Tối ưu hóa quy trình lên men dấm chìm từ phế phụ phẩm trong sản xuất rượu gạo

MỤC LỤC
Lời cam đoan ................................................................................................................................. 3
Danh mục các chữ viết tắt .............................................................................................................. 4
Danh mục bảng .............................................................................................................................. 5
Danh mục hình vẽ và đồ thị............................................................................................................ 6
MỞ ĐẦU....................................................................................................................................... 7
CHƢƠNG 1................................................................................................................................... 9
TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................................................................. 9
1.1.

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DẤM ................................................................................... 9

1.1.1.

Lịch sử về dấm....................................................................................................... 9

1.1.2.

Phân loại các sản phẩm dấm ..................................................................................10

1.1.3.

Tình hình sử dụng và xu hƣớng tiêu thụ dấm trên thế giới .....................................13

1.1.4.

Vai trò và một số tính chất chức năng của dấm ......................................................14

1.2.

VI KHUẨN AXETIC TRONG LÊN MEN DẤM .........................................................17

1.3.

QUÁ TRÌNH LÊN MEN SẢN XUẤT DẤM ................................................................20

1.3.1.

Quá trình lên men axit axetic .................................................................................20

1.3.2.

Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình lên men axit axetic ....................................25

1.4.

CÁC PHƢƠNG PHÁP LÊN MEN AXIT AXETIC TRONG SẢN XUẤT DẤM ..........32

1.4.1.

Phƣơng pháp lên men bề mặt ................................................................................32

1.4.2.

Phƣơng pháp lên men qua tháp đệm ......................................................................35

1.4.3.

Phƣơng pháp lên men chìm ...................................................................................37

1.5. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA BÃ RƢỢU VÀ BÃ RƢỢU

GẠO THEO PHƢƠNG PHÁP LÊN MEN CÔNG NGHIỆP ....................................................39
CHƢƠNG 2................................................................................................................................. 43
VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP ................................................................................................ 43
2.1.

VẬT LIỆU ...................................................................................................................43

2.1.1.

Nguồn nguyên liệu ................................................................................................43

2.1.2.

Hóa chất ...............................................................................................................43

2.2.

PHƢƠNG PHÁP ..........................................................................................................44

2.2.1. Phƣơng pháp xử lý nguyên liệu ...................................................................................44
2.2.2. Phƣơng pháp vi sinh ...................................................................................................44
2.2.3. Phƣơng pháp phân tích hóa học, hóa lý .......................................................................45
2.2.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu thống kê và tối ƣu hóa quá trình lên men [13]. ...................45

1


2.2.5. Phƣơng pháp cảm quan. ..............................................................................................47
2.2.6. Phƣơng pháp xác định thành phần các hợp chất dễ bay hơi trong dấm bằng phƣơng pháp
sắc ký khí khối phổ...............................................................................................................47

CHƢƠNG 3................................................................................................................................. 48
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................................................................................................ 48
3.1. KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN LÊN MEN DẤM............................48
3.1.1. Ảnh hƣởng của nồng độ cồn đầu .................................................................................48
3.1.2. Ảnh hƣởng của nồng độ Saccaroza .............................................................................49
3.1.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên men .................................................................................49
3.1.4. Ảnh hƣởng của cao nấm men ......................................................................................50
3.1.5. Ảnh hƣởng của nồng độ axit ban đầu ..........................................................................51
3.2. TỐI ƢU HÓA QUÁ TRÌNH LÊN MEN DẤM ..................................................................51
3.3. CẢI TIẾN QUY TRÌNH ĐỂ TĂNG HIỆU QUẢ LÊN MEN DẤM ..................................56
3.4. XÂY DỰNG QUY TRÌNH VÀ THỰC NGHIỆM SẢN XUẤT .........................................58
3.4.1. Xây dựng quy trình .....................................................................................................58
3.4.2. Thực nghiệm sản xuất .................................................................................................60
3.5. ĐÁNH GIÁ THÀNH PHẦN HỢP CHẤT DỄ BAY HƠI CỦA SẢN PHẨM DẤM GẠO
LÊN MEN TỪ DỊCH BÃ RƢỢU.............................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................ 64

