơ chế phản ứng người ta đã chia sự lên
men thành hai loại:
-

Lên men kỵ khí (yếm khí)
Lên men hiếu khí


Hinh 4.1. Tóm tắt các q trình lên men ở vi sinh vật
Lên men yếm khí.
Là sự biến đổi đường hay các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản,
dưới tác dụng của enzyme vi sinh vật, trong điều kiện khơng có sự tham gia của oxy
phân tử. Đây chính là sự lên men theo định nghĩa của Pasteur đã nói trên. Các q
trình lên men thuộc loại này gồm có: lên men rượu, lên men lactic, aceton-butylic…
Lên men hiếu khí.
Lên men hiếu khí là dạng lên men theo nghĩa mở rộng hơn, là quá trình phân giải
đường hay các chất hữu cơ khác thành sản phẩm đơn giản, dưới tác dụng của enzyme
vi sinh vật trong điều kiện có oxy tham gia. Các q trình lên men thuộc loại này
gồm có: lên mên acid acetic, lên men citric, acid glutamid…
4.3. Các quá trình lên men yếm khí
4.3.1. Lên men rượu (ethanol)
Lên men rượu ethanol là một q trình sinh hóa phức tạp, chuyển đường thành
rượu ethanol, CO2 và một số sản phẩm phụ khác có sự tham gia của nấm men hoặc
một số loại vi sinh vật khác. Trong q trình lên men, ngồi các sản phẩm trên cịn
giải phóng năng lượng (113,4Kj/glucose). Trong tất cảcác q trình chuyển hóa
glucid do vi sinh vật gây ra, sự lên men rượu được ứng dụng rộng rãi nhất trong cơng
nghiệp, ứng dụng này đã có từ thời xưa sơ bộ để sản xuất rượu vang, bia và các nước
uống giải khát lên men khác.

1

Phương trình tổng quát
C6H12O6 + 2ADP + 2H3PO4 = 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP + 2H2O
Tác nhân lên men: Ethanol là một loại sản phẩm lên men đường phổ biến của
nhiều nhóm vi sinh vật. Trong đó, tác nhân chủ yếu là nấm men, đặc biệt là các nịi
của lồi Saccharomyces cerevisiae. Nhiều lồi vi khuẩn kỵ khí và hiếu khí tùy tiện
cũng có khả năng tạo thành rượu như là một sản phẩm chủ yếu hay một sản phẩm
phụ của quá trình lên men hexose và pentose.
4.3.1.1. Vi sinh vật lên men rượu
Lên men là q trình ni cấy vi sinh vật để tạo ra sinh khối (tăng sinh) hoặc thúc
đẩy vi sinh vật tạo ra sản phẩm trao đổi chất (các hợp chất sinh hóa), như chuyển đổi
đường thành sản phẩm như: axit, khí hoặc rượu...của nấm men hoặc vi khuẩn, hoặc
trong trường hợp lên men axit lactic trong tế bào cơ ở điều kiện thiếu khí oxy. Lên
men cũng được sử dụng rộng rãi hơn trong sự tăng sinh khối của vi sinh vật trên môi
trường sinh trưởng, sự tích lũy các sản phẩm trao đổi chất hữu ích cho con người
trong q trình ni cấy vi sinh vật. Nhà sinh vật học người Pháp Louis Pasteur được
ghi nhớ như là người hiểu rõ sự lên men và nguyên nhân vi sinh vật của nó. Các nấm
men thường dùng trong lên men rượu:
- Sacchromyces cerevisiae: còn gọi là nấm men bánh mì hay nấm men bia rượu.
chúng có thể lên men 95% glucose theo con đường lên men kỵ khí; cịn khi hiếu khí
bằng con đường đường phân, chúng chỉ sử dụng được 70% glucose. pH thích hợp
4,5÷5. S.cerevisiae có thể sử dụng các loại đường glucose, galactose, maltose,
saccharose, khơng đồng hóa trức tiếp được lactose và nitrat. Có thể tích lũy 6÷12%
rượu trong mơi trường lên men.
- Saccharomyces ellipsoids: đâm chồi liên tục, nên hình thành hệ sợi giả, nấm men
của rượu vang nho, được coi là lồi rất gần lồi S.cerevisiae. chúng có khả năng hình
thành tới 17÷18% rượu trong mơi trường lên men.
- Sacchoromyces carlsbergensis (cịn có tên S.uvarum) là loại nấm men chìm
thường dùng trong sản xuất bia. Chúng chỉ lên men được 81% lượng đường có trong

dịch lên men, hình thành sinh khối ở đáy bình.
4.3.1.2. Cơ chế của quá trình lên men ethanol
Ở lên men rượu, pyruvate bị biến đổi thành ethanol theo hai bước. Bước đầu tiên
là giải phóng CO2 khỏi pyruvate và sau đó pyruvate bị biến đổi thành 2-cacbon
acetaldehyde. Trong bước hai, acetaldehyde bị NADH khử thành ethanol (hình 5).
Nhờ đó, phục hồi sự cung cấp NAD+ để tiếp tục đường phân.

2


Hình 4.2. Sơ đồ lên men ethanol từ glucose
4.3.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu
Nấm men địi hỏi phải có những điều kiện nhất định mới có thể lên men. Trong
sản xuất ngồi việc lựa chọn chủng nấm men còn phải nghiên cứu tạo điều kiện thích
hợp nhất để đạt hiệu suất lên men cao.
a. Nồng độ đường
Tất cả nấm men chỉ có khả năng lên men các đường đơn giản như đường đơn
(glucose, fructose) và đường đơi (maltose, saccarose) riêng đường lactose chỉ có nấm
men Saccharomyces lactic sử dụng được. Nấm men hoàn toàn khơng có khả năng
thủy phân các loại đường đa.
Nồng độ đường thích hợp nhất cho q trình lên men rượu từ 8 ÷ 20%. Khi nồng
độ đường lớn hơn 30% sẽ ức chế quá trình lên men rượu. Tuỳ thuộc vào sản phẩm
của quá trình lên men mà người ta sử dụng nồng độ đường thích hợp. Trong sản xuất
cồn người ta sử dụng nồng độ đường từ 14 ÷ 20%, quá trình lên men xảy ra mạnh và
hết lượng đường sau đó người ta chưng cất để thu cồn. Đối với việc sản xuất rượu
vang người ta sử dụng nồng độ đường từ 16 ÷ 25% và dùng nấm men chìm, nên quá
trình lên men chậm và sau khi lên men vẫn cịn một lượng đường trong rượu vì vậy
rượu vang thường có vị ngọt. Cịn trong sản xuất bia thường dùng nồng độ đường từ
9 ÷ 12%.
b. Oxy

Nấm men là loại vi sinh vật hô hấp tùy tiện. Trong điều kiện hiếu khí với sự có
mặt của oxy sẽ xảy ra phương trình phản ứng sau:
C6H12O6+ 6O2  6H2O+ 6CO2+ Q1  gia tăng sinh khối
Chỉ trong điều kiện yếm khí nó mới tiến hành lên men rượu theo phương trình:
C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2 + Q2
3


