sự khác nhau và mối quan hệ của quá trình lên men ethanol và lên men acetic

27



5.
6. sh tp/hnh1.jpg
7. sh tp/hnh2.jpg
8. sh tp/hnh6.jpg
9. sh tp/hnh7.jpg
10.
11. />pha.html#uds-search-results
12.
13.
14.
15. />trai-dieu-part-3.675982.html


26



Tài liệu tham khảo
1. Giáo trình bài giảng “ vi sinh vật học thực phẩm” trường ĐH Công nghiệp thực
phẩm TPHCM.
2. Sách “vi sinh vật học”_nhà xuất bản giáo dục.
3. Sách “công nghệ vi sinh”_Nguyễn Đức Lương_NXB ĐH Quốc Gia TPHCM_XB
năm 2002.
3. Sách “công nghệ lên men ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm”_Bùi Ái_NXB
ĐH Quốc Gia TPHCM_XN năm 2008.
4.Th.s Lê Xuân Phng,giáo trình vi sinh vt công nghip,trng ĐH Bách Khoa
Đà nng.

5.Nguyn xuân Thành,Nguyn Bá Hiên,Hoàng Hi,Vũ Th Loan,2007,giáo trình
vi sinh vt hc nông nghip,nxb giáo dc.

Ngoài ra còn có tìm thông tin trên mạng qua các trang wed lớn:
1.
2. />ei=54C-T-v7K6qTiQeX6- &bih=624
3.
4.
25




Bản phân công:

STT

H
ọ v
à tên

mssv

Phân công công vi
ệc

1

Ngô
Th

ị H
uy
ền Trang

2005100155

T
ổng hợp ,word
,thuy
ết t
rình

2

Ngô Th
ị M
ộng T
ình

2005100400

Quá trình lên men ethanol

3

Tr
ần Thị N
g
ọc Trang

2005100301

So sánh gi
ữa hai quá tr
ình

4

Phùng Đ
ức Tiến

2005100112

Q
uá trình lêm men acetic

5

Nguy
ễn Vũ K
hánh Trang

2005100393

S
o sánh gi
ữa hai quá tr
ình

6

Dương th
ị hu
y
ền Trang

2005100099

M
ối quan hệ của hai quá tr
ình

7

Nguy
ễn Thị Huyền Trân

2005100507

Ch
ỉnh sửa worl, l
ên powerpoin,
thuyết trình
8

Nguy
ễn thị thủy Ti
ên

2005100132

M
ối quan hệ giữa hai quá tr
ình


24




KẾT LUẬN
Qua bài tiểu luận trên có thể phần nào cung cấp cho chúng ta một số hiểu biết kiến
thức về lên men ethanol là gì? Quá trình lên men acetic la gì? Cơ chế của chúng như
thế nào? Sự khác nhau cơ bản của hai quá trình này là gì? Và chúng có mối quan hệ
với nhau như thế nào?
Như vậy có thể nói rằng lên men rượu ethylic là quá trình lên men phức tạp phân
giải đường thành rượu ethylic và CO
2
có sự tham gia của nấm men và một số vi sinh
vật khác trong điều kiện kỵ khí, đây là quá trình lên men quan trọng và rất phổ biến được
con người ứng dụng trong cuộc sống và trong nhiều lĩnh vực khác nhầm cải thiện cuộc
sống gia đình và phát triển kinh tế đất nước .
Tác nhân không thể thiếu của lên men rượu là các loại nấm men nó được xem như “chiếc
máy cày của công nghệ sinh học” được sử dụng để sản xuất protein, vitamin, enzyme và
góp phần không nhỏ trong sinh học.
Ngoài ra lên men acetic cũng không kém phần quan trọng trong việc ứng dụng trong đời
sống cũng như công nghiệp mà đặc biệt là công nghiệp sản xuất rượu bia,các loại nước có
cồn.Qúa trình này xảy ra với sự tham gia của các vi khuẩn acetic và một vi khuẩn khác
trong điều kiện hiếu khí.Nó cũng được xem là một trong những quá trình tiêu biểu của

quá trình lên men.
23





Trong sự oxy hóa ethanol thành acid acetic, chuyển hóa thực chất là một sự sử dụng cơ
chất. Ở đây NADPH2 xuất hiện được chuyển hóa qua chuỗi hô hấp để thu năng lượng,
song cơ chất không bị phân giải hoàn toàn do vậy quá trình cũng còn được gọi là sự oxy
hóa không hoàn toàn



22



IV.Mối quan hệ của 2 quá trình trong lên men :
Acetic acid (CH
3
COOH) có thể thu được bằng phương pháp lên men vi khuẩn
acetic.Acid này (còn gọi là giấm ăn) được dùng trong chế biến thực phẩm, ướp chua rau
quả.Quá trình lên men nhờ vi khuẩn acetic oxy hóa rượu ethanol thành acetic acid.
Lên men axetic là quá trình oxy hóa rượu thành axit axetic, nhờ vi khuẩn axetic, trong
điều kiện hiếu khí.
Phương trình tổng quát:
C
2
H