2


Lời cảm ơn
Để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận
được rất nhiều sự quan tâm, giúp đõ nhiệt tình của các tập thể, cá nhân trong và
ngoài trường.
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Thị Việt Anh, TS.
Nguyễn Liêu Ba, Ths. Đỗ Thị Kim Loan là những người đã dành nhiều thời gian
trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô giáo trong trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô giáo trong Khoa Công Nghệ Sinh Học và
Công nghệ Thực phẩm đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi, tạo điều kiện

để tôi hoàn thành khóa luận này.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể các cán bộ tại Bộ môn Công nghệ
Lên men - Viện Công nghiệp Thực phẩm đã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thiện đề tài của mình.
.
Tác giả luận văn

3


Danh mục các chữ viết tắt
A.

Acetobacter

A2

Komagataeibacter saccharivorans A2

AcDH

acetaldehyde dehydrogenase

AlDH

alcohol dehydrogenase

FDA

Food and Drug of America : Cục quản lý Dƣợc phẩm và Thực phẩm

Hoa Kỳ

G.

Gluconobacter

Ga.

Gluconacetobacter

PQQ

Pyrroloquinoline quinone

SAV

Shanxi Aged Vinegar: Dấm chín Shanxi

TBV

Traditional balsamic vinegar: Dấm thơm truyền thống

4


Danh mục bảng
Số hiệu

Tên bảng

Trang

1.1.

Thành phần hóa học của dịch bã rượu từ ngũ cốc

40

1.2.

Khảo sát thành phần các phế phụ phẩm trong sản
xuất rượu gạo

41

1.3.

Thành phần hóa học cơ bản của dịch bã rượu

42

3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.

Khoảng biến đổi của các yếu tố ảnh hưởng đến quá

trình lên men dấm
Kế hoạch thực nghiệm theo RSM-CCD để tối ưu hóa
hàm lượng acid tạo thành
Kết quả phân tích sự phù hợp của mô hình với thực
nghiệm
Kết quả thực nghiệm kiểm chứng điều kiện tối ưu
Đánh giá lên men sản xuất trong điều kiện bổ sung
thêm cồn
Kết quả lên men trên quy mô 350 lít/ mẻ
Điểm đánh giá sự khác biệt hương thơm của các mẫu
dấm

5

52
52
53
56
57
60
61


Danh mục hình vẽ và đồ thị
Số hiệu
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.

1.6.
1.7.
1.8.
1.9.
1.10.
1.11.
2.1.
2.2.
2.3.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.

3.7.
3.8.
3.9.
3.10.

Tên hình vẽ, đồ thị
Phương pháp lên men dấm cổ điển.
Một số loại dấm thơm trên thế giới.
Hình ảnh tế bào vi khuẩn Acetobacter.
Cơ chế lên men axit axetic của Louis Pasteur.
Quá trình chuyển hóa ethanol thành axit axetic bởi vi
khuẩn axetic.
Phản ứng ezym xảy ra trong quá trình chuyển hóa
ethanol thành axit axetic .

Quá trình oxy hóa ethanol và đồng hóa acetat qua
màng tế bào chất.
Sơ đồ mô tả thùng lên men dấm theo qui trình Orleans.
Sơ đồ mô tả phương pháp lên men qua tháp đệm.
Thiết bị lên men chìm.
Sơ đồ hệ thống lên men chìm bán liên tục.
Hình dạng tế bào và khuẩn lạc của chủng
Komagataeibacter saccharivorans A2.
Thiết bị lên men Lambda.
Thiết bị lên men 500 lít.
Ảnh hưởng của nồng độ cồn ban đầu đến quá trình lên
men dấm.
Ảnh hưởng của nồng độ Saccaroza đến quá trình lên
men dấm.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men dấm.
Ảnh hưởng của hàm lượng cao nấm men đến quá trình
lên men dấm.
Ảnh hưởng của nồng độ axit ban đầu đến quá trình lên
men dấm.
Đồ thị đường đồng mức và bề mặt đáp mô tả ảnh
hưởng của nhiệt độ lên men (A) và nồng độ axit ban
đầu (C).
Đồ thị đường đồng mức và bề mặt đáp mô tả ảnh
hưởng của nồng độ cao nấm men bổ sung (B) và nồng
độ axit ban đầu (C).
Sự biến đổi nồng độ cồn và axit trong quá trình lên men
dấm.
Quy trình lên men dấm bằng phương pháp lên men
chìm từ phế phụ phẩm của quá trình sản xuất rượu gạo.
Phổ GC-MS của sản phẩm dấm lên men trên môi