Vì vậy khi có mặt của oxy sẽ kiềm hãm quá trình lên men rượu.
Hiệu ứng Pasteur: là sự ức chế q trình lên men rượu khi có mặt của oxy. Sự
chuyển từ lên men sang hơ hấp ngồi việc giảm hiệu suất tạo thành rượu và khí
cacbonic cịn giảm hiệu suất sử dụng đường. Vì vậy giai đoạn đầu của q trình lên
men cần thơng khí vào mơi trường để kích thích nấm men sinh trưởng tăng sinh khối
sau đó khơng cần oxy nữa để tạo điều kiện kỵ khí cho q trình lên men rượu đạt hiệu
suất cao nhất.
c. Độ rượu
Rượu được tích tụ dần trong dịch lên men và chính nó lại là chất độc kìm hãm các
nấm men. Nấm men chịu nồng độ cồn từ 8 ÷ 12%, từ16 ÷ 18% đại đa số nấm men bị
ức chế. Nếu nồng độ cồn quá cao sẽ ức chế tất cả các nấm men. Khả năng chịu cồn
của nấm men là nồng độ cồn ức chế sự phát triển và hoạt động của nấm men sau 72
giờ nuôi cấy ở nhiệt độ 30oC. Tuỳ theo khả năng chịu được nồng độ cồn khác nhau
mà người ta sản xuất ra các sản phẩm khác nhau.
d. pH
pH mơi trường có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình lên men rượu. Tuỳ thuộc
vào sản phẩm thu được mà người ta điều chỉnh pH mơi trường cho thích hợp.
− pH mơi trường axit thì sản phẩm thu được là rượu etylic.
− pH mơi trường axit yếu thì sản phẩm thu được là rượu etylic và glyxerin.
− pH môi trường kiềm yếu thì sản phẩm thu được là rượu etylic, axit axetic và
glyxerin.
Bình thường lên men rượu được thực hiện ở pH= 4 ÷ 4,5. Để axit hóa mơi trường

người ta thường dùng H2SO4 hoặc axit lactic để tạo pH thích hợp bằng cách cấy vi
khuẩn lactic vào sau đó thanh trùng rồi mới cấy nấm men vào.
e. Nhiệt độ
Tuỳ thuộc vào nấm men nổi hay nấm men chìm mà điều chỉnh nhiệt độ mơi
trường cho thích hợp. Đối với nấm men nổi nhiệt độ thích hợp từ 20 ÷ 28oC, nấm
men chìm nhiệt độ thích hợp từ 5 ÷ 10oC.
4.3.1.4. Ứng dụng quá trình lên men ethanol trong thực phẩm
a. Sản xuất rượu và cồn
Sản xuất từ các nguyên liệu chứa tinh bột như gạo, sắn, ngô… Người ta thuỷ phân
tinh bột thành đường bằng axit, kiềm hay enzyme sau đó lên men đường thành rượu
nhờ nấm men.
Sản xuất từ nguyên liệu rỉ đường thường có từ 35 ÷ 40% là đường. Trước khi lên
men phải pha loãng xuống từ 14 ÷ 20%. Người ta có thể sử dụng đường sữa là nước

4


thải của công nghiệp sản xuất phomat. Nguyên liệu này chứa nhiều đường lactose
nên phải dùng nấm men Saccharomyces lactis.
Sản xuất từ nước thải nhà máy giấy, nguyên liệu này chứa nhiều cenlulose, hemi
cenlulose, dextrin. Trước khi lên men phải thuỷ phân chúng thành đường.
Nếu đi từ nguyên liệu là tinh bột thì tuỳ theo cách sử dụng nấm mốc để thuỷ phân
tinh bột thành đường mà phương pháp sản xuất rượu có thể chia làm 3 cách.
Phương pháp Amylo: thuỷ phân tinh bột bằng enzyme amylase của nấm mốc
Mucor hay Rhizopus. Sau 24h thuỷ phân thì cho nấm men vào, hai q trình đường
hố và lên men rượu được diễn ra song song, sau 3 ngày nấm mốc sẽ bị chết vì nồng
độ rượu tăng cao, sau 7 ngày thì quá trình lên men kết thúc.
Phương pháp Mycos-Malt: nguyên liệu chứa bột được thuỷphân bằng enzyme
amylase của nấm mốc Aspergillus niger hay Aspergillus oryzea dưới dạng malt. Để
sản xuất amylase của các loại nấm mốc này người ta sử dụng các nong, khay đựng

cám, bổsung thêm thức ăn vô cơvà axit hố cho mơi trường có pH từ 4 ÷ 5, độ ẩm
khoảng 55%, nhiệt độ môi trường từ 28 ÷ 30oC, với độ ẩm mơi trường là 100%. Sau
2 ngày nấm mốc phát triển rất mạnh và sinh bào tử, như vậy ta thu được chếphẩm
mycos-malt từ nấm mốc. Malt này được dùng để thuỷ phân tinh bột với tỷ lệ 10%,
thời gian thuỷ phân là 4 ÷ 6h. Sau đó đem tiệt trùng và cho nấm men vào, lên men
trong vòng 48h rồi đem chưng cất. Như vậy phương pháp này sẽ rút ngắn được thời
gian lên men.
Phương pháp men thuốc bắc: men thuốc bắc là một chế phẩm có mơi trường cơ
bản là tinh bột, bài thuốc cái và men gốc (bao gồm hai hệ vi sinh vật cộng sinh với
nhau).
Quá trình sản xuất rượu theo phương pháp này được tóm tắt như sau: nguyên liệu
tinh bột đem nấu chín  cấy men thuốc bắc  Đường hoá  rượu hoá  cất rượu.
Rượu sản xuất theo phương pháp này có tính chất thủcơng với qui mơ hộ gia đình.
Rượu sau khi chưng cất cịn được gọi là rượu gạo có mùi vi thơm ngon nhưng độtinh
khiết khơng cao và cịn lẫn nhiều tạp chất như aldehyde nên thường làm cho người
uống bị đau đầu.
b. Sản xuất bia
Bia là một loại thức uống giải khát thơm ngon, có độ rượu nhẹ từ 4 ÷ 5%, có vị
đắng dễ chịu của hoa hublong. Nguyên liệu là malt đại mạch, cao hoa hublong và
nước. Trong malt có sẵn enzyme amilase để thuỷ phân tinh bột thành đường cung cấp
cho quá trình lên men.
Người ta thường sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae dạng biến chủng
chuyên dụng để lên men bia. Quá trình lên men bia gồm hai giai đoạn:

5


− Giai đoạn lên men chính: giai đoạn này thực hiện ở nhiệt độ cao, thường từ 8 ÷
16 C. Dịch đường ban đầu có nồng độ từ 9 ÷ 12%, sau khi lên men thì cịn khoảng 2
đến 3%. Nếu lên men cổ điển thì nhiệt độ từ 8 ÷ 10oC thì thời gian lên men lâu, lên

men nhanh ở nhiệt độ từ 14 ÷ 16 oC và sau 8 ngày nồng độ đường cịn lại từ 2 ÷ 3%.
o