5
OH + O
2
CH
3
COOH + H
2
O + 117 Kcal
Phản ứng xảy ra trong tế bào của vi khuẩn. Muốn phản ứng được xảy ra, C
2
H
5
OH và O
2

phải được thẩm thấu vào trong tế bào. Khi đó các enzyme oxy hóa có trong tế bào của vi
khuẩn tham gia oxy hóa rượu tạo thành CH
3
COOH. CH
3
COOH được tạo thành sẽ thoát ra
khỏi tế bào và tan trong dung dịch môi trường.

21

Đây chính là sự “quá oxy hoá” rất có
hại cho quá trình lên men giấm. Vì vậy,
trong dịch lên men phải còn dư một
lượng rượu khoảng 0,3-0,5% để đảm
bảo không bao giờ cho oxy hoá hết
rượu nhằm tránh hiện tượng “quá oxy
hoá”.
20

Lên men ethanol
1)Chuyển hóa đường trong điều kiện
không có ôxy (gọi là yếm khí)
2)Chúng sản xuất ra êtanol và
cacbonđiôxít
3)Sản xuất êtanol từ các nguyên liệu
chứa tinh bột.
4)Tinh bột đầu tiên phải được chuyển
hóa thành đường.
5)Phản ứng thủy phân cellulose gồm
các bước.
Bước 1: thủy phân xenluloza thành
mantoza dưới tác dụng của men
amylaza.
(C
6
H
10

O
5
)
n
C
12
H
22
O
11

Bước 2: thủy phân tiếp mantoza thành
glucoza hoặc fructoza dưới tác dụng
của men mantaza.
C
12
H
22
O
11
C
6
H
12
O
6

Bước 3: phản ứng lên men rượu có xúc
tác là men zima.
C

6
H
12
O
6
2 C
2
H
5
OH + 2 CO
2





Lên men acetic
1)Lên men acid acetic là quá trình oxy
hoá cồn thành acid acetic nhờ vi khuẩn
acetic trong điều kiện hiếu khí.
2) Trong quá trình lên men giấm, rượu
etylic được oxy hoá thành acid acetic.
3) Sản xuất giấm từ rượu etylic.
4) Lên men giấm là quá trình oxy hoá
rượu etylic thành acid acetic nhờ có
enzym alcohol oxydaza xúc tác trong
điều kiện hiếu khí.
5) Để chuyển hoá thành acid acetic,
rượu và oxy phải thâm nhập vào tế bào
vi khuẩn , ở đây nhờ có enzyme của vi

khuẩn xúc tác, rượu được chuyển hoá
thành acid acetic theo một quá trình sau
C
2
H
5
OH + ½ O
2
CH
3
CHO
(Acetaldehyd) + H2O
CH
3
CHO + H
2
O CH
3
CH(OH)
2

(Hydratacetaldehyd)
CH
2
CH(OH)
2
+ ½ O
2
CH
3

COOH
+ H
2
O
Acid acetic tạo thành sẽ thoát ra khỏi tế
bào của vi khuẩn và đi vào môi trường.
Khi môi trường hết rượu thì vi khuẩn
giấm sẽ oxy hoá acid acetic thành CO
2

và H
2
O theo phương trình sau:
CH
3
COOH + 2O
2
2CO
2
+ 2H
2
O
19

4. Ứng dụng:
- Acid acetic đóng vai trò quan trọng trong đời sống cũng như trong công nghiệp. Nó
được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như: công nghiệp tổng hợp hữu cơ,
công nghiệp thực phẩm, …
- Giấm tổng hợp theo phương pháp hoá học. Qua kiểm nghiệm, người ta thấy trong
giấm tổng hợp ngoài thành phần chính là acid acetic, còn chứa nhiều thành phần phụ

khác, chúng là các chất độc gây ung thư như: acid focmic, metanol, metyl acetat,…
mặc dù các nhà sản xuất đã áp dụng những thiết bị và phương pháp khử độc hiện đại.
Nếu sử dụng axit axetic công nghiệp để làm giấm dùng pha chế để ăn đối với cơ thể là
có hại.
-Trong công nghệ thực phẩm, với hàm lượng acid acetic 2-5%, 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.
-Hiện nay người ta sản xuất acid acetic chủ yếu bằng phương pháp lên men (sản phẩm
là giấm ăn).