trường dịch bã rượu.

6

Trang
10
12
18
21
22
22
23
32
36
38
38
43
44
45
48
49
49
50
51
54

55
57
58
61

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong số các loại thực phẩm lên men, dấm là loại gia vị phổ biến nhất, có mặt
thƣờng xuyên trong các bữa ăn hàng ngày. Trong công nghiệp thực phẩm, dấm
đƣợc dùng làm chất điều vị, tạo hƣơng và bảo quản. Trong y học, dấm đƣợc sử
dụng nhƣ một loại đồ uống hỗ trợ điều trị bệnh, sử dụng làm chất tiệt trùng, là tác
nhân làm sạch… Nhu cầu sử dụng dấm gạo của ngƣời tiêu dùng trong nƣớc và trên
thế giới tƣơng đối lớn.
Trên thị trƣờng hiện nay có một số thƣơng hiệu dấm lên men khá nổi tiếng nhƣ
Trung Thành, Tâm Đức,… Tuy nhiên, thực tế các doanh nghiệp trong nƣớc vẫn
sản xuất dấm ăn theo phƣơng pháp lên men bề mặt tự nhiên, thủ công là chủ yếu.
Do đó, hiệu quả sản xuất thấp, năng suất không cao, quá trình lên men kéo dài, chất
lƣợng sản phẩm không ổn định. Bên cạnh đó, trên thị trƣờng xuất hiện nhiều sản
phẩm dấm đóng chai pha chế từ axit axetic của các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ. Loại dấm
pha chế từ axit axetic công nghiệp không rõ nguồn gốc, không đảm bảo chất lƣợng
vệ sinh an toàn thực phẩm và có thể gây ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe ngƣời tiêu
dùng.
Nƣớc ta là một nƣớc nông nghiệp, các sản phẩm nông nghiệp dồi dào và phế
phụ phẩm trong công nghiệp chế biến các sản phẩm từ nông nghiệp đa dạng. Đối
với quá trình lên men axit axetic có thể sử dụng các nguồn nguyên liệu chứa đƣờng
hoặc tinh bột nhƣ gạo, sắn, các loại quả, rƣợu, rƣợu quả lên men,… Tuy nhiên,
hƣớng nghiên cứu tận dụng các phế phụ phẩm trong nông nghiệp và trong chế biến
thực phẩm để sản xuất dấm còn ít.
Trong những năm gần đây, ngành công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men nói
chung và ngành công nghệ sản xuất rƣợu nói riêng có những bƣớc phát triển vƣợt
bậc, đem lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế cho đất nƣớc. Bên cạnh những lợi ích to
lớn đó còn kèm theo các phụ phẩm thải ra môi trƣờng nhƣ bã rƣợu, cặn lớn, nƣớc
thải,… Việc xử lý, tận dụng các phế phụ phẩm cần đƣợc tập trung nghiên cứu. Đây

cũng là hƣớng nghiên cứu mới, có giá trị khoa học và có ý nghĩa thực tiễn vô cùng
lớn đối với xã hội. Tuy nhiên, các nghiên cứu trƣớc đây chỉ tận dụng phế phụ phẩm
trong sản xuất rƣợu làm thức ăn gia súc, làm nấm men gia súc khô, sản xuất men
bánh mỳ, môi trƣờng nuôi cấy vi sinh vật, sản xuất biomixin thô,...
Thành phần phế phụ phẩm trong quy trình sản xuất rƣợu gạo lên men bao gồm
bã rƣợu và dịch thải sau chƣng cất. Theo một số tài liệu, sản xuất rƣợu từ nguyên
liệu tinh bột, chỉ 30-33% khối lƣợng chất khô chuyển thành rƣợu, phần còn lại
không đƣợc lên men chuyển vào sinh khối nấm men và bã rƣợu. Protein trong bã
7


