VI SINH VẬT LÊN MEN HIẾU KHÍ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆP THỰC PHẨM

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MÔN: VI SINH VẬT HỌC THỰC PHẨM
Đề Tài :

VI SINH VẬT LÊN MEN HIẾU KHÍ
ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆP THỰC PHẨM
GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG
Nhóm : 3.3
LỚP: Chiều thứ 4 tiết 7 – 8

TPHCM. THÁNG 3/ 2015


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

Page 2


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

MỤC LỤC

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

TRANG

Page 3


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

I. TỒNG QUAN
1. Khái quát
Phần lớn các vi sinh vật hiếu khí tiến hành oxi hóa chất dinh dưỡng hữu cơ thành CO 2 và
H2O. Vì cacbon trong CO2 đạt tới mức oxi hóa cao nên người ta thường gọi quá trình này là quá
trình oxi hóa không hoàn toàn. Một số vi sinh vật có khả năng oxi hóa cơ chất trong điều kiện
hiếu khí nhưng lại làm sinh các những sản phẩm chưa được oxi hóa hoàn toàn. Vì có tích lũy
các sản phẩm giống các quá trình lên men kị khí cho nên người ta còn gọi các quá trình oxi hóa
không hoàn toàn là các quá trình “lên men”. Chữ “lên men” được dùng theo thói quen như lên
men axit axetic, lên men axit linolenic...chứ thực ra những quá trình này không phải là quá trình
lên men mà là oxi hóa hiếu khí[1].
2. Vai trò của quá trình lên men hiếu khí trong công nghiệp thực phẩm
Có rất nhiều quá trình lên men hiếu khí có ý nghĩa qua trọng trong công nghiệp lên men vì
chúng làm sinh ra nhiều sản phẩm rất có giá trị. Đặc biệt là vai trò của các quá trình lên men
hiếu khí trong công nghiệp thực phẩm vì nó mang lại sản phẩm giá trị nhất định như:
2.1. Quá trình Lên men acetic
Quá trình lên men acid acetic có vai trò quan trọng
trong thực phẩm và sản xuất nước giải khát, cũng như
trong bioproduction các hoá chất công nghiệp, acid acetic
đóng một vai trò tích cực trong việc sản xuất các loại

thực phẩm được lựa chọn và đồ uống, nhưng cũng có thể
làm hỏng thực phẩm và đồ uống khác.
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.
Giấm đã là một nhân tố quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong ẩm thực, nội trợ và 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
2.2. Quá trình lên men citric
Axit citric là một loại axit hữu cơ không độc, được sử dụng rộng
rải trong nền kinh tế quốc dân. Từ năm 1970 tổng sản lượng axit citric
trên thế giới đã là 300.000 tấn, năm 1990 tăng lên 550.000 tấn. Trong số
đó có khoảng 70% axit citric được sử dụng trong ngành công nghiệp
NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 4


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

thực phẩm (sản xuất nước ngọt, bánh kẹo, mức, chống oxi hóa dầu béo, bảo quản thực phẩm,
…). Ở nước ta hằng năm phải nhập khoảng 500 – 1.000 tấn axit citric chủ yếu để dung trong
công nghiệp thực phẩm [1].
3. Bản chất của quá trình lên men hiếu khí
Bản chất của quá trình lên men hiếu là khả năng oxi hóa cơ chất của vi sinh vật trong điều
kiện trong điều kiện hiếu khí nhưng lại làm sinh ra những sản phẩm chưa được oxi hóa hoàn
toàn (như ketoaxit, axit axetic, axit gluconic, axit fumaric, axit limonic….). Vì có tích lũy các
sản phẩm giống các quá trình lên men kị khí cho nên người ta gọi là quá trình oxi hóa không
hoàn toàn là các quá trình lên men. Nhưng thực ra những quá trình này không phải là quá trình