III. So sánh khác biệt sự lên men ethanol và acetic
18

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 amôn 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.
Chúng gồm các loài sau đây:
- Acetobacter aceti: là trực khuẩn ngắn, không 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 35
o
C, nếu nhiệt độ lên quá 40
o
C sẽ xảy ra hiện tượng co tế bào và
sẽ tạo ra hình quả lê. Thường thấy chúng phát triển trong bia.
- 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 môi trường đặc. Có khả năng tích tụ 6,2% axit axetic.
- Acetobacter orleanense: là trực khuẩn không chuyển động, có kích thước trung
bình. Khi tăng nhiệt độ chúng tạo thành tế bào hình dài hoặc hình sợi hoặc không
tạo hình. Thường thấy chúng phát triển trong dịch nho loãng. 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 hoá axit
axetic tạo thành CO
2
và H
2
O. Chúng được sử dụng trong ngành sản xuất nước
uống lên men có ga.

17




2.4.3 Phương pháp chìm
Ở phương pháp này,không khí sục qua khối dịch lên men mãnh liệt sẽ tạo thành một
thể huyền phù có pha rắn là vi khuẩn giấm,pha lỏng là dịch lên men trong các thiết bị
lên men có tên là acetator,dịch lên men được chuyển hóa thành giấm rất nhanh.
Người ta thiết kế hệ thống lên men acetic được gọi là acetor, cho dung dịch lên men
vào thiết bị và tiến hành thổi khí rất mạnh thể huyền phù và dung dịch lên
men. Hai thể này luôn luôn được trộn lẫn vào nhau và như vậy quá trình oxy hóa xảy
ra mãnh liệt.
2.4.4 Phương pháp tổ hợp
Đây là phương pháp lai giữa hai phương pháp nhanh và chìm.Thiết bị lên men này
gồm hai phần:

- Phần trên như generator có đổ đầy đệm,hoạt động theo nguyên tắc lên men nhanh
- Phần dưới (phần chứa dịch sau khi đi qua vật liệu bám)có lắp thêm bộ phận sục
khí tạo thành vùng oxy hóa bổ sung như một acetator trong phương pháp chìm.
- Khi ngừng cung cấp oxy qua bộ phận sục khí (khi ngắt điện) vẫn không ảnh
hưởng đến vi khuẩn vì lúc đó các van thông khí trong thiết bị được mở ra và
không khí đi vào nhờ thông khí tự nhiên,do đó màng vi khuẩn trên đệm vẫn không
bị chết.
- Phương pháp này khắc phục được nhược điểm và phát huy ưu điểm của hai
phương pháp nhanh và chìm.
3. Vi khuẩn lên men axetic
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, hô hấp hiếu khí bắt buộc,
xếp đôi hay tạo thành từng chuỗi, thường tạo thành lớp màng trên bề mặt, có loài có
khả năng chuyển động và có loài không.
- Có nhiều trong rau quả.
16

Sơ đồ phương pháp lên men nhanh

Acid acetic có
nồng độ 3-5%
Lớp phôi vô trùng
Nước vô trùng
Dòng môi trường
từ trên xuống
Oxy hóa rượu
CH
3
COOH
Đẩy thiết bị lên men
Thu nhận
Giống vi khuẩn
acetic
Thổi khí từ dưới lên
15

chiều từ dưới lên,dịch lên men được chuyển hóa nhanh nhờ vi khuẩn.Nếu thiết bị lên
men đủ cao,điều kiện vận hành được khống chế tốt thì chỉ cần cho dịch lên men qua

tháp một lần đã có thể thu được giấm đặc ở đáy.
Ưu điểm của phương pháp:
- Thời gian lên men ngắn
- Thiết bị tương đối đơn giản,năng suất cao,ổn định
- Giấm thu được có nồng acid acetic cao (có thể đến 11-12%)
Nhược điểm của phương pháp:
- Hiệu suất không cao
- Phải chọn vật liệu bám phù hợp















14

- Phương pháp nhanh
- Phương pháp chìm
- Phương pháp hỗn hợp
2.4.1 Phương pháp chậm
Phương pháp chậm còn gọi là phương pháp Orleans hay phương pháp Pháp.Phương