rƣợu bao gồm protein trong nguyên liệu tinh bột và protein của nấm men. Vì vậy,
bã thải thu đƣợc sau quá trình lọc dịch hèm còn lại một số thành phần dinh dƣỡng
có giá trị nhƣ: chất khô hòa tan, pentozan, chất béo, xelluloza, hợp chất chứa N,
chất khoáng… đặc biệt là các chất thơm có trong nguyên liệu tinh bột và các chất
thơm đƣợc sinh ra trong quá trình lên men rƣợu. Dịch thải sau chƣng cất gồm dịch
cất đầu có hàm lƣợng cồn cao nhƣng chứa nhiều các tạp chất, dịch cất cuối có hàm
lƣợng cồn thấp và các tạp chất khó bay hơi. Phân loại các tạp chất có trong dung
dịch rƣợu etylic-nƣớc sản xuất bằng phƣơng pháp lên men cho thấy: trong dịch
rƣợu etylic nồng độ cao hơn 70%v/v bao gồm các hợp chất dễ bay hơi (Metylic,
etylacetat), các tạp chất khó bay hơi (isoamylic và propanol); trong dịch rƣợu etylic
nồng độ thấp hơn 10% v/v bao gồm các hợp chất khó bay hơi isobutanol, metylic,
isoamylic và propanol. Trên cơ sở đó, mở ra hƣớng nghiên cứu xử lý, tận dụng các
thành phần có giá trị trong phế phụ phẩm của quá trình sản xuất rƣợu gạo để lên
men dấm gạo.
Xuất phát từ những luận giải trên, đặt ra mục tiêu nghiên cứu tìm điều kiện tối
ƣu để lên men dấm gạo từ phế phụ phẩm của rƣợu gạo.
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu.
Mục đích nghiên cứu của luận văn là tối ƣu điều kiện lên men dấm để thu đƣợc
hàm lƣợng axit cao nhất.

Đối tƣợng nghiên cứu:
-

Chủng vi khuẩn Komagataeibacter saccharivorans A2 .
Quy trình sản xuất dấm gạo từ phế phụ phẩm quá trình sản xuất rƣợu gạo.
3. Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi nghiên cứu đƣợc thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm và xƣởng thực
nghiệm trên thiết bị 500 lít.
4. Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
- Khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng quá trình lên men dấm nhƣ: hàm lƣợng axit
ban đầu, hàm lƣợng cồn ban đầu, hàm lƣợng cao nấm men, hàm lƣợng saccarosa.
- Lựa chọn tối ƣu hóa một số điều kiện lên men bằng phần mền Design Expert
8.0.6.
- Thực nghiệm xƣởng trên thiết bị 500 lít.

8


CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DẤM

1.1.1. Lịch sử về dấm
Dấm là một loại gia vị truyền thống nổi tiếng trên khắp thế giới. Ngƣời Pháp cho
rằng, dấm là một sản phẩm tuyệt vời có nguồn gốc từ “vin aigre” nghĩa là từ “vang
chua”. Theo tiếng Hy Lạp, dấm xuất phát từ danh từ “oxcus” tức là “chua” [11, 50].