lên men mà là oxi hóa hiếu khí [1]. Và ở đây chúng ta thường gọi là lên men hiếu khí.
II. ỨNG DỤNG CÁC VI SINH VẬT LÊN MEN HIẾU KHÍ TRONG CNTP
Vi sinh vật có ảnh hường rất lớn đến môi trường, động vật và bao gồm cả con người nó thể
mang lại lợi ích hoặc có thể gây hại. Tuy nhiên ở phần này chúng ta chỉ tìm hiểu sự ảnh hưởng
của vi sinh vật đến con người và đặc biệt là mặt mang lại lợi ích cho con người từ vi sinh vật.
Nói cách khác là những ứng dụng của vi sinh vật trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm và cụ
thề là các vi sinh vật lên men hiếu khí. Có rất nhiều ứng dụng của các vi sinh vật lên men hiếu
khí trong công nghệ thực phẩm. Nhưng chủ yếu là công nghệ sản xuất và thu nhận sinh khối từ
vi sinh vật và các sản phẩm trao đổi chất từ các quá trình như là quá trình lên men axetic, quá
trình lên men citric, lên men glutamic…..
1. Công nghệ sản xuất và thu nhận sinh khối từ vi sinh vật
1.1. Định nghĩa và phân loại
Sinh khối là tổng trọng lượng của sinh vật trong sinh quyền hoặc số lượng sinh vật trong
một đơn vị diện tích, thể tích.
Phân loại
Trong công nghệ sản xuất Sinh khối vi sinh vật ta có 2 dạng:
- Sinh khối gồm các tế bào sống: Loại sinh khối này bao gồm
vi sinh vật dung trong sản xuất bánh mì và sinh khối vi sinh vật
dùng trong sản xuất thuốc trừ sâu sinh học và vaccine dung cho
người và động vật. Các loại sinh khối này đòi hỏi phải đảm bảo các
NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 5


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

tế bào ở dạng sống và có hoạt tính sinh học cao. Do đó việc thu nhận chúng bắt buộc phải đảm

bảo các đặc tính đó không bị thay đổi.
- Sinh khối bao gồm những tế bào vi sinh vật chết: Loại sinh khối này chủ yếu được dung
vào 2 mục đích là làm thực phẩm cho người và cho gia súc. Sinh khối bao gồm cá tế bào chết
không cần đến sự hoạt động của chúng, do đó việc thu nhận chúng trở nên dễ dàng hơn.[3]
1.2. phương pháp thu sinh khối vi sinh vật
Việc thu hồi sản phẩm với hiệu suất cao có ý nghĩa quyết định đối với tính kinh tế của quy
trình công nghệ. Vì vậy việc tách, thu hồi sản phẩm phải được tính toán ngay từ khi chọn giống
chủng vi sinh vật để lên men, chọn nguyên liệu cũng như môi trường dinh dưỡng. Khi quá trình
lên men kết thúc, người ta tiến hành thu hồi sản phẩm. Các sản phẩm của quá trình tổng hợp vi
sinh vật thường được tích luỹ hoặc ở trong tế bào hoặc trong dung dịch nuôi cấy.
* Việc đầu tiên là tách tế bào vi sinh vật ra khỏi pha lỏng của dịch lên men.
- Nếu là các vi sinh vật có cấu tạo hệ sợi như nấm, tảo... dùng phương pháp lọc vớt.
- Nếu là các vi sinh vật đơn bào, có kích thước tế bào nhỏ như nấm men, vi khuẩn... dùng
phương pháp ly tâm, thường ly tâm ở tốc độ cao.
* Việc xử lý tiếp theo phụ thuộc vào mục tiêu của công nghệ. Tùy theo mục đích mà có các
phương pháp thu nhận sản phẩm khác nhau. Dưới đây là một số phương pháp chủ yếu:
- Phương pháp lắng tủa: có thể để lắng tự nhiên, hoặc tủa bằng muối, bằng dung môi hữu
cơ, bằng protein, bằng đẳng điện, ..
- Phương pháp lọc: phân riêng hỗn hợp không đồng nhứt qua lớp lọc, bã được giữ lại, dung
dịch chui qua lọc. Trong phương pháp lọc có sử dụng các chất trợ lọc như than mịn, đất sét tán
nhỏ, Amiang mịn,..Thiết bị lọc thường là máy lọc khung bản, lọc túi,..
- Phương pháp ly tâm: là phương pháp lắng tủa nhờ lực ly tâm
- Phương pháp chiết bằng dung môi: Bắt đầu là giai đoạn trộn hai pha nước và dung môi để
tăng bề mặt tiếp xúc, giai đoạn sau là phân ly bằng lắng hoặc gạn, hoặc ly tâm.
- Phương pháp hấp phụ: hấp phụ bằng dung dịch hoặc cột chứa chất hấp phụ, sau đó tách
chất hấp phụ ra Phương pháp sấy khô, cô chân không.