− Giai đoạn lên men phụ: giai đoạn này thực hiện ở nhiệt độ từ 0 ÷ 5oC, phương
pháp lên men cổ điển ở nhiệt độ từ 0 ÷ 1oC, phương pháp lên men nhanh ở nhiệt độ
từ 3 ÷ 5 oC. Ở nhiệt độ lạnh CO2 được giữ lại làm cho bia trong hơn.
Sau khi dịch lên men “chín” đem lọc và bão hòa CO2. Sản phẩm thu được đem
bán trực tiếp làm bia hơi đóng hoặc đóng chai, lon cần phải hấp Pasteur.
c. Sản xuất rượu vang
Rượu vang (từ tiếng Pháp vin) là một loại thức uống có cồn được lên men từ nho.
Sự cân bằng hóa học tự nhiên nho cho phép nho lên men không cần thêm các loại
đường, axit, enzym, nước hoặc chất dinh dưỡng khác. Men tiêu thụ đường trong nho
và chuyển đổi chúng thành rượu và carbon dioxit. Giống nho khác nhau và chủng
nấm men khác nhau tạo thành các dạng khác nhau của rượu vang. Các dạng rượu
vang nổi tiếng là kết quả của sự tương tác rất phức tạp giữa phát triển sinh hóa của
nho, các phản ứng liên quan đến quá trình lên men, cùng với sự can thiệp của con
người trong quá trình tổng thể.
d. Sản xuất bánh mì
Bánh mì là một thực phẩm chế biến từ bột mì hoặc từ ngũ cốc được nghiền ra trộn
với nước, thường là bằng cách nướng. Bánh mì có thể được lên men bằng nhiều quá
trình khác nhau, từ việc sử dụng các vi sinh vật tự nhiên (ví dụ như trong bột chua)
cho tới cách dùng phương pháp thơng khí nhân tạo với áp lực cao trong quá trình
chuẩn bị hoặc nướng. Tuy nhiên, một số sản phẩm bánh mì cịn lại khơng để lên men,
hoặc vì cho sở thích, hoặc vì lý do truyền thống hay tơn giáo. Nhiều thành phần khơng
phải ngũ cốc có thể được đưa vào bánh mì từ trái cây và các loại hạt đến các chất
béo khác nhau. Bánh mì thương mại nói riêng thường chứa các chất phụ gia, một số
trong số chúng không có dinh dưỡng nhằm cải thiện hương vị, kết cấu, màu sắc, thời
hạn sử dụng, hoặc để sản xuất dễ dàng hơn.
4.3.2. Lên men lactic
Lên men lactic là quá trình chuyển hóa kỵ khí đường với sự tích lũy acid lactic

trong môi trường.
4.3.2.1. Vi sinh vật lên men lactic
Vi khuẩn lên men lactic thuộc họ Lactobacterium. Đây là những trực khuẩn, cầu
khuẩn không tạo bào tử và hầu hết không di động, hơ hấp tuỳ tiện. Chúng có khả năng
lên men nhiều loại đường đơn và đường đôi nhưng không có khả năng lên men các
loại glucid phức tạp và tinh bột. Sự phát triển của nó cần có sự có mặt của peptone,
6


axit amin hay muối amơn. Chúng có u cầu đặc biệt về chất dinh dưỡng là giàu
vitamin, axit amin và khống chất. Q trình lên men xảy ra tốt nhất trong mơi trường
axit pH từ 5,5 ÷ 6, khi pH nhỏ hơn 5,5 quá trình lên men bị dừng lại. Nhiệt độ thích
hợp cho q trình lên men từ 15 ÷ 50oC. Tuy nhiên, mỗi lồi có khoảng nhiệt độ thích
hợp khác nhau, nếu nhiệt độ lớn hơn 80oC vi khuẩn lactic bị tiêu diệt hoàn toàn
4.3.2.2. Cơ chế của quá trình lên men lactic
Quá trình lên men acid lactic gồm hai bước chính (hình 7):
-

Glucose được chuyển hóa theo chu trình đường phân.
Pyruvate bị khử trực tiếp nhờ NADH đển tạo ra lactate như một sản phẩm
cuối cùng và khơng giải phóng CO2.

Hình 4.3. Cơ chế lên men lactic
a. Lên men lactic đồng hình
Trong trường hợp này acid pyruvic được tạo thành. Sau đó acid pyruvic sẽ tạo
thành acid lactic dưới tác dụng của enzyme lactatdehydrogenase.
Lượng acid lactic tạo thành chiếm hơn 90%. Chỉ một lượng nhỏ pyruvate bị khử
cacbon để tạo thành acid acetic, ethanol, CO2 và aceton. Lượng sản phẩm phụ tạo
thành phụ thuộc vào sự có mặt của oxy.
b. Lên men lactic dị hình

Xảy ra trong trường hợp vi khuẩn lactic khơng có các enzyme cơ aldolase và
triozophotphatizomerase, vì vậy xylulose 5-photphat sẽ được tạo thành theo con
đường pentose-photphat (PP).
Trong trường hợp này chỉ có 50% lượng đường tạo thành acid lactic, ngồi ra cịn
có các sản phẩm phụ khác như: axic acetic, ethanol, CO2. Các sản phẩm phụ tương
tác với nhau tạo thành ester có mùi thơm.
Phương trình tổng quát:
7


C6H12O6  CH3CHOHCOOH + CH3COOH + C2H5OH + COOH(CH2)2COOH + CO2
Glucose acid lactic (40%)

acid acetic

ethanol

acid succinic

Lượng sản phẩm phụ tạo thành hoàn toàn phụ thuộc vào giống vi sinh vật, vào
mơi trường dinh dưỡng và điều kiện ngoại cảnh, nói chung thì acid lactic thường
chiếm 40% lượng đường đã được phân hủy, acid succinic 20%, ethanol chiếm 10%,
acid acetic 10% và các loại khí gần 20%.

Hình 4.4. Q trình lên men acid lactic và ethanol
4.3.2.3. Ứng dụng quá trình lên men lactic trong thực phẩm
a. Sản xuất axit lactic
Nguyên liệu dùng để sản xuất axit lactic là: rỉ mật, đường, tinh bột đã được đường
hoá. Nồng độ đường sử dụng cho quá trình lên men lactic từ 8 đến 20%. Nếu nguyên
liệu là rỉ mật phải làm trong để loại bỏ các hợp chất chứa nitơ. Quá trình lên men

lactic xảy ra rất tốt trong môi trường axit, tuy nhiên vi khuẩn lactic khơng có khản
ăng chịu được nồng độ axit quá cao. Khi nồng độ axit quá cao sẽ ảnh hưởng đến sự
8


