Bản chất quá trình lên men acetic và ứng dụng

LÊN MEN ACETIC & ỨNG DỤNG


I. MỞ ĐẦU


• Là sự oxy hoá không hoàn toàn rượu thành acid
acetic nhờ vi khuẩn acetic.
C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O
• 3
giống:
Acetobacter,
Gluconoacetobacter

Gluconobacter,

– Hình thái: gậy dạng đôi hoặc chuỗi, gram (-), có thể chuyển
động được hoặc không.
– Một số có thể tổng hợp được polysaccharide ngoại bào
(levan, cellulose).
– Sinh sản vô tính
– Thuộc nhóm hiếu khí bắt buộc


• Nhu cầu dinh dưỡng:
– Cacbon: Gluconobacter sử
dụng
glucose,
fructose,
glycerol, không sử dụng
ethanol,

acid
acetic.
Acetobacter sử dụng ethanol,
acid lactic.
– Nitơ: không sử dụng nitơ hữu
cơ, sử dụng nitơ vô cơ (đặc
biệt là NH4+).
– Khoáng & các yếu tố sinh
trưởng: trong sản xuất công
nghiệp sử dụng chất chiết
nấm men.

• Sinh trưởng:
– Topt = 25-30oC, pH acid yếu 5,4-5,8;
một số loài thấp hơn pH = 2,5.

• Tổng hợp acetic:
– Ethanol → acetaldehyde
acetate
– Lactate
→
pyruvate
acetaldehyde → acetate

→
→

• ƯD:
– Sản xuất acid acetic, dấm ăn
(Acetobacter aceti)

– Sản xuất thạch dừa (A. xylinum,
G. xylinus), levan (G. oxydans)


II. SẢN XUẤT GIẤM


• ĐN: Là quá trình oxy hóa
rượu thành acid acetic dưới
tác dụng của vi khuẩn.
Trong công nghiệp thường
gọi là lên men giấm.
• Giấm là dung dịch nước
chứa 3% acid acetic.


Lịch sử
• Giấm có thể tính tuổi từ năm 1000 trước công nguyên và đời
xưa dùng giấm là nước uống Jessus.
• Vào thời trung nguyên, những nhà luyện kim đổ giấm lên trên
chì để tạo chì acetate.
• 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, thìa 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.


Phân loại
• Giấm cất (cũng gọi là giấm gạo): lấy lương thực, đường làm

nguyên liệu chính, thông qua việc ủ vi sinh vật lên men. Thành
phần dinh dưỡng của nó có acid acetic, đường, axit hữu cơ,
vitamin, muối vô cơ… rất tốt cho việc trao đổi chất trong cơ
thể.
• Giấm pha chế (giấm hóa học): thì lấy acid acetic tinh của
thành phần hóa học làm nguyên liệu chính, thêm H2O pha
loãng mà thành, không có thành phần dinh dưỡng khác. Nếu
sử dụng acid acetic công nghiệp để sx giấm để chế biến thức
ăn đối với cơ thể là có hại.


Thành phần
• Trong giấm có 18 loại acid amin cần thiết cho cơ thể, trong đó
có 8 loại acid amin thực vật cung cấp.
• Giấm có thể giúp cho cơ thể hấp thụ và tiêu hóa thức ăn.
• Hàm lượng acid hữu cơ trong giấm khá nhiều, giá trị thức ăn
của giấm gạo càng cao. Acid hữu cơ lấy acid acetic là thành
phần chính còn có hơn 10 loại acid lactic, acid gốc ceton, acid
citric, acid acetic…
• Ngoài ra, trong giấm có vitamin B1, B2, C…, Muối vô cơ trong
giấm vô cùng phong phú Na, K, Ca, Fe, Cu, Zn, P…


Chức năng
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•

Gia vị chua này đóng vai trò khá quan trọng trong chế biến món ăn. Ăn các món
bún thêm chút dấm làm dậy mùi thơm của món ăn.
Pha nước chấm không thể thiếu dấm. Dấm được chế biến từ nhiều loại nguyên
liệu khác nhau như ngô, cao lương, đại mạch, gạo tẻ, hoa quả...
Thời gian gần đây, các nhà nghiên cứu còn phát hiện ra nhiều công dụng khác của
dấm trong chữa bệnh, làm đẹp.
Bôi dấm vào vết đốt của muỗi, rệp sẽ giảm sưng và ngứa.
Cho chút dấm vào nồi cháo đường vị ngọt sẽ đậm hơn.
Người bị say xe uống một cốc nước ấm pha dấm sẽ thấy dễ chịu hơn.
Cho một ít dấm vào nước tắm, sau khi tắm xong người sẽ thấy dễ chịu, hết mệt
mỏi.
Dấm sao với rau răng ngựa có thể trị bệnh trĩ đỏ, trĩ trắng.
Cho chút dấm vào tương đậu nành, tương đậu sẽ có mầu sắc đẹp hơn, ngon hơn.
Cho một hai giọt dấm vào kem đánh răng sẽ tẩy hết được vết han khói thuốc giúp
răng trắng sạch. Nhưng sau khi tẩy cao răng phải xúc miệng thật sạch.