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 6

MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

1.3. ứng dụng của sinh khối vi sinh vật trong CNTP
- Sinh khối giàu prôtêin dùng làm thực phẩm cho người và thức ăn cho gia súc là
những tế bào vi sinh vật (kể cả sinh khối tảo) đã sấy khô và chết, giàu prôtêin, các vitamin
nhóm B và chất khoáng. Nguồn sinh khối này được gọi là prôtêin đơn bào.

- Sinh khối nấm men là những tế bào sống để dùng trong công nghiệp bánh mì-men bánh
mì, sinh khối có hoạt tính enzyme tiêu hóa để sản xuất các thuốc hỗ trợ tiêu hóa như

biolactovin…
- Sinh khối cố định đạm làm phân bón vi sinh, các loại phân bón vi sinh với vi khuẩn
sống tự do trong đất và sống cộng sinh với cây họ đậu.

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 7


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

2. Quá trình lên men axetic
2.1. Giới thiệu chung về acid axetic
Acid acetic có công thức phân tử là CH 3COOH, là một acid hữu cơ (Acid cacboxylic),

mạnh hơn Acid cacbonic. Phân tử gồm có nhóm methyl (-CH 3) liên kết với nhóm cacboxyl (COOH), khối lượng phân tử 60,5 kg/kmol.
Acid acetic là một chất lỏng không màu, có mùi sốc, vị chua, có khả năng hút ẩm từ không
khí. Nhiệt độ nóng chảy tnc = 16,630C, nhiệt độ sôi ts = 1180C, tỷ trọng 1,049; độ nhớt ở 200C là
1,21.10-3 Ns/m2.
Trong dung dịch acid acetic tồn tại các dạng (CH 3COOH)2, (CH3COOH)3, sự tồn tại các
phân tử kép như trên là do các liên kết hydro giữa các phân tử với nhau.
Acid acetic tan trong nước và các dung môi thường (rượu aceton, cồn, eter, chloroform,…)
với bất kỳ tỷ lệ nào. Ngoài ra nó cũng là dung môi tốt cho nhiều hợp chất hữu cơ (nhựa, tinh
dầu, ..) Đặc biệt acid acetic hoà tan tốt ngay cả cellulose và các hợp chất của nó. Acid acetic rất
bền với các chất oxi hoá như acid chromic, permanganat.
Acid acetic có tác dụng phân huỷ da, gây bỏng, ăn mòn nhiều kim loại và hợp kim, hoà tan
tốt nhiều chất vô cơ. 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, …
2.2. Nguyên liệu
Nguyên liệu chủ yếu của quá trình lên men axetic là ethanol hay một số nguyên liệu khác
có có nguồn gốc từ nông nghiệp bao gồm tinh bột ( gạo, ngô, lúa mì, đại mạch,..), đường(mật
ong, nho, táo, điều,…). Nếu nguyên liệu là ethanol thì quá trình lên men chỉ có một bước là
chuyển hóa cồn thành axit axetic.
Ethanol

Vi khuẩn/ oxy hóa

A. axetic

* Còn với các nguyên liệu khác thì phải qua các bước sau: [4]
- Nguyên liệu đường
- Nguyên liệu có tinh bột

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Rượu hóa

Đường hóa

Rượu
Đường

Page 8

Vi khuẩn/ oxy hóa

Rượu hóa

Rượu

A. axetic
Vi khuẩn/ oxy hóa

A. Axetic


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

2.3. Vi sinh vật lên men chủ yếu
Vi khuẩn acetic: Vi khuẩn actic 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. 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.
- 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 amoni hay peptone.
- Có hai ngưỡng pH: pH thích hợp từ 5,4 - 6,8, pH thích ứng cho sự lên men từ 3,5 - 4,5.
Chúng gồm các loài sau đây:
- Acetobacter aceti: là trực khuẩn hình que ngắn, không sinh bào tử, 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 340C, nếu nhiệt độ lên quá 400C 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% ax it 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%.
NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 9

MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

- Acetobacter xylinum: là trực khuẩn
không chuyển động. Khi lên men tạo màng
dấm dày như sữa trên bề mặt dung dịch,
màng này chứa nhiều hemixenluloza nên
khi nhộm với I2 và H2SO4 thì cho màu
xanh. 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. Acetobacter xylinum có bao nhầy cấu tạo bởi cellulose
- Acetobacter schiitzenbachii: hình que tương đối dài kết hợp thành chuỗi, không sinh bào
tử, không chuyển động, gram âm. Các tế bào già tạo thành màng chặt nhưng không chắc. Vì
vậy, giống này có thể dung để sản xuất giấm theo phương pháp chìm và có thể tạo thành 11,512% acid acetic trong dung dich nuôi cấy. Nhiệt độ tối thích là 2800C.
- Acetobacter curvum: có đặc tính tương tự như Acetobacter
schiitzenbachii, tạo thành acid cao, không tạo màng chắc, không làm
bẩn vỏ bào và làm đục giấm. Nhiệt độ tối thích 35-370C, nâng nhiệt
độ quá giới hạn này giống sẽ phát triển yếu và tạo thành acid kém.

- Acetobacter suboxydans: được dung trong công nghiệp
vitamin để sản xuất ascobic (vitamin C).
2.4. Bản chất và Cơ chế quá trình lên men
- Bản chất của quá trình lên men acid acetic: là quá trình oxy
hoá không hoàn toàn cồn thành acid acetic nhờ vi khuẩn acetic hay vi khuẩn Acetobacter trong
điều kiện hiếu khí.
- Cơ chế phản ứng của quá trình lên men acid acetic:
Lên men giấm là quá trình oxy hoá rượu ethanol thành acid acetic nhờ có enzym alcohol
oxydaza xúc tác trong điều kiện hiếu khí:

C2H5OH + O2 -> CH3COOH + H2O + 117 Kcal

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 10


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

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:
C2H5OH + ½ O2 -> CH3CHO (Acetaldehyd) + H2O
CH3CHO + H2O -> CH3CH(OH)2 (Hydrat acetaldehyd)
CH3CH(OH)2 + ½ O2 -> CH3COOH + H2O
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 H2O theo phương trình:
CH3COOH + 2O2 -> 2CO2 + 2H2O
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”.
+ Quá trình oxy hoá rượu thành acid acetic:

Phản ứng xảy ra trong tế bào vi khuẩn:
Muốn phản ứng được xảy ra , C 2H5OH và O2 phải được thẩm thấu vào trong tế bào. Khi đó
các enzym oxy hoá có trong tế bào của vi khuẩn tham gia oxy hoá rượu thành CH 3COOH.
CH3COOH được tạo thành sẽ thoát ra khỏi tế bào và tan trong dung dịch môi trường.
2.5. Các yếu tố Ảnh hưởng đến quá trình lên men [2].

- Nồng độ rượu
Tùy thuộc vào từng loại, nồng độ rượu phù hợp với quá trình lên men từ 6 – 15%, thường
trung bình là 13%. Khi hết rượu chúng oxi hóa axit axetic thành CO 2 và nước để cung cấp năng
NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 11