phát triển của vi khuẩn, vì vậy cần phải điều chỉnh độ pH của mơi trường từ 6,3 ÷
6,5.
Trong thực tế sản xuất người ta thường xuyên bổ sung vôi tôi hoặc cacbonat canxi
để giữ pH của môi trường không thay đổi. Axit lactic thu được sẽ ở dạng muối
canxilactat.
Nhiệt độ tối ưu cho quá trình lên men lactic là 50oC, trong q trình lên men lactic
có nhiều vi khuẩn tham gia vì vậy sản phẩm thu được ngồi axit lactic cịn có CO2 và
một số sản phẩm phụ khác.
Người ta sản xuất axit lactic theo cách lên men đồng hình sau đó tinh chế thành
axit lactic tinh khiết để ứng dụng vào trong ngành công nghệ thực phẩm, thay thế axit
citric trong sản xuất bánh kẹo, đồ hộp…
Trong công nghiệp nhẹ, axit lactic là dung môi cho công nghiệp sản xuất sơn,
vecni, nhuộm và thuộc da.
Trong công nghiệp rượu, axit lactic được dùng dưới dạng muối của canxi.
b. Chế biến các sản phẩm sữa
Trong sữa chứa đường, cazein và các loại muối khống khác nên là mơi trường
thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Trong sữa bình thường chứa khá nhiều vi sinh vật
(khoảng 300 đến 400 tế bào/ml), vi sinh vật xâm nhập vào sữa bằng nhiều con đường
khác nhau. Để sản xuất các sản phẩm sữa khác nhau người ta dùng các giống vi khuẩn
lactic khác nhau. Ứng dụng vi sinh vật vào trong chế biến sữa được biết từ rất lâu.
- Sản xuất sữa chua: nguyên tắc làm sữa chua là do sự phát triển của vi khuẩn
lactic làm pH giảm mạnh, cazein trong sữa bị đông tụ. Sữa từ dạng lỏng chuyển sang
dạng keo sệt và có mùi vị thơm ngon. Q trình làm sữa chua người ta phải sử dụng
hai chủng vi khuẩn lactic đồng hình và dị hình. Vi khuẩn lactic đồng hình lên men
nhanh làm giảm pH, vi khuẩn lactic dị hình lên men chậm và tạo thành mùi thơm đặc

trưng của sữa chua.
- Sản xuất phomat: để sản xuất phomat người ta dùng enzyme đông kết thu cazein
trong sữa, sau đó tiếp tục cho lên men với nồng độ muối lỗng. Tuỳ loại phomat mà
trong q trình ủ chín người ta sử dụng các loài vi sinh vật khác nhau.
Các loại vi sinh vật thường được sử dụng để làm chín phomat là: vi khuẩn
propionic, nấm mốc…
c. Muối chua rau quả
Muối chua rau quả nhằm hai mục đích cơ bản sau đây: bảo quản nguyên liệu và
làm tăng giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan của rau quả. Nguyên tắc để muối chua
rau quả là tạo điều kiện để phát triển vi khuẩn lactic đồng thời hạn chế tác dụng của
vi khuẩn gây thối rữa.

9


Hiện nay có rất nhiều sản phẩm rau quả muối chua được sử dụng rộng rãi ở Việt
Nam cũng như trên thế giới.
Quá trình muối chua rau quả được tiến hành như sau:
- Lựa chọn rau quả
- Xử lý sơ bộ
- Phơi nắng
- Cho thêm đường, muối, nước
- Lên men
- Muối chua.
Thông thường muối chua rau quả người ta sử dụng 3% lượng muối so với rau quả.
Nếu nồng độ muối thấp thì rau quả dễ bị thối. Nếu nồng độ muối quá cao thì quá trình
lên men chậm, sự tạo thành axit lactic giảm.
Tác dụng của một số quá trình cơ bản trong muối chua rau quả.
- Quá trình phơi nắng: làm giảm lượng nước có trong nguyên liệu.
- Cho thêm muối, đường: tạo áp suất thẩm thấu, làm nguyên liệu dễ nén chặt,

không bị nát và trở nên giịn. Làm tăng nhanh q trình lên men.
Nhiệt độ thích hợp cho q trình lên men là 26 ÷ 35oC. Tuy nhiên, ở nhiệt độ
này vi khuẩn butyric có thể phát triển mạnh nên trên thực tế người ta khống chế ở
nhiệt độ trong khoảng 20 ÷ 25oC. Thơng thường vi khuẩn lactic chịu được nhiệt độ
thấp hơn so với vi khuẩn khác, vì vậy trong muối chua cần tăng nhanh độ axit để
loại trừ khả năng nhiễm của một số loài vi sinh vật khác.
d. Ủ chua thức ăn gia súc
Từ lâu người ta đã biết sử dụng quá trình lên men lactic để ủ chua thức ăn gia súc.
Phương pháp ủ chua thức ăn gia súc đặc biệt cần thiết đối với các trại chăn nuôi gia
súc.
Nguyên liệu dùng làm thức ăn cho gia súc nếu đem phơi khô sẽ làm giảm 50%
giá trị của chúng. Nhưng nếu ta đem ủ chua thì chỉ giảm khoảng 10% giá trị.
Đặc biệt bằng phương pháp ủ chua sẽ tăng nhiều chỉ số dinh dưỡng khác của thức
ăn. Một trong những phương pháp phổ biến là ủ chua thức ăn thủ công. Các loại thức
ăn gia súc là thực vật được băm nhỏ rồi cho vào vật chứa, cho thêm một ít nước vo
gạo. Sau đó ủ kín 1 đến 2 ngày và cho gia súc ăn. Quá trình ủ chua thức ăn gia súc
thường qua 3 giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: là giai đoạn phát triển hỗn hợp nhiều loài vi sinh vật khác nhau có
trong thành phần của nguyên liệu, từ nước hoặc từ khơng khí.

10


Giai đoạn 2: quá trình lên men lactic đồng hình xảy ra mạnh. Các loài vi khuẩn
lactic chỉ phát triển trong điều kiện yếm khí, nếu có oxy vi khuẩn gây thối phát triển
sẽ tạo thành mùi khó chịu và ảnh hưởng đến thức ăn ủ chua. Chất lượng khối ủ phụ
thuộc rất nhiều vào sự phát triển của vi khuẩn lactic.
Giai đoạn 3: khi ủ tới thời kỳ chín thì chính vi khuẩn lactic cũng bị tiêu diệt do
lượng axit lactic tạo thành nhiều trong môi trường. Trong giai đoạn này nếu khối ủ
không sạch mà bị lẫn đất cát, vi khuẩn butyric sẽ phát triển, gây cho khối ủ có vị đắng

và mùi khó chịu. Nhiệt độ thích hợp cho khối ủ là 25 ÷ 30oC. Hiện nay trong q
trình ủ chua người ta cịn cho thêm muối với nồng độ từ 0,1 ÷ 0,5% so với nguyên
liệu. Cho thêm muối để làm tăng khả năng trích ly các chất và tăng cường khả năng
trao đổi chất của vi sinh vật.
4.4. Các q trình lên men hiếu khí
4.4.1. Lên men thu nhận sinh khối nấm men
Các sản phẩm của quá trình lên men gồm các dạng:
 Sinh khối.
 Sản phẩm trao đổi chất: bậc 1 và 2.
 Sản phẩm của sự chuyển hóa chất.
Trong đó:
Sinh khối = quá trình cơ chất  tế bào.
Q trình ni cấy chủ yếu là sinh sản, phát triển các tế bào của giống vi sinh vật,
chất dinh dưỡng được chuyển hóa thành vật chất tế bào. Lên men thu sinh khối là quá
trình sinh sản, phát triển (sinh trưởng) các tế bào của chủng nuôi cấy. Sinh sản là tăng
số lượng các tế bào. Sinh trưởng phục vụ cho sự duy trì, sinh sản của vi sinh vật.
4.4.1.1. Chủng vi sinh vật
Saccharomyces là một chi nấm men được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm
như làm bánh mì, sản xuất cồn. Saccharomyces có nghĩa là nấm đường và là loại vi
sinh vật được sản xuất với quy mô rất lớn trên thế giới.