Tác nhân lên men là vi khuẩn Acetic
• Hiện nay người ta đã tìm ra hơn 20 loài vi khuẩn acetic gọi
chung là Acetobacter
• Là trực khuẩn khá lớn thuộc loài hiếu khí bắt buộc, nhiệt độ
thích hợp là 30-330C.
• Trong tự nhiên chúng phân bố rất rộng rãi trong không khí và
rau quả.

• Việc nghiên cứu vi khuẩn do
Pasteur thực hiện từ năm
1862. Khi ông dùng kính
hiển vi quan sát màng mỏng
xuất hiện trên rượu vang
chua. Một số vi khuẩn điển
hình:
• Acetobacter aceti
• Acetobacter kutzingianum
• Acetobacter orleanense
• Acetobarter pasteurianum

Acetobarter pasteurianum


Cơ chế phản ứng lên men acetic
• Sự lên men acetic là quá trình là quá trình oxy hóa rượu etylic
thành acid acetic dưới tác dụng của vi khuẩn nhóm
Acetobacter trong điều kiện hiếu khí.
• Phương trình tổng quát:
C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O + 117 Kcal
• Phản ứng xảy ra trong tế bào của vi khuẩn. Muốn phản ứng
được xảy ra, C2H5OH và O2 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 CH3COOH. CH3COOH được
tạo thành sẽ thoát ra khỏi tế bào và tan trong dung dịch môi
trường.

• Trong sự oxy hóa ethanol thành acid acetic, chuyển hóa thực
chất là 1 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. Loại chuyển hóa này
có thể trải qua nhiều bước.
• Các phản ứng được dùng để sản xuất giấm ăn nhờ:
CH3CH2OH / A. suboxidans → CH3CHO + 2H
• Sau sự hydrate hóa acetaldehyde sẽ diễn ra 1 loại H2 lần thứ 2.
CH3CH(OH)2 → CH3COOH + H2O


Những điều kiện cần cho lên men acetic
1. Nguyên liệu:
• Nguyên liệu trực tiếp là rượu etylic. Các nguyên liệu khác đều
qua chuyển hóa tạo rượu etylic trước khi lên men acetic.
• Hiện nay người ta dùng nước ép trái cây để lên men giấm, có
sản phẩm thơm ngon. Ngoài ra còn cần các chất dinh dưỡng
như: đường, muối khoáng, chất có nitơ dễ đồng hóa (muối
amon), lượng ít acid acetic tạo pH acid ban đầu, thích hợp cho
vi khuẩn lên men.


2. Nồng độ a.acetic
• Trong quá trình lên men nồng độ a.acetic tạo ra có ảnh hưởng
đến sự lên men của vi khuẩn. Khoảng 8% thì vi khuẩn hoạt
động yếu, từ 12-14% vi khuẩn bị đình chỉ hoạt động.
3. Nhiệt độ lên men: phù hợp là 30-340C.
4. Thoáng khí:
• Lên men acetic là lên men hiếu khí do vậy rất cần oxy và sự

thoáng khí. Quá trình oxy hóa chỉ xảy ra khi vi khuẩn tiếp xúc
trực tiếp với không khí.
• Tính trung bình cứ 1kg rượu khan cần 2,3m3 không khí. Trong
điều kiện yếm khí thì vi khuẩn acetic sẽ sử dụng chất dinh
dưỡng mà không tạo ra giấm.


Phương pháp lên men chậm
(PP orleand hay Pháp)
• Đây là phương pháp thủ công lâu đời, chủ yếu sản xuất dấm
từ rượu vang. Dịch lên men pha theo tỉ lệ: rượu 4% : acetic
2% hay rượu 3% : a.acetic 3%.
• Dịch lên men cho vào thùng gỗ và cho lên men trong không
khí, trên bề mặt sẽ tạo màng vi khuẩn acetic.
• Quá trình lên men kết thúc sau vài tuần khi nồng độ rượu còn
0,3-0,5% thì lấy giấm ra và cho dịch lên men mới vào.
• Sản xuất theo phương pháp này giấm thơm ngon nhưng tốc
độ lên men chậm.