pháp này được này được biết đến năm 1670,khởi đầu là vùng trồng nho nổi tiếng ở
nước Pháp.Do người ta nhận thấy dịch vang nho để trong những vùng gỗ hở nắp dần
dần bị đục,có màng phủ trên bề mặt và trở nên chua.
Đây là phương pháp lâu đời nhất,quá trình lên men giấm diễn ra ở bề mặt tiếp xúc
giữa khối dịch lên men và không khí (bề mặt khoáng) trong những thùng lên men đặt
nằm ngang.
Để tiến hành sản xuất giấm theo phương pháp này,tiến hành như sau:đổ vào thùng 1/5
thể tích giấm tươi chất lượng cao để acid hóa,sau đó đổ thêm dịch lên men vào cho
đến ½ thể tích thùng.Tiếp theo cứ mỗi chu kỳ đổ thêm dịch lên men cho đến khi
đầy.Khi nào nhận thấy rượu đã được oxy hóa gần hết lấy 1 phần giấm ra để đem chế
biến và bảo quản,đồng thời cho tiếp dịch lên men vào để lên men tiếp.
Khi lên men,vi khuẩn giấm phát triển tạo thành màng vi sinh vật trên bề mặt
thoáng,khi bị chấn động (do va chạm hay quá trình đổ dịch lên men vào và tháo sản
phẩm ra) nó sẽ bị phá vỡ,chìm xuống tiêu thụ cơ chất mà không tạo ra acid acetic.Dần
dần trên bề mặt thoáng lại hình thành màng vi khuẩn mới và lại diễn ra quá trình lên
men tiếp tục.
Do hạn chế của bề mặt thoáng nên phương pháp này có những đặc điểm sau:
Thời gian lên men dài,nồng độ acid acetic thấp,năng suất thấp,cồng kềnh.Tuy vậy
phương pháp này có ưu điểm là cho giấm thơm,ngon,thiết bị dễ chế tạo.
2.4.2 phương pháp nhanh
Phương pháp này tạo được bề mặt tiếp xúc pha giữa lỏng, khí và vi sinh vật lớn nhờ
bổ sung vật liệu bám trong thiết bị nên năng suất và hiệu suất cao hơn.
Ở phương phương này người ta tưới dịch lên men cho chảy qua thùng lên men,bên
trong có đổ đầy vật liệu bám và màng vi khuẩn ở trên bề mặt,không khí đi ngược
13

Trong cơ thể vi sinh vật có khoảng 40 hợp chất khoáng khác nhau có thể ở dạng tự do
hay liên kết hữu cơ cao phân tử,thông thường tổng hàm lượng khoáng trong vi khuẩn
chiếm khoảng 5-8% trọng lượng chất khô.Các chất khoáng chia làm 2 loại:
- Khoáng đa lượng:S,P,K,Na,Fe,Mg,Cu,…

- Khoáng vi lượng:Cl,Br,I,As,P,Zn,Mn,……
Do đó, để cho vi khuẩn giấm phát triển tốt,khi sản xuất giấm ngoài các
chất:nước,acid,rượu thì cần đưa vào môi trường lên men các muối tan có chứa các
nguyên tố khoáng cần thiết.Nếu sản xuất giấm từ rượu vang, bia,nước quả ép,…thì
trong dịch men đã có đủ các nguyên tố khoáng đa lượng và vi lượng nên không cần bổ
sung.Nếu sản xuất giấm từ dịch cồn pha loãng thì cần bổ sung các nguyên tố khoáng
cần thiết nhờ các muối vô cơ dễ tan.Mỗi cơ sở sản xuất giấm đưa ra hàm lượng các
chất dinh dưỡng khác nhau.
2.3.6 Các chất gây độc và các kim loại nặng
Các chất gây độc hại và ức chế:các chất như tinh dầu,lignin,tannin,…và một số hợp
chất khác khi có mặt trong môi trường lên men với nồng độ vượt quá ngưỡng giới hạn
cho phép đều có tác dụng gây độc hại cho vi sinh vật.
Các kim loại nặng:khi có mặt 5 kim loại Pb,Cu,Fe,Sn trong dung dịch lên men sẽ làm
giảm hiệu suất lên men,ngưỡng độc hại của 5 kim loại trên là:10,15,50,100 và >100
ppm.
2.3.7 Chất lượng nước pha dịch
Chất lượng nước pha loãng cũng có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình lên men
giấm,yếu tố quan trọng nhất của nước pha loãng là có độ sạch sinh học cao (vô trùng)
và hàm lượng Clo thấp.Nhìn chung,nước pha loãng tốt là nước có độ sạch sinh học
cao,hàm lượng Clo,các kim loại nặng và các chất rắn thấp,có đủ các nguyên tố vi
lượng.
2.4. Các phương pháp sản xuất acid acetic bằng cách lên men
Yếu tố quan trọng quyết định hiệu suất và năng suất của một phương pháp sản xuất
acid acetic chính là bề mặt tiếp xúc giữa oxy của không khí và cơ chất.Đến thời điểm
hiện tại đã có 4 phương pháp sản xuất acid acetic bằng cách lên men:
- Phương pháp chậm
12

Trong sản xuất giấm,điều kiện thoáng khí càng tốt thì quá trình lên men càng mạnh.Ở
phương pháp chậm,dịch lên men tiếp xúc với không khí và hấp thụ oxy qua bề mặt