Hình. 4.5. Saccharomyces cerevisiae
11


 Hình thái, cấu tạo
Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào
− Nấm men Saccharomyces thuộc họ Saccharomycetaceae, ngành Ascomycota
và thuộc giới nấm.
− Nấm men Saccharomyces cerevisiae có hình cầu hay hình trứng, có kích thước

nhỏ, từ 5-14 µm, sinh sản bằng cách tạo chồi hay bào tử.
− Nấm men Saccharomyces gồm những thành phần chủ yếu sau:
+ Vách tế bào
+ Màng tế bào chất: nằm sát vách tế bào, có cấu tạo chủ yếu là lipoprotein, giữ
vai trị điều hòa vận chuyển các chất dinh dưỡng cho tế bào.
+ Tế bào chất gồm có mạng lưới nội chất là vị trí của nhiều hệ thống enzyme
khác nhau, đảm bảo sự vận chuyển vật chất cho tế bào và các cấu tử khác nhau như
bộ máy Golgi, lysosom, không bào (chứa các sản phẩm bị phân cắt, hay chất độc lạ
có thể có hại cho tế bào). Trong tế bào chất có nhân chứa thơng tin dị truyền cho tế
bào và các thành phần liên quan trong quá trình sinh tổng hợp và sinh sản của tế bào.
Năng lượng cung cấp cho tế bào qua những phản ứng xảy ra trong ty thể cũng nằm
trong tế bào chất. Ngoài ra cịn có hạt glycogen, hạt mỡ dự trữ chất dinh dưỡng cho
tế bào.
 Đặc điểm sinh hóa
- Lên men 13 loại đường.
- Đồng hóa 46 nguồn carbon.
- Tính chống chịu với 0,01% hoặc 0,1% cycloheximide.
- Đồng hoá 6 nguồn nitơ: nitrate, nitrite, ethylnamine hydrochloride, L-lyzine,
cadaverine dihydrochloride, creatine
- Sinh trưởng khi thiếu hụt một số vitamin (myo-Inositol, calcium pantothenate,
biotin, thiamine hydrochloride, pyridoxin hydrochloride, niacin, folic acid, paminobenzoic acid
- Sinh trưởng tại các nhiệt độ khác nhau: 25, 30, 35, 37, 42oC.
- Sản sinh acid từ glucoza.
- Thủy phân Urê.
- Phân giải Arbutin.
- Phân giải lipid
- Có năng lực sản sinh sắc tố.
- Sinh trưởng trên môi trường chứa 50% và 60% glucoza.
12

- Hóa lỏng gelatin.
- Phản ứng với Diazonium Blue B.
- Phát triển trên môi trường chứa acid acetic 1%
4.4.1.2. Sản xuất nấm men bánh mì
Quy trình sản xuất sinh khối nấm men được thực hiện các bước theo sơ đồ .
Nguyên liệu để sản xuất thường người ta dùng là rỉ đường và một số muối khống.
Sau q trình xử lý, nấu trộn và nấu thanh trùng, dịch được đưa vào thùng lên men
và cấy giống đã nhân với tỉ lệ 1%. Sau đó thực hiện q trình lên men có sục khí.
Thời gian lên men 3÷4 ngày, khi nấm men phát triển mạnh và lượng đường sót trong
dịch lên men cịn lại dưới 0,1% thì ly tâm loại nước. Sinh khối nấm men được rửa và
bổ sung phụ gia cần thiết được đi sấy thành bột khơ hay đóng thành bánh men ép.
Về mặt dinh dưỡng, nấm men giàu protein và vitamin, đặc biệt là vitamin nhóm
B. Protein của nấm men gần giống protein có nguồn gốc động vật chứa 20 loại acid
amin, trong đó có đày đủ các acid amin không thay thế. Thành phần các acid amin
của nấm men cân đối hơn so với lúa mỳ, kém chút ít so với sữa, bột cá và các sản
phẩm động vật nói chung.
4.4.1.3. Ứng dụng sinh khối nấm men trong thực phẩm
a. Ứng dụng trong sản xuất bia rượu
b. Ứng dụng trong sản xuất bánh mì
Ngay từ năm 1858, Pasteur phát hiện sự tăng nhanh sinh khối tế bào nấm men khi
sục khí mạnh, nhưng mãi đến năm 1919 quy trình sản xuất men bánh mì mới ra đời.
Men bánh mì thực chất là sinh khối tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae được
nuôi trong môi trường giàu đường (mật rỉ đường) có bổ sung phosphote và
ammonium như DAP (diammonium phosphate), urea,…..
Tế bào nấm men có 3 vai trị trong sản xuất bánh mì : làm nở bột mì nhão do lên
men rượu sinh ra khí CO2, các bọt khí làm xốp bánh và góp phần tạo hương. Men
bánh mì được bán ra ở dạng sấy khô hay tươi, được ép thành bánh (paste). Nhu cầu
tiêu thụ men bánh mì trên thế giới rất lớn.
Sản xuất men bánh mì dựa trên quá trình sinh sản và tăng sinh khối của một số

chủng nấm men. Trong quá trình này, đường trong mơi trường ni cấy tiêu hao vào
hai mục đích: lên men và hô hấp. Kết quả lên men là sự tạo thành rượu etylic và CO2,
cịn hơ hấp đưa đến tổng hợp các acid amin, acid nucleic và protein.
Nấm men bánh mì được sử dụng trong cơng nghiệp sản xuất bánh mì, bánh ngọt
và các loại bánh làm từ bột nhào dùng trong gia đình. Để sản xuất bánh mì trắng,
người ta cần một tỉ lệ nấm men là 2%, với các loại bánh ngọt nhỏ cần 3÷5 %, bánh
sữa 4÷5% (so với trọng lượng bột). Theo qui trình sản xuất hiện nay, toàn bộ nấm
men được bổ sung trực tiếp vào bột nhào, khác với phương pháp gián tiếp trước kia
13


thường cho nấm men phát triển trong một lượng bột nhào nhất định rồi mới dùng nó
nhân lên trong tồn bộ khối bột.
Nấm men trước hết lên men saccharose, glucose và fructose có sẵn trong bột sau
đó lên men maltose hoặc glucose được tạo thành nhờ enzyme amilase có trong bột
nhào. Thơng thường thì bột nhào khơng chứa đủ lượng amilase cần thiết nên người
ta thường bổ sung α-amilase bền nhiệt vào men bánh mì.
Rỉ đường

Xử lý

Pha lỗng

Nấm men

Thanh trùng

Nhân giống

Mơi trường dinh dưỡng

Lên men

Ly tâm

Sinh khối

Sấy khơ

Thành
Phẩm

Hình 4.6. Sơ đồ quy trình sản xuất nấm men khơ từ rỉ đường
CO2 xuất hiện tạo nên các lỗ hổng trong bột. Qui trình trực tiếp tạo nên khoảng
0,5÷1,4% rượu. Trong q trình nướng, khi nhiệt độ trong lị đạt đến 50÷60oC thì
nấm men sẽ bị giết chết.