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

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%.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ
Tùy từng loài mà nhiệt độ tối ưu cho quá trình oxi hóa khác nhau. Trong sản xuất người ta
thường dung những loài vi khuẩn có nhiệt độ thích ứng cho quá trình oxi hóa rượu thành axit
axetic từ 30 – 34%.
- Nồng độ axit
Tùy từng loài, đa số quá trình lên men bị ức chế ki nồng độ axit đạt hơn 8% và khi ồng độ
axit axetic từ 12 – 14% thì quá trình lên men hoàn toàn bị ngừng hoạt động.
- Oxi
Quá trình lên men axetic là quá trình oxi hóa không hoàn toàn vì vậy bắt buộc phải cung
cấp vừa đủ lượng oxi để oxi hóa rượu thành axit axetic. Tránh trường hợp oxi hóa axit axetic
thành CO2 và nước nếu thừa hoặc không oxi hóa hết rượu thành axit axetix thế thiếu oxi.
Trong thực tế sản xuất cần cung cấ 2,5 m3 không khí khi oxi hóa 1kg rượu thành axit
axetic. Cần thông gi0o1 và vô trùng không khí khi cung cấp oxi cho quá trình lên men.
- Môi 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 thủy phân,
25g superphosphate, 25g sunfat amon, ngoài ra còn bổ sung them một số chất dinh dưởng khác.
2.6. Các phương pháp sản xuất acetic
Acid acetic là một loại acid hữu cơ được ứng dụng rộng rãi và từ rất lâu. Do đó, loài người
đã phát minh ra nhiều phương pháp khác nhau để sản xuất acid acetic, những phương pháp sản
xuất acid acetic hiện nay bao gồm: Phương pháp hoá học, sinh học, Phương pháp kết hợp,…
- Phương pháp hoá học
Từ C2H2 và C2H5OH, C2H4 tiến hành tổng hợp có xúc tác sẽ thu được acetandehyd, oxi hoá
acetandehyd nhờ có xúc tác ở nhiệt độ và áp suất cao sẽ thu được acid acetic.

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 12


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

Giai đoạn oxi hóa acetandehyd thành acid, dùng xúc tác mangan, rồi sau đó chưng cất phân
đoạn ở nhiệt độ : 500C – 800C để thu được acid có hiệu suất cao. Phương pháp này có giá trị
thực tế khá cao nhưng do tạo nhiều sản phẩm phụ nên làm giảm hiệu suất phản ứng.
Hiện nay tổng hợp từ metanol và CO bằng phản ứng: CH3OH + CO -> CH3COOH
- Phương pháp kết hợp
Phương pháp này ra đời cùng với sự phát triển của công nghiệp hoá dầu và hoá gỗ nhằm
tận dụng những phế liệu của nó, nâng cao hiệu quả kinh tế của các ngành này. Một vài quá trình
của phương pháp này như sau:
Trước tiên người ta tiến hành oxy hoá các hydro cacbon thấp như propan, butan sẽ tạo
thành acetandehyd và các sản phẩm khác. Acetandehyd được oxy hoá có xúc tác thành acid
acetic.

Sau đó người ta trung hoà khối thuỷ phân này và tiến hành lên men để thu nhận được dung
dịch chứa acid acetic.
Phương pháp hỗn hợp được sử dụng nhiều hơn cả phương pháp thuỷ phân bột gỗ bằng acid
(phương pháp hoá học).
- Phương pháp sinh học
Hiện nay người ta sản xuất acid acetic chủ yếu bằng phương pháp lên men (sản phẩm là
giấm ăn). So với những phương pháp khác, phương pháp lên men có những ưu điểm:
-Công nghệ sản xuất acid acetic hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường.
-Quá trình chuyển hoá (hay quá trình lên men) được thực hiện ở điều kiện rất ôn hoà,
không cần nhiệt độ cao, áp suất cao hay máy móc thiết bị phức tạp.
-Nguyên liệu để sản xuất acid acetic bằng phương pháp lên men rất dễ kiếm, có thể sử
dụng nguyên liệu chứa đường (nước ép trái cây, nước ép dứa, nước ép mía, …), có thể sử dụng
nguyên liệu chứa tinh bột hoặc cồn công nghiệp.
2.7. Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm
- Giấm dùng để nấu nướng: chứa axit axetic 4- 5% có vị nồng, thơm dịu, tẩy mùi tanh của
cá, giúp tươi thịt, các hải sản.
- Giấm ăn với cơm và rau trộn: Độ axit axetic 3- 4%, vị ngọt, thơm thích hợp cho trộn rau,
nước chấm, ăn với phở, mì quảng, điểm tâm…
NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 13


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

- Loại bảo vệ sứ khỏe: Axit axetic khoảng 1- 2%, khẩu vị khá ngon, mỗi khi làm về mệt
hoặc học hành mệt mỏi thì pha giấm với đường, thêm đá lạnh vào uống sảng khoái, giải khát, rất
tốt cho sức khỏe.