thoáng,do hạn chế của bề mặt thoáng nên phương pháp này chậm,năng suất
thấp.Trong phương pháp nhanh,do bổ sung các vật liệu xốp (vỏ bào,than gỗ,than cốc
,nhiều vật liệu trơ khác nên đã làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa môi trường dinh dưỡng
và không khí,cải thiện điều kiện thông khí do đó thúc đẩy quá trình lên men.
2.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nồng độ của môi trường ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động sinh lý của vi sinh vật,do đó
sẽ ảnh hưởng đến quá trình lên men.Nhiệt độ thích hợp để vi khuẩn giấm sinh trưởng
và phát triển mạnh đối với mỗi loài khác nhau là khác nhau nhưng nhìn chung khoảng
nhiệt độ để vi khuẩn giấm tồn tại và phát triển là khá rộng từ 15-34
0
C.
Nếu nhiệt độ quá thấp thì tốc độ lên men sẽ chậm,ngược lại khi nhiệt độ quá cao sẽ
làm tăng tổn thất do bay hơi rượu và acid acetic.Do đó, nhiệt độ thích hợp cho quá
trình sản xuất là khoảng 30
0
C.
2.3.3 Hàm lượng acid (độ pH)
Thường môi trường acid (pH=3) là điều kiện thuận lợi đối với sự phát triển của vi
khuẩn giấm.Acid acetic tích tụ trong môi trường đến mức nào đó sẽ ức chế hoạt động
của chính vi khuẩn.khi trong dung dich có khoảng 8% acid acetic thì hoạt động của vi
khuẩn trở nên ngày càng giảm và ngừng hoạt động khi hàm lượng đạt 12-14%.Vì vậy
hàm lượng acid acetic có thể dao động trong khoảng 1-7%.
2.3.4 Hàm lượng rượu
Tùy từng loại vi sinh vật mà chúng có khả năng tồn tại trong nồng độ rượu khác
nhau,thường sử dụng nồng độ từ 2-10%V.Theo Ebner (1985) và Heirich (1987)thì
lượng rượu etylic sử dụng 2-10%V.
Để tránh hiện tượng oxy hóa tiếp tục acid acetic đến CO2 và H2O cần có một lượng
rượu dư trong giấm từ 0,3-0,5%V.Lượng rượu sót trong giấm có tác dụng ức chế sự
tổng hợp enzyme oxy hóa acid acetic và muối axetat (Dires,1973).
2.3.5 Các chất dinh dưỡng

11

đây nhờ có enzyme của vi khuẩn xúc tác, rượu được chuyển hoá thành acid acetic theo
một quá trình sau:
C
2
H
5
OH + ½ O
2
CH
3
CHO (Acetaldehyd) + H
2
O
CH
3
CHO + H
2
O CH
3
CH(OH)
2
(Hydrat acetaldehyd)
CH
3
CH(OH)
2
+ ½ O
2

CH
3
COOH + H
2
O
Acid acetic tạo thành sẽ thoát ra khỏi tế bào của vi khuẩn và đi vào môi trường. Khi
môi trường hết rượu thì vi khuẩn giấm sẽ oxy hoá acid acetic thành CO
2
và H
2
O theo
phương trình sau:
CH
3
COOH + 2O
2
2CO
2
+ 2H
2
O
Đây chính là sự “quá oxy hoá” rất có hại cho quá trình lên men giấm. Vì vậy, trong
dịch lên men phải còn dư một lượng rượu khoảng 0,3-0,5% để đảm bảo không bao giờ
cho oxy hoá hết rượu nhằm tránh hiện tượng “quá oxy hoá”.


Sơ đồ biểu diễn hiện tượng “quá oxy hóa”


2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men

2.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng oxy (O
2
)
Theo cơ chế phản ứng, giấm hóa là phản ứng dehydro hóa.trong đó,oxy hóa đóng vai
trò quan trọng trong quá trình lên men.Từ phản ứng trên ta thấy,để oxy hóa hết 1 mol
rượu thì cần có 1 mol 0
2
tự do,tức là để oxy hết 1kg rượu thì cần 2,3m3 không khí
(tính theo 20,9% O
2
).
10

Các phản ứng sinh hoá xảy ra trong các quá trình lên men là những phản ứng
chuyển hydro nhưng sự chuyển hydro cũng tương đương với sự chuyển electron vì
nguyên tử hydro có thể tách thành proton H
+
và electron. Các enzym xúc tác quá trình
tách nguyên tử hydro khỏi cơ chất gọi là enzyme dehydrogenaza.
Trong quá trình lên men giấm, rượu etylic được oxy hoá thành acid acetic. Ở đây
sự chuyển hydro được thực hiện nhờ sự xuất hiện của NADP (Nicotinamit adenin
dinucleotit photphat dạng oxy hoá). Hydro được NADP nhận (trở thành NADPH2)
được chuyển qua chuỗi hô hấp để thu năng lượng, song cơ chất không bị phân giải
hoàn toàn nên được gọi là quá trình oxy hoá không hoàn toàn.