14


4.4.2. Lên men acid acetic
Acid acetic (giấm) là một sản phẩm rất quen thuộc và được sử dụng rộng rãi trong
các ngành công nghiệp và trong đời sống hằng ngày. Từ xa xưa con người đã biết làm
giấm bằng kinh nghiệm thực tế của mình mặc dù họ chưa hiểu rõ được cở sở của quá
trình tạo thành giấm. Giấm có thể tính tuổi từ năm 1000 trước Cơng Ngun và người
xưa dùng nó làm nước uống jessus. Ứng dụng của giấm làm gia vị đã được sử dụng
trong nhiều thế kỷ. Giấm (Vinegar) được dùng như vị thuốc, tác nhân phá hủy và chất
bảo quản. “Vinegar” bắt nguồn từ hai tiếng Pháp là “Vin” nghĩa là vang và “aigre” là
chua. Đến đầu thế kỷ XIX, với sự phát triển của khoa học, con người mới được biết
đén giấm là sản phẩm lên men của một nhóm sinh vật nhất định. Ngày nay, người ta

gọi chúng là vi khuẩn acetic hay vi khuẩn Acetobacter
Q trình oxi hóa rượu ethanol tới acid acetic được thực hiện nhờ một nhóm vi
khuẩn được gọi chung là vi khuẩn acetic
+

+

H
H
Acetaldehyde →
Acetic
Ethanol →

Thực chất đây là q trình oxi hóa khơng hồn tồn ethanol thành acetic do nhóm
vi khuẩn acetic gây ra. Q trình oxi hóa này được tóm tắt bằng phương trình sau:
C2H5OH + O2 
→ CH3COOH + H2O + 117 Kcal
4.4.2.1. Chủng vi sinh vật
Hiện nay người ta biết đến hàng chục loài vi khuẩn axetic thuộc họ
Acetobacter. Chúng có những đặc điểm chung sau đây:
- Là những trực khuẩn gram âm, không sinh bào tử, hơ hấp hiếu khí bắt buộc, xếp
đơi hay tạo thành từng chuỗi, thường tạo thành lớp màng trên bề mặt, có lồi có khả
năng chuyển động và có lồi khơng.
- Có nhiều trong rau quả.
- Nguồn dinh dưỡng cacbon: oxi hoá rượu etylic hay các rượu khác thành axit
tương ứng. Có khả năng sử dụng glucose.
- Nguồn dinh dưỡng nitơ: sử dụng muối amơn hay peptone.
- 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.
Các chủng tham gia lên men acid acetic:

Acetobacter aceti: là trực khuẩn ngắn, khơng chuyển động và chúng có khả năng
liên kết với nhau thành chuỗi dài. Chúng bắt màu vàng với iot và có khả năng chịu
nồng độ cồn khá cao (11%) và tích tụ được 6% axit axetic. Nhiệt độ phát triển tối ưu
của chúng là 35oC, nếu nhiệt độ lên quá 40oC sẽ xảy ra hiện tượng co tế bào và sẽ tạo
ra hình quả lê. Thường thấy chúng phát triển trong bia.

15


Acetobacter pasteurianum: là trực khuẩn ngắn, hình thái gần giống loài
trên, chỉ khác là chúng bắt màu xanh thẫm với iot. Tạo thành khuẩn lạc hình nhăn
nheo trên mơi trường đặc. Có khả năng tích tụ 6,2% axit axetic.
Acetobacter orleanense: là trực khuẩn khơng chuyển động, có kích thước
trung bình. Khi tăng nhiệt độ chúng tạo thành tế bào hình dài hoặc hình sợi hoặc
khơng tạo hình. Thường thấy chúng phát triển trong dịch nho lỗng. Có khả năng tồn
tại ở nồng độ cồn từ 11 ÷ 12% và tích luỹ axit axetic đến 9,5%.
Acetobacter xylinum: là trực khuẩn không chuyển động, bắt màu xanh với
iot. Chỉ có thể chịu được và tích tụ tối đa 4 ÷ 5% axit axetic và sau đó chúng oxi hố
axit axetic tạo thành CO2 và H2O. Chúng được sử dụng trong ngành sản xuất nước
uống lên men có ga.
4.4.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
a. Nồng độ rượu
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 q
trình lên men khi nồng độ rượu cịn 0,3÷0,5%.
b. Nhiệt độ
Tuỳ theo từng loài mà nhiệt độ tối ưu cho q trình oxi hố khác nhau.
Trong sản xuất người ta thường dùng những lồi vi khuẩn có nhiệt độ thích ứng cho

q trình oxi hố rượu thành axit axetic từ 30÷340C.
c. Nồng độ axit
Tuỳ thuộc từng lồi, đa số quá trình lên men bị ức chế khi nồng độ axít đạt
hơn 8% và khi nồng độ axit axetic từ 12÷14% thì q trình lên men hồn tồn bị
ngừng hoạt động.
d. Oxi
Quá trình lên men axetic là quá trình oxi hố khơng hồn tồn 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 khơng oxi hố
hết rượu thành axit axetic nếu thiếu oxi.
Trong thực tế sản xuất cần cung cấp 2,5m3 khơng khí khi oxi hố 1 kg rượu khan
thành axit axetic. Cần thơng gió và vơ trùng khơng khí khi cung cấp oxi cho q trình
lên men.

16


e. Mơi trường dinh dưỡng
Nếu chỉ có rượu thì vi khuẩn axetic không thể sống được nên cần bổ sung
một số chất dinh dưỡng khác. Trong 100 lít rượu 10% cồn cần 500g đường
glucose hay tinh bột đã thuỷ phân, 25g superphotphat, 25g sunfat amơn, ngồi ra cịn
bổ sung thêm một số chất sinh trưởng khác.
4.4.2.3. Ứng dụng lên men acid acetic
a. Sản xuất giấm
Sản xuất giấm hiện nay theo hai phương pháp cơ bản:
Phương pháp lên men chậm
Đây là phương pháp Orland hay phương pháp của Pháp và là phương pháp
thủ cơng đã có từ lâu. Phương pháp này chủ yếu sản xuất từ rượu vang, nguyên liệu
gồm khoảng 3÷4% rượu và từ 2÷3% axit axetic. Người ta cho axit axetic trước để tạo
điều kiện cho vi khuẩn axetic phát triển, mặt khác ngăn ngừa bị nhiễm các loài vi

khuẩn khác.
Dịch sau khi được chuẩn bị xong được đổ vào các thùng bằng gỗ và để
ngồi khơng khí. Sau một thời gian trên bề mặt sẽ tạo thành váng chứa nhiều axit
axetic. Vì thế q trình oxi hố chậm và chỉ kết thúc sau vài tuần. Sau khi kiểm tra
nồng độ rượu cịn từ 0,3÷0,5 thì lấy giấm ra và cho dịch mới vào. Không nên để quá
lâu chất lượng giấm sẽ giảm nhanh do q trình oxi hố axit axetic thành CO2 và
H2O. Bằng phương pháp này giấm thu được có nồng độ axit axetic từ 5 đến 6%.
Nếu muốn bảo quản giấm được lâu phải thanh trùng.