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 14


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

* Quá trình lên men giấm
Các phản ứng trong sản xuất dấm ăn nhờ A. suboxidans :
CH3-CH2-OH -> CH3-CHO + 2H
Sau sự hydrate hóa acetaldehyde sẽ diễn ra phản ứng cho hidro lần thứ 2:
CH3CH(OH)2 -> CH3COOH + 2H

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 15


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

H2 được NADP nhận và các citochrome được chuyển đến O2 là chất nhận điện tử cuối cùng.

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 16

MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

Page 17


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

* MỘT SỐ SẢN PHẨM GIẤM TRÊN THỊ TRƯỜNG

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 18


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

3. Quá trình lên men Citric
3.1. Giới thiệu chung về acid citric
Acid citric hay acid xitric là một acid hữu cơ yếu có công thức chung là C6H8O7. Acid
citric là sản phẩm kết tinh trong suốt, không màu hoặc ở thể rắn dạng viên màu trắng; điểm nóng

chảy 1530C, tỷ trọng 1.542; ở 1000C bị dung giải; ở trong 1500C bị bay hơi thành acid citric
khan.
Acid citric tồn tại trong một loạt các loại rau quả, chủ yếu là các loại quả của chi Citrus.
Các loài chanh có hàm lượng cao acid citric; có thể tới 8% khối lượng khô trong quả của chúng
(1,38-1,44 gam trên mỗi aoxơ nước quả). Hàm lượng của acid citric trong quả cam, chanh nằm
trong khoảng từ 0,005 mol/L đối với các loài cam và bưởi chùm tới 0,030 mol/L trong các loài
chanh. Các giá trị này cũng phụ thuộc vào các điều kiện môi trường gieo trồng.
Tính acid của acid citric là do ảnh hưởng của nhóm carboxyl - COOH, mỗi nhóm carboxyl
có thể cho đi một proton để tạo thành ion citrat. Các muối citrat dùng làm dung dịch đệm rất tốt
để hạn chế sự thay đổi pH của các dung dịch acid. Các ion citrat kết hợp với các ion kim loại để
tạo thành muối, phổ biến nhất là muối canxi citrat dùng làm chất bảo quản và giữ vị cho thực
phẩm. Bên cạnh đó ion citrat có thể kết hợp với các ion kim loại tạo thành các phức dùng làm
chất bảo quản và làm mềm nước.
3.2. Nguyên liệu
Hàm lượng gluxit có trong ngô là cao nhất (67,9%), tiếp
đến là mật rỉ, khoai lang, sắn, và cuối cùng là khoai tây. Tuy
nhiên muốn sản xuất ra acid citric cần phải trải qua giai đoạn
thủy phân tinh bột thành đường, nếu dùng mật rỉ thành phần hóa
học chủ yếu là đường vi sinh vật sẽ trực tiếp sử dụng đường để
tạo thành acid citric. Mặt khác mật rỉ là nguyên liệu rẻ tiền dễ kiếm do đó mật rỉ là nguyên liệu
được sử dụng nhiều hơn trong việc sản xuất acid citric, tuy nhiên cần xử lí mật rỉ trước khi sử
dụng vì trong mật rỉ chứa chất màu, hệ keo, đặc biệt là kim loại nặng ảnh hưởng đến quá trình
lên men, ức chế vi sinh vật phát triển.
3.3. Vi sinh vật lên men chủ yếu