2.2. Cơ chế của quá trình lên men acid acetic
Lên men acetic là quá trình oxy hoá rượu etylic thành acid acetic nhờ có enzym
alcohol oxydaza xúc tác trong điều kiện hiếu khí:
CH

3
CH
2
OH + O
2
CH
3
COOH + H
2
O + 117 Kcal
Để chuyển hoá thành acid acetic, rượu và oxy phải thâm nhập vào tế bào vi khuẩPn ở
9

chống được vi khuẩn, nấm, virus nhưng không hiệu quả trong việc chống lại các bào
tử vi khuẩn…
- Làm dung môi: có trong sơn, cồn thuốc, các sản phẩm chăm sóc cá nhân (nước hoa,
chất khử mùi )…
- Nguyên liệu công nghiệp:
+ Đồ uống có cồn: thành phần chính của đồ uống có cồn, khi uống ethanol chuyển hóa
như một năng lượng cung cấp chất dinh dưỡng.
+ Nhiên liệu hoặc phụ gia xăng dầu: ethanol có thể sử dụng như nhiên liệu thông
thường được trộn lẫn với xăng, và trong các quá trình công nghiệp khác nhau. Hỗn
hợp xăng (90%) và ethanol (10% thường thu được bằng nông sản) hoặc xăng dầu
(97%) và methanol hoặc rượu. Ethanol được sử dụng trong các sản phẩm chống đông
lạnh vì điểm đóng băng thấp của nó.
II. Quá trình lên men acetic (lên men giấm)
1. Khái quát:
Lên men acetic là quá trình oxy hóa rượu ethanol thành axit acetic do vi
sinh vật.
Ethanol acetaldehyde acetic

Thực chất đây là quá trình oxi hóa không hoàn toàn ethanol thành acetic do
nhóm vi khuẩn acetic gây ra và trong điều kiện hiếu khí.
C
2
H
5
OH + O2 CH
3
COOH + H
2
O
2. Cơ chế lên men acetic
2.1.Bản chất của quá trình lên men acid acetic
Lên men acid acetic là quá trình oxy hoá cồn thành acid acetic nhờ vi khuẩn
acetic trong điều kiện hiếu khí. Mọi quá trình muốn hoạt động được đòi hỏi phải có
năng lượng, để thực hiện được các hoạt động sống như sinh trưởng, sinh sản và phát
triển thì vi sinh vật cần phải có năng lượng.
8


Trong quá trình lên men ethanol, mỗi phân tử gam glucose sẽ giải phóng ra
khoảng 50 kcal. Năng lượng này được nấm men sử dụng chừng 20 kcal. Số còn lại sẽ
thải ra canh trường do đó làm tăng nhiêt độ dịch lên men. Theo Euler, nhiệt này chiếm
28 kcal/ trên phân tử glucose.
2.3 Các tác nhân của quá trình lên men
- Tác nhân lên men rượu: Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces ellipsoideus,
Saccharomyces paradoxus, Saccharomyces oviforuris, Saccharomyces lactic, Endo
mycosis, Saccharomyces candida.
- Tác nhân đường hóa: Rhizopus, Mucor (đa số ), Aspergillus, Amylomyces; vi khuẩn
Lactic: Lactobaccillus, Streptococcus; vi khuẩn Acetic: vi khuẩn Lactic và Acetic

được đưa về phương trình tối ưu để vi sinh vật lên men rượu.
2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu
- Nguồn hydrat carbon: nấm men chỉ có khả năng lên men monno và dissacharide
- Nồng độ đường từ 10-15%: có thể huấn luyện để vi sinh vật chịu nồng độ đường
carbon
- Nguồn dinh dưỡng khác của nấm men: N, P
- Oxy: điều kiện lên men hiếu khí hay kỵ khí
- Nhiệt độ: 15-35
o
C, tối ưu từ 28-32
o
C
Nồng độ rượu tạo thành có thể huấn luyện để vi sinh vật chịu độ rượu cao hơn.
3.Ứng dụng
- Dược: làm thuốc ngủ, nhưng nếu nồng độ cồn trong máu >5% sẽ dẫn đến tử vong,
thuốc sát trùng (dung dịch chứa 70% ethanol ) chủ yếu được sử dụng như chất tẩy uế
7

[Năng lượng được giải phóng do oxy hóa 3-phosphoglyceroaldehyde sẽ tích tụ
trong liên kết cao năng của acid 1,3-diphosphoglyceric mới tạo thành].
7. Với sự tham gia của phosphoglyceratkinase, gốc phosphat chứa cao năng của
acid 1,3-diphosphoglyceric sẽ chuyển vào phân tử. Kết quả 3-phosphoglyceric được
tạo thành , còn ADP nhận thêm năng lượng và biến thành, còn ADP nhận thêm năng
lượng và biến thành ATP:

2CH
2
(H
2
PO

3
)CHOHCOO~(H
2
PO
3
) + 2ADP
2CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCOOH + 2ATP
8. Dưới tác dụng của enzime phosphoglyceromutase, gốc acid phosphoric sẽ
chuyển từ vị trí cacbon thứ ba sang cacbon thứ hai. Kết quả là 3-phosphoglyceric biến
thành acid 2-phosphoglyceric theo phản ứng:
2CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCOOH 2CH
2
OHCHO(H
2
PO
3
)COOH
9. Dưới tác dụng của enolase, acid 2-phosphoglyceric sẽ mất nước và biến thành

acid phosphopyrovic:
2CH
2
OHCHO(H
2
PO
3
)COOH 2CH
3
CO(H
2
PO
3
)COOH + 2H
2
O
10. Acid phosphopyrovic rất không bền nên dễ bị mất gốc acid phosphoric do
enzime pyrovatkinase và do đó acid pyrovic được tạo thành:
2CH
2
=CO~(H
2
PO
3
)COOH + 2ADP 2CH
3
CO-COOH + 2ATP
11. Acid pyrovic bị decacbocyl để tạo thành aldehyde acetic:
2CH
3

CO-COOH 2CO
2
+ 2CH
3
CHO
12. Aldehyde acetic bị khử bởi NADH2:
2CH
3
CHO + 2NADH2 2CH
3
CH
2
OH + 2NAD
Tóm lại, Phương trình tổng quát của quá trình lên men như sau:

C
6
H
12
O
6
2CO
2
+ 2CH
3
CH
2
OH
Enzyme zymase

6


C
6
H
12
O
6
+ATP CH
2
O(H
2
PO
3
)(CHOH)
4
CHO + ADP
2. Gluco-6-phosphat do tác dụng của enzyme đồng phân gluco phosphat
isomerase sẽ biến thành fructo phosphat:
CH
2
O(H
2
PO
3
)(CHOH)
4
CHO CH
2

O(H
2
PO
3
)(CHOH)
3
COCH
2
OH
3. Dưới tác dụng của enzime phosphofructokinase, phân tử ATP thứ hai sẽ đính
thêm một gốc phosphat nữa vào fructo-6-phosphat để tạo thành fructo-1,6-diphosphat
và phân tử ADP thứ hai:
CH
2
O(H
2
PO
3
)

(CHOH)
3
COCH
2
OH + ATP

CH
2
O(H
2

PO
3
)(CHOH)
3
COCH
2
O(H
2
PO
3
) +ADP
[Giai đoạn thực hiện các nối liên kết cao năng thành dạng dễ biến đổi dưới tác
dụng của các enzime].
4. Mạch cacbon của fructodiphosphat thành hai phân tử triose: aldehyde
phosphoglyceric và phosphodioxyacetone (xúc tác: aldolase):
CH
2
O(H
2
PO
3
)CO(CHOH)
3
CH
2
O(H
2
PO
3
) CH

2
O(H
2
PO
3
)COCH
2
OH
+CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCHO
5. Sản phẩm của quá trình trước là aldehyde phosphoglyceric nhưng trong dịch lên
men chúng chứa rất ít do hiện tượng đồng phân dưới tác dụng của enzime triphosphat
isomerase:
CH
2
O(H
2
PO
3
)COCH
2
OH CH
2
O(H
2

PO
3
)CHOHCHO
6. Hai phân tử aldehyde phosphoglyceric bị oxi hóa. Phản ứng này có sự tham
gia của acid phosphoric trong canh trường nhờ xúc tác của enzyme
triphosphatdehydronase, coenzime của nó là NAD (Nicotinamid-Adenin-dinucleotid).
Phân tử 3-phosphoglyceroaldehyde kết hợp với phosphat, còn hidro chuyển sang
coenzime NAD:
2CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCHO + 2H
3
PO
4
+2NAD
2CH
2
O(H
2
PO
3
)CHOHCOO~H
2
PO
3
+ 2NADH2

glucokinase

5

điểm nào đó sự chênh lệch của môi trường và tế bào nấm men sẽ nổi lên trên bề mặt.
Khi đến bề mặt do có sự thay đổi đột ngột sức căng bề mặt nên chúng bị vỡ ra làm cho
bọt khí CO
2
thoát ra ngoài. Lúc này tế bào nấm men sẽ bị chìm xuống, quá trình cứ
diễn ra liên tục nên tế bào nấm men chuyển từ trạng thái tĩnh sang trạng thái động,
làm tăng khả năng tiếp xúc giữa tế bào nấm men và môi trường nên làm cho quá trình
trao đổi chất diễn ra nhanh hơn, như thế sẽ làm tăng quá trình lên men. Khí CO
2
ức
chế quá trình lên men, nhưng trong quá trình thoát khí CO
2
làm tăng lên men của nấm
men.
2.1 Bản chất của quá trình lên men ethanol
C
6
H
12
O
6
2C
2
H
5
OH +2CO