Hinh 4.7. Thùng gỗ lên men giấm
Phương pháp lên men nhanh
Đây là phương pháp của Đức hay phương pháp công nghiệp. Thiết bị sản
xuất là một thùng gỗ có chiều cao từ 2,5 đến 6m, đường kính từ 1,2 đến 3m.
Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là làm tăng tiết diện tiếp xúc với khơng khí
làm cho q trình lên men xảy ra nhanh hơn.
17


Hinh 4.8. Lên men acid acetic (phương pháp lên men nhanh)
Thùng thường là hình trụ, phía trên có một lỗ cho dịch mơi trường vào và
một lỗ cho khơng khí thốt ra. Dưới là một miếng gỗ có nhiều lỗ trịn để phân phối
đều dịch mơi trường. Phía dưới là những vật liệu xốp đã được thanh trùng. Dướicùng
là một tấm sàn có nhiều lỗ nhỏ cho dịch dấm thốt ra và phân phối đều khơng khí.
Dịch được pha chế như sau: Trong 100 lít rượu 10% cồn cần 500g đường
glucose hay tinh bột đã thuỷ phân, 25g superphotphat, 25g sunfat amon, 0,9g
K2CO3, axit axetic 3kg.
Dịch được đổ từ trên xuống và chảy đều trên các màng xốp đã cấy sẵn vi
sinh vật. Ở đây sẽ xảy ra quá trình oxy hố rượu thành axit axetic nhờ oxi khơng khí
đi từ dưới lên. Có thể tiến hành lên men lại bằng cách cho dịch giấm thu được qua
màng xốp nhiều lần để nồng độ rượu còn khoảng 0,3 đến 0,5% là được. Dịch giấm

thu được thường có nồng độ khoảng 9% axit axetic, sau đó đem lọc và thanh trùng.
b. Sản xuất thạch dừa
Thạch dừa (Nata-deCoco) là loại thực phẩm giải khát phổ biến trên thị trường Việt
Nam hiện nay,. Thạch dừa là sản phẩm có nguồn gốc từ Philippine và được sản xuất
từ nguồn nước dừa già. Thạch dừa thực chất là sinh khối của tế bào vi khuẩn
Acetobacter xylinum , mà thành phần chủ yếu là cellulose . Loại cellulose vi khuẩn
(Bacterial cellulose – BC) này, ngoài giá trị thực phẩm như thạch dừa , các nhà khoa
học trên thế giới đã tìm ra hàng loạt những ứng dụng mới, độc đáo trong nhiều lãnh
vực khác nhau: thực phẩm, y học, mỹ phẩm, khoa học vật liệu, xử lý nước thải, bảo
vệ môi trường…
Giống vi sinh vật
Acetobacter xylinum thuộc nhóm vi khuẩn acetic và có nguồn từ Philippine. Theo
khóa phân loại Bergey thì vi khuẩn Acetobacter xylinum thuộc:
18


Ngành:

Bifidobacteria

Lớp:

Schizomycetes

Bộ:

Pseudomonadales

Họ:

Pseudomonadieae

Giống:

Acetobacter

Lồi:

Acetobacter xylinum

Hình thái và cấu trúc: A. xylinum là
trực khuẩn Gram âm, có dạng hình que, tế
bào đứng riêng lẻ hoặc xếp thành chuỗi,
khơng di động, có chiều rộng 1μm, dài khoảng 2μm, đứng riêng lẽ hoặc xếp thành
chuỗi, có khả năng tạo váng hemicellulose khá dày, bắt màu với thuốc nhuộm Iod và
H2SO4.
Sinh lý-sinh hóa: A. xylinum sinh trưởng tốt ở pH < 5, to = 28-32oC . A. xylinum
hấp thu đường glucose từ môi trường nuôi cấy. Trong tế bào vi khuẩn, glucose này
sẽ kết hợp với acid béo tạo thành một tiền chất nằm trên màng tế bào. Kế đó nó được
thốt ra ngồi tế bào qua một enzyme. Enzyme này có thể polymer hố glucose thành
cellulose. A. xylinum tạo nên lớp cellulose dày là do môi trường ni cấy nước dừa
có bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết (nhóm chất chứa N, P…). Cellulose là những
polysaccharide không tan trong nước mà tan trong môi trường kiềm. Đó cũng là thành
phần chính của vách tế bào thực vật.
Polysaccharide của vi sinh vật thường được tích tụ đáng kể trong các mơi trường
lỏng. Vi sinh vật có khả năng tổng hợp các oligo và polysaccharide. Lượng các oligo
và các polysaccharide nội bào có thể đạt tới 60% trọng lượng khô của tế bào.Tất cả
các oligo và polysaccharide được tổng hợp bằng cách kéo dài chuỗi saccharide có
trước nhờ vào việc thêm vào đơn vị monosaccharide. Đơn vị monosaccharide được
thêm vào tham gia phản ứng ở dạng nucleotide, monosaccharide được hoạt hoá

thường là dẫn xuất của các uridin diphosphat (UDP-X) nhưng đôi khi cũng với các
nucleotide, purin và các pyrimidin khác.
Sự tổng hợp diễn ra theo các phản ứng sau:
…X-X-X-Xn nhánh

+ UDP-X = …X-X-X-X-X + UDP
(n+1) nhánh

Cơ chế quá trình sinh tổng hợp diễn ra theo sự tổng hợp các loại polysaccharide
phân nhánh hiện chưa rõ. Người ta cho rằng thứ tự các gốc đường và tính đặc trưng
tham gia của chúng vào chuỗi polysaccharide phụ thuộc vào các enzyme transferase.
Ở nhiệt độ 28-320C, Acetobacter xylinum tổng hợp polysaccharide cho chất lượng
thạch dừa là tốt nhất.
19


Hình 4.10. Sơ đồ cơ chế sinh tổng hợp exocellulose
Mơi trường nuôi cấy
Nguyên liệu:
Nồng độ cơ chất [S] = 100 – 150 g glucose hoặc lactose/lít
Bổ sung muối amon và phosphate: 5g/l
Chỉnh pH môi trường bằng acid acetic: pH ≤ 5
- Nước dừa già: được lấy từ các nhà máy sản xuất cơm dừa sấy khô
- Nước thơm: được ép từ vỏ và lõi từ các nhà máy sản xuất dứa đóng hộp
- Rỉ đường: phế phẩm của của các nhà máy sản xuất đường
- Nước mía: được ép từ thân mía
Mơi trường tham khảo:
Bảng. 4.1. Các loại mơi trường nuôi cấy lên men thạch dừa
MT nước dừa
Thành phần

MT rỉ đường

Hàm
lượng

Thành phần

MT nước mía

Hàm
lượng

Thành phần

Hàm
lượng
100 ml

Saccharose

20 g

Rỉ đường

40 g

Nước mía

(NH4)2S04

8g

Cao bắp

2g

Cao bắp

2g

(NH 4)2HPO4

2g

(NH4)2S04

8g

(NH4)2S04

8g

Acid acetic

5 ml

(NH 4)2HPO4

2g

(NH 4)2HPO4

2g

Acid acetic

5 ml

Acid acetic

5 ml

Nước dừa già

1000 ml

Nước cất
20

1000 ml

Nước cất

1000 ml


Quy trình cơng nghệ
Tiến hành lên men:
-

Thực hiện lên men tĩnh.

-

Dịch lên men được chứa trong các cuvet có chiều cao không quá 7,5 cm.