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 19

MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

Acid citric chủ yếu được tổng hợp nhờ loài nấm sợi. các loài nấm men và các loài vi khuẩn
không có khả năng này. Các loài nấm sợi có khả năng tổng hợp acid citric bao gồm:
Citromycesglader, citromyees fferianus, chitromyees Conidiophone, Penicillium lutcum,
Penicillium glaucum, Aspergillus niger, Aspergillus Oryzae, Aspergillus batatac, Aspergillus
awamari Aspergillus welchii. Aspergillusniger là nấm sợi được ứng dụng nhiều vào sản xuất
acid citric, để đáp ứng được 3 yêu cầu cơ bản về giống dùng trong sản
xuất acid citric là: Có khả năng tạo acid rất mạnh. Có khả năng chịu
được môi trường acid khi lượng acid citric tăng cao. Ít tạo ra những
acid hữu cơ khác như acid oxalic, acid gluconic, acid fumaric.
Aspergillus niger là một loại nấm sợi và là một trong những loài
phổ biến nhất của các chi Aspergillus có nhiều ứng dụng trong công
nghệ sinh học, nhiệt độ tối ưu ở 35 – 37 0C, pH từ 1,4 - 9. Nó gây ra
một căn bệnh được gọi là nấm mốc đen trên một số loại trái cây và rau quả như nho, hành tây,
đậu phộng, và là một chất gây ô nhiễm phổ biến của thực phẩm. Aspergillus niger là vi sinh vật
hiếu khí phát triển trên các chất hữu cơ, nó có thể được tìm thấy gần
như ở khắp mọi nơi trong môi trường có chứa đất. Ngoài ra, nó được
tìm thấy trong chất thải, nguyên liệu thực vật phân hủy và phân hữu cơ
trong môi trường ngoài trời. Môi trường ẩm trong nhà tạo ra một môi
trường sống tốt cho sự phát triển của nấm mốc. Chẳng hạn như trong
các lĩnh vực hộ gia đình, trên các bức tường trong phòng tắm hoặc các
khu vực khu vực khác có mositure.
3.4. Bản chất và Cơ chế quá trình lên men
* Bản chất của quá trình: là quá trình oxy hóa đường thành acid citric dưới tác dụng của vi
sinh vật mà trong các nguyên liệu.
* Cơ chế quá trình lên men:
Trong quá trình này glucose được chuyển hoá thành acid pyruvic theo con đường EMP

(Embden-Mayerhof-Parnas), sau đó acid pyruvic tiếp tục chuyển hoá thành acid citric[2].
Phương trình tổng quát của quá trình này:
2C6H12O6 + 3O2 → 6C6H8O7 + 4H2O + x kcal
Glucose
NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Acid citric.
Page 20


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

Phương trình chung của sự chuyển hoá đường thành acid citric có thể biểu thị như sau:
C12H22O11 → C6H12O6 → C6H8O7 + H2O + x kcal
Saccarozơ

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Glucose

Page 21

Acid citric


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

3.5. Các yếu tố Ảnh hưởng đến quá trình lên men [2]
- Mô Trường dinh dưỡng
Nấm mốc cần đường, tinh bột và các muối vô cơ. Trong điều kiện thường nấm mốc chỉ
phát triển sinh khối tạo ra rất ít acid citric. Trong trường hợp môi trường nhiều cabon và ít nitơ
lượng đường 4 - 20%, nitơ 0,07%, ngoài ra còn bổ sung thêm nguyên tố khoáng như P, Fe, Zn…
thì quá trình tổng hợp axit citric xảy ra mạnh.
- pH môi trường
PH thích hợp cho Aspergillus niger tạo thành acid citric từ 3 - 4, tùy thuộc vào chủng nấm
mốc sử dụng. Ta có thể acid hoá 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 acid citric nên pH giảm mạnh, vì vậy cần phải điều
chỉnh pH của môi trường cho thích hợp.
- Sự thoáng khí
Quá trình oxi hoá cần một lượng lớn oxy, vì vậy cần phải cung cấp không khí cho quá trình
lên men bằng cách thông thoáng khí môi trường. Ngoài ra sự thông thoáng khí còn giảm lượng
khí cacbonic trong môi trường. Trong thực tế sản xuất người ta thường thổi không khí vô trùng
vào dịch lên men
- Nhiệt độ
Nhiệt độ thích hợp khoảng 31 - 37 0C. Thấp hơn thì tạo axit gluconic, cao hơn thì việc tạo
axit citric bị kìm hảm. Thời gian lên men khoảng 7 – 10 ngày.
3.6. Các phương pháp sản xuất citric
Hiện nay vẫn tồn tại hai phương pháp sản xuất acid citric từ nấm sợi Aspergillus niger:
phương pháp lên men bề mặt và phương pháp lên men chìm.
- Lên men theo phương pháp bề mặt : Quá trình chuẩn bị giống
Mật rỉ đường cần phải được xử lý màu và hệ keo bằng cách cho dịch qua than họat tính để
hấp phụ và pha loãng để điều chỉnh hệ keo của dịch mật rỉ. Nếu trong mật rỉ có Fe3+ người ta
cho vào mật rỉ sau pha loãng K4{Fe(CN)6}.