2
+ 113,4 kJ
Giai đoạn 1: Đường phân biến glucose thành acid pyruvic.
Giai đoạn 2: acid pyruvic axetandehyde
Giai đoạn 3: Acetaldehyde + H
2
(enzyme alcolaldehydedrogenase ) rượu ethylic
Coi đường là 100% (sau lên men: 22% etylic, 44,4%CO
2
, 3,3%glycerin, 0,6%acid
succinic.
Trong điều kiện lên men pH= 4-5, acetaldehyde là chất tiếp nhận hydro tạo ethanol
Trong môi trường kiềm acetaldehyde vừa bị oxy hóa vừa bị khử, tạo sản phẩm là
glyxerin.
Trong điều kiện yếm khí, nấm men sinh sản phát triển mạnh, tạo sinh khối nấm men
và một lượng nhỏ ethanol.
2.2 Cơ chế quá trình lên men
1. Do xúc tác của glucokinase, glucose kết hợp với gốc phosphat của phân tử
ATP (adenoxintriphosphat) trong tế bào nấm men để tạo thành glucose-6-phosphat và
ADP:
4


Phương pháp lên men:
Nấm men lên men nổi: là những dòng nấm men lên men rất nhanh, mạnh. Nhiệt độ
lên men thường từ 20-28
0
C. trong quá trình lên men chúng thường tạo nhiều bột tế
bào nấm men thường nổi lên trên bề mặt dịch men. Các loại nấm men nổi thường
được ứng dụng trong sản xuất rượu và nấm men bánh mì.

Nấm men lên men chìm: thường lên men ở nhiệt độ từ 5-10
0
C. trong quá trình lên
men các tế bào nấm men nổi trên bề mặt mà thường chìm xuống đáy dịch lên men.
Sau khi lên men chúng thường lắng thành một lớp cặn dưới đáy thùng lên men.
2. Cơ chế lên men ethanol:
Để lên men người ta cho vào môi trường một lượng tế bào nấm men nhất định. Tùy
theo phương pháp lên men mà cho vào lượng nấm men khác nhau. Thường khi lên
men lượng tế bào nấm men phải phân giải đạt lớn hơn một trăm triệu tế bào trong 1 ml
dịch lên men. Vì diện tích của tế bào nấm men lớn (do lượng tế bào nấm men lớn) nên
khả năng hấp thụ các chất của tế bào nấm men là rất lớn. Đường lên men và các chất
dinh dưỡng khác có trong môi trường lên men đầu tiên được hấp thụ trên bề mặt nấm
men, sau đó được khuếch tán vào tế bào nấm men. Rượu và CO
2
được tạo thành theo
phản ứng sau:
C
6
H
12
O
6
+ 2ADP + 3H
3
PO
4
2C
2
H
5

OH + 2CO
2
+2ATP + H
2
O
Như vậy sự lên men chuyển đường thành rượu là một dãy quá trình oxy hóa khử có
enzyme trong tế bào tham gia. Rượu etylic tạo thành khuếch tán ra ngoài môi trường
qua màng tế bào nấm men. Rượu hòa tan vô hạn trong nước nên khuếch tán rất mạnh
vào trong môi trường. CO
2
cũng hòa tan vào môi trường nhưng không lớn. Vì thế CO
2

sinh ra trong quá trình lên men sẽ khuếch tán vào môi trường nhanh chóng đạt được
trạng thái bão hòa. Khi hòa tan CO
2
sẽ bám vào tế bào nấm men hình thành những bọt
khí. Bọt khí sinh ra ngày càng nhiều và lớn dần lên tạo thành túi khí lớn, đến thời
3

I. Quá trình lên men ethanol
1. Khái quát chung về lên men ethanol:
Lên men ethanol là một quá trình sinh hóa phức tạp,chuyển đường thành rượu ethanol,
CO
2
và một số sản phẩm phụ khác có sự tham gia của nấm men hoặc một số loại vi
sinh vật khác. Trong quá trình lên men, ngoài các sản phẩm trên còn giải phóng năng
lượng (113,4 kJ/glucose).
Rượu ethanol là một sản phẩm lên men đường phổ biến của nhiều nhóm vi sinh vật.
Nhưng tác nhân chủ yếu là nấm men, đặc biệt là các loài Saccharomyces cerevisiae.

Nhiều loại vi khuẩn kỵ khí và hiếu khí cũng có khả năng tạo thành rượu như là một
sản phẩm chủ yếu hay một sản phẩm phụ của quá trinh lên men hexose và pentose.
Quá trình lên men ethanol nhờ nấm men là cơ sở của việc sản xuất các loại bia rượu,
cồn và glycerin. Quá trình này còn được ứng dụng trong sản xuất bánh mì (làm nở bột
mì) và một số loại nước giải khát.
Các vi sinh vật tham gia quá trình lên men rượu ngoài giống Saccharomyces
(saccharomyces cerevisiae, saccharomyces ellipsoideus), Schizosaccharomyces còn có
nấm mốc Mucor rouxii hay vi khuẩn Sarcina ventriculi…

Hình ảnh các vi sinh vật nấm men Saccharomyces cerevisiae.