-

Nhiệt độ lên men 28 – 32oC

-

Thời gian lên men 7 – 15 ngày.
Nước dừa

Lọc
Bổ sung cơ chất
Thanh trùng
Làm nguội
Lên men

A. xylinum

Thu nhận thạch
Rửa sạch
Cắt thạch
Trung hịa acid
Đóng hộp

Si rơ, hương liệu

Thanh trùng

Thạch dừa
Hình 4.11. Sơ đồ quy trình lên men thạch dừa
21


-

Các thông số cần theo dõi: pH, nồng độ đường sót, cấu trúc thạch.

Sản phẩm thạch dừa:
Thạch dừa được ngâm trong nước đường có bổ sung mùi của các loại trái cây như
vải , nhãn, dâu.
-

Kích thước khối thạch dừa: 1,0 x 2,0 x 2,5 (cm). Tùy thuộc vào nhà sản xuất.

-

Màu sắc : trắng sữa.

-

Cấu trúc : dai, chắc.

-

Mùi vị : mang mùi trái cây tùy thuộc vào hương liệu cho vào theo từng loại
sản phẩm.

-

Tỷ lệ cái : nước là 50 : 50

-

Nước đường có vai trị tạo vị ngọt và là môi trường bảo quản thạch dừa. Hàm
lượng đường vào khoảng 30 - 45%.

-

pH đạt khoảng 4,5 – 5,5.

-

Nước phải trong và mang mùi đặc trưng riêng của từng sản phẩm.

Hình 4.12. Sản phẩm thạch dừa
c. Ảnh hưởng bất lợi của lên men acid acetic
Vi khuẩn Acetic được ứng dụng nhiều trong công nghiệp sản xuất acid acetic, sản
xuất nước giải khát… Tuy nhiên, ngoài tác dụng tốt trong cơng nghiệp, do vi khuẩn
này có rất nhiều trong thiên nhiên nên chúng cũng dễ dàng nhiễm vào nhiều công
đoạn trong sản xuất thực phẩm trong công nghiệp, chính vì vậy có khả năng gây hư
hại nghiêm trọng cho nhiều nguyên liệu cũng như thành phẩm, đặc biệt là trong cơng
nghiệp sản xuất rượu bia, bánh mì, nấm men, đồ hộp…

22

4.4.3. Lên men acid citric
4.4.3.1. Cơ chế lên men
Trong quá trình này glucose được chuyển hố thành axit pyruvic theo con
đường EMP (Embden-Mayerhof-Parnas), sau đó axit pyruvic tiếp tục chuyển hố
thành axit citric.
Phương trình tổng qt của q trình này như sau:
2C6H12O6 + 3O2 → 6C6H8O7 + 4H2O
Glucose

Axit citric

Có nhiều lồi nấm mốc có khả năng oxy hóa gluxit thành axit citric như Rhizopus,
Aspergillus, Penicillium. Trong đó quan trọng nhất là Aspergillus niger.
4.4.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng
a. Môi trường dinh dưỡng
Nấm mốc cần đường, tinh bột và các muối vô cơ. Môi trường lên men axit
citric không phải là mơi trường phát triển bình thường của Aspergillus niger.
Trong điều kiện thường nấm mốc chỉ phát triển sinh khối tạo ra rất ít axit citric. Trong
trường hợp mơi trường nhiều cabon và ít nitơ (lượng đường 4 ÷ 20%, nitơ 0.07%,
ngồi ra cịn bổ sung thêm ngun tố khống như P, Fe, Zn…) thì quá trình tổng hợp
axit citric xảy ra mạnh.
b. pH mơi trường
pH thích hợp cho Aspergillus niger tạo thành axit citric từ 3 ÷ 4, tùy thuộc
vào chủng nấm mốc sử dụng. Ta có thể axit hố môi trường bằng HCl, pH môi trường
phụ thuộc vào nguồn nitơ. Nếu sử dụng NH4NO3 thì pH thích hợp là 3, nếu sử dụng
NH4Cl thì pH thích hợp là 4. Trong quá trình lên men do sự tạo thành axit citric nên
pH giảm mạnh, vì vậy cần phải điều chỉnh pH của mơi trường cho thích hợp.
c. Sự thống khí

Q trình oxi hố cần một lượng lớn oxy, vì vậy cần phải cung cấp khơng
khí cho q trình lên men bằng cách thơng thống khí mơi trường. Ngồi ra sự thơng
thống khí cịn giảm lượng khí cacbonic trong mơi trường.
Trong thực tế sản xuất người ta thường thổi khơng khí vơ trùng vào dịch
lên men.
d. Nhiệt độ:
Nhiệt độ thích hợp cho q trình lên men tạo axit citric là 31÷37oC. Thấp
hơn thì tạo axit gluconic, cao hơn thì việc tạo axit citric bị kìm hãm. Thời gian lên
men khoảng 7÷10 ngày.

23


4.4.3.3. Ứng dụng sản xuất axit citric
Trong quá trình sản xuất axit citric người ta sử dụng nấm mốc Aspergillus
niger. Hiện nay người ta sử dụng hai phương pháp sau:
Phương pháp lên men trên bề mặt (lên men nổi)
Nấm là một hệ sợi vì vậy người ta sử dụng các khay có diện tích lớn và dịch lên
men khoảng 8 ÷ 12cm. Nấm mốc sẽ phát triển trên bề mặt môi trường. Phương pháp
này đơn giản, hiệu suất cao nhưng do dễ bị nhiễm các vi sinh vật khác nên ít được sử
dụng.
Phương pháp lên men chìm
Dùng những thiết bị để giữ nấm mốc trên cơ chất ở giữa dịch lên men và có hệ
thống thơng khí oxy vơ trùng. Dùng phương pháp này hiệu suất lớn, thời gian nhanh
và tạo ra axit citric với nồng độ cao.
Mỗi phương pháp lên men có hai kiểu lên men
Lên men thay thế: dùng hai loại môi trường, đầu tiên dùng môi trường phù
hợp cho sự phát triển sinh khối của nấm mốc sau đó thay mơi trường này
bằng dịch lên men.
Lên men không thay thế: chỉ dùng một loại môi trường trong suốt quá trình lên

men.
Quá trình sản xuất axit citric bằng con đường vi sinh vật gồm 3 giai đoạn:
- Chuẩn bị dịch lên men.
- Lên men.
- Xử lý dịch lên men để thu axit citric.
Trong ngành công nghiệp sản xuất axit citric hiện nay người ta sử dụng
phương pháp lên men bề mặt có thay thế. Theo phương pháp này quá trình lên
men được tiến hành trong 3 phân xưởng chính:
- Phân xưởng bào tử: ni cấy Aspergillus niger để thu bào tử, bào tử thu
được ở dạng huyền phù trong dịch nước để chuyển vào dịch lên men.
- Phân xưởng lên men: gồm một số phịng đóng kín trong đó có những chậu dẹt.
Bào tử nấm mốc được phát triển trên bề mặt thức ăn dinh dưỡng trong những chậu
này ở nhiệt độ 34oC, sau khoảng 2 ngày màng mốc được tạo thành. Thay dung dịch
thức ăn bằng dịch lên men, giữ ở nhiệt độ 32oC trong 4 ngày.
- Phân xưởng hoá học: dung dịch đã lên men là hỗn hợp các axit, đường chưa bị lên
men và các tạp chất hữu cơ. Dựa vào độ hoà tan khác nhau của các

24