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 22


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

Tiếp theo ta hiệu chỉnh hàm lượng đường và pH để thuận lợi cho quá trình lên men. Hàm
lượng đường được hiệu chỉnh ở hàm lượng từ 14 - 15% về khối lượng. Ngoài ra để quá trình lên
men thuận lợi cho vi sinh vật người ta bổ sung MgSO4, NH4NO3, KH2PO4 và điều chỉnh pH
từ 2,2 - 6 tùy thuộc vào thành phần các chất bổ sung mà điều chỉnh pH cho hợp lý.
Môi trường lên men phải được lọc kỹ và thanh trùng, làm nguội, phân phối vào các khay,
nuôi ở nhiệt độ 28 - 32oC trong thời gian từ 48 - 72 giờ. Quá trình lên men trên bề mặt của dịch
lỏng nhờ lớp váng dày ở trên đó là khuẩn lạc của nấm Aspergillus niger.
Acid citric sẽ được thẩm thấu qua màng tế bào vào môi trường. Kết thúc quá trình lên men,
người ta lấy phần dịch lên men đem đi lọc để thu acid citric và tiếp tục lên men mẻ mới.
- Lên men theo phương pháp chìm:
Trong công nghệ sản xuất acid citric theo phương pháp chìm, người ta sử dụng môi trường
giống như môi trường lỏng dùng trong phương pháp lên men bề mặt. Quá trình được thực hiện
trong các thiết bị lên men có cánh khuấy và có hệ thống thổi khí liên tục. Người ta tiến hành lên
men ở 28 – 320C trong thời gian 6 – 7 ngày.
Trong qúa trình lên men, người ta thường phải sử dụng CaCO3 để điều chỉnh pH vì acid
citric được tạo thành sẽ làm giảm pH xuống 1 – 1,5. Việc điều chỉnh này còn có ý nghĩa là
người ta chuyển acid citric thanh xitrat canxi lắng xuống. Kết thúc quá trình lên men, người ta
sử dụng H2SO4 để tách acid citric ra. Tiến hành cô đặc và kết tinh acid citric.
* Quy

trình sản xuất axit citric từ nấm mốc

[4]

Nguyên liệu có sẵn như mật rỉ, đường… hay dịch tinh bột đã đường hóa. Cho thêm chất
dinh dưỡng cần cho sự phát triển của nấm mốc như amonsunfat, amon nitrat, nguyên tố vi
lượng… Thanh trùng dịch lên men và hạ đến nhiệt độ phù hợp cho lên men, điểu chỉnh pH bằng
HCl đến pH 3 - 4.
Bào tử nấm mốc asp.niger được sản xuất ở phân xưởng riêng trước khi cho vào lên men,
bào tử ở dãng huyền phù trong nước. Lúc đầu bào tử được phát triển trên môi trường thức ăn
thích hợp với nấm mốc để tạo màng nấm mốc tốt ở nhiệt độ 34 0C. Sau 2 ngày màng mốc phủ
kính bề mặt khay. Cho toàn bộ vào thùng chứa dung dịch nấm mốc đem lên men vào dịch môi
trường lên men.

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 23


MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

Trung hòa dịch lên men bằng CaCO3. Dựa vào độ hòa tan khác nhau của các hợp chất
muối tạo thành, ta tách citrate – Ca. Citrat – Ca ít hòa tan trong nước sôi nhưng tan nhiều tron
nước lạnh, oxalat – Ca không hòa tan còn gluconate – Ca hòa tan ở bất kì nhiệt độ nào. Lọc để
tách kết tủa citrate – Ca ra. Phân ly citrat – Ca bằng dung dịch H 2SO4 để tạo citric, cô đặc và kết
tinh thu được axit citric tinh thể.
NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 24

MÔN: VI SINH HỌC THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG

* Quy trình sản xuất acid citric từ phế liệu dứa (tương tự với chanh):

NHÓM THỰC HIỆN : 3.3

Page 25