Phương pháp lên men nhanh
(PP Đức)
• Người ta cho dịch men chảy liên tục qua thùng hình trụ cao
6-9m. Trong thùng có chứa vỏ dăm bào gỗ, hoặc than gỗ,
than cốc, lõi bắp… để sát trùng dụng cụ và acid hóa môi
trường cũng như đưa vi khuẩn vào người ta thường dùng
giấm mới sản xuất để tráng qua dụng cụ trước khi cho dịch
lên men chảy qua.
• 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 acid acetic thấp,
người ta tiến hành tái lên men bằng
cách bơm chúng ngược lại từ trên
xuống.

•

Thùng lên men có lỗ thông hơi,
thoáng khí. Theo phương pháp này
sản phẩm có nồng độ a.acetic 9% và
tốc độ lên men khá nhanh và liên
tục.

Phương pháp nâng cao nồng độ acid
acetic trong dịch lên men
• Hàm lượng acid acetic có trong dịch lên men khoảng 5-10%,
thường lẫn với các chất khác, do đó, dịch sau lên men chỉ có
thể sử dụng để chế biến thực phẩm.
• Trong nhiều ngành cần sử dụng acid acetic, người ta yêu cầu
hàm lượng acid acetic trong dung dịch phải cao và có độ tinh
khiết.
1. Phương pháp chưng cất:
• Mục đích sử dụng phương pháp này để nhận acid acetic có
hàm lượng cao hơn.
• Phương pháp này rất đơn giản và dễ thực hiện. Tuy nhiên,
thường tiêu hao nhiều năng lượng và hàm lượng acid acetic
thường không cao.


2. Phương pháp chưng cất bằng muối:
• Người ta sử dụng một cấu tử có khả năng phân ly mạnh làm
thay đổi trạng thái cân bằng lỏng-hơi.
• Trong chưng cất có sự tham gia của muối CaCl2 hoặc
CH3COONa, hiệu suất thu nhận acid acetic thường rất cao.
Ưu điểm:
• Tốn ít năng lượng
• Sản phẩm đạt độ tinh khiết cao
Nhược điểm:
• Phải hoàn nguyên cấu tử phân ly nên tốn thiết bị và năng
lượng cho quá trình này.
• Gây ăn mòn thiết bị

3. Phương pháp chưng cất - trích ly:
• Thực hiện trên cơ sở những cấu tử phân ly có độ bay hơi nhỏ hơn cấu tử
đã có trong hỗn hợp.
• Cấu tử phân ly này sẽ kết hợp với một cấu tử có trong dung dịch tạo ra
một hỗn hợp khó bay hơi và thoát ra ở dưới đáy tháp chưng cất.
• Cấu tử phân ly cần có tính chất hòa tan chọn lọc và không được hòa tan
cấu tử cần tách.
• Đặc điểm của phương pháp này như sau:
• Sử dụng một cấu tử trung gian để làm thay đổi độ bay hơi tương đối của
các cấu tử trong hỗn hợp.
• Người ta thường thu hồi cấu tử phân ly để sử dụng lại.
• Các cấu tử phân ly có tính chọn lọc cao, nên trong quá trình chưng cất cần
chọn đúng chất phân ly.
4. Phương pháp chưng cất chân không:
• Phương pháp này rất phức tạp.
• Tuy nhiên, phương pháp này có ưu điểm là thu nhận được sản phẩm có
chất lượng cao.


• Nguyên liệu: chứa ethanol: cồn, rượu, vang, bia,
rượu trái cây… bổ sung N vô cơ & các yếu tố sinh
trưởng.


Phương pháp
• Phương pháp chậm:
– Lên men chu kỳ hay lên
men tĩnh dùng bình lên
men cổ điển (làm bằng gỗ

sồi).
– Dấm tươi (từ mẽ trước) :
rượu vang = 1 : 5
– Kéo dài 1 tháng
– Ưu: chất lượng cao
– Nhược: thời gian lâu, giá
thành cao

• Phương
(Đức):

pháp

nhanh

– Chảy nhỏ giọt qua cột (vỏ
bào, lõi ngô…) trong thùng
lên men hình trụ → tăng
sự tiếp xúc giữa vi khuẩn
và oxy.
– Dịch lên men (6% acid
acetic + 3% ethanol) → 89% giấm
– Hiệu suất cao, thời gian
ngắn