Theo Cục quản lý Dƣợc phẩm và Thực phẩm Hoa Kỳ (FDA), dấm đƣợc xem là
vang chua “sour wine” hoặc rƣợu chua “sour liquid” là sản phẩm của quá trình lên
men axit axetic từ rƣợu etylic với nồng độ axit axetic tối thiểu 4%, hàm lƣợng
etanol tối đa là 0,5%, pH=2,0-3,5 và một số chất hòa tan khác nhƣ: vitamin, muối
khoáng, axit amin, các hợp chất phenol (axit galic, catechin, axit caffeic, axit
ferulic), các axit hữu cơ không bay hơi (axit tartaric, citric, malic, lactic), đƣợc sử
dụng làm gia vị hoặc bảo quản [14, 22]. Theo Tổng cục thống kê Việt Nam (GSO),
dấm là một chất lỏng qua quá trình lên men, đƣợc sản xuất từ các nguyên liệu có
nguồn gốc từ nông nghiệp bao gồm tinh bột hoặc đƣờng hoặc cả tinh bột và đƣờng,
có hƣơng vị đặc trƣng của dấm với hàm lƣợng axit axetic không ít hơn 5%.
Là một sản phẩm lên men từ các nguồn nguyên liệu trong nông nghiệp, dấm có
lịch sử phát triển từ lâu đời. Theo một số tài liệu cổ, dấm đƣợc phát hiện ra từ hơn
10.000 năm trƣớc. Vết tích của dấm cũng đã đƣợc tìm thấy ở Ai Cập cổ đại từ 3.000
năm trƣớc công nguyên. Khoảng 5.000 năm trƣớc công nguyên, ngƣời Babylon đã
biết dùng trái chà là để làm rƣợu và dấm. Theo sự tích Thần Nông, dấm cũng đƣợc
tìm thấy ở Trung Quốc từ đời nhà Hạ, 2.000 năm trƣớc công nguyên. Năm 1100,
Albucases đã phát hiện ra dấm không màu đƣợc cất trên ngọn lửa nhỏ. Vào thế kỷ
XV, thầy tu Basilius Venlentinus, đã phát hiện ra dấm cất có độ chua cao hơn. Nửa
đầu thế kỷ XVIII, nhà hóa học Stahl đã phát hiện ra vị chua của dấm là axit axetic.
Vào năm 1778, Durande đã tạo ra sản phẩm có nồng độ axit axetic đậm đặc hơn gọi
là axit axetic băng nhờ quá trình chƣng cất. Năm 1823, Dobereiner là ngƣời đầu
tiên chứng minh rằng quá trình oxy hóa rƣợu trong điều kiện thoáng khí tạo ra axit
9


axetic và nƣớc là cơ sở của quá trình lên men sản xuất dấm. Sau đó, Schutzenbach
công bố quá trình sản xuất dấm dựa trên quá trình oxy hóa rƣợu thành axit axetic
của Dobereiner. Năm 1955 Joslyn công bố phƣơng pháp làm dấm mới gọi là
phƣơng pháp lên men chìm, sau đó Hromatka tiếp tục phát triển phƣơng pháp này
[50].

Hinh 1.1. Phương pháp lên men dấm cổ điển [56].

1.1.2. Phân loại các sản phẩm dấm
Dấm là một loại gia vị phổ biến và có lịch sử lâu đời nhƣng tiêu chuẩn về dấm
và phân loại dấm chƣa có sự thống nhất trên toàn thế giới. Theo Cục Quản lý Dƣợc
và Thực phẩm Mỹ (FDA) hƣớng dẫn quy cách ghi nhãn các sản phẩm dấm căn cứ
vào nguyên liệu đầu vào và phƣơng pháp sản xuất; theo thống kê của công ty Crisco
Company (2007), một số loại dấm phổ biến đƣợc tiêu thụ trên thế giới nhƣ sau [56].
-

Dấm thơm (Balsamic vinegar): màu nâu, hàm lƣợng axit axetic khoảng 6-18%,
vị chua ngọt đậm đà và hƣơng thơm dễ chịu đƣợc hình thành trong quá trình lên
men kéo dài nhiều năm. Loại dấm này đƣợc làm từ quả nho trắng của vùng
Trebbiano và đƣợc tàng trữ trong các thùng bằng các loại gỗ thơm: gỗ sồi, gỗ
dâu, gỗ đinh hƣơng. Trong đó, nổi tiếng với các loại dấm thơm của Ý, của Mỹ
và Bắc Mỹ: Dấm thơm Modena, dấm thơm Reggio Emilia,…. Một số loại dấm

10


thơm đặc biệt thƣờng có thời gian tàng trữ kéo dài đến vài chục năm tuổi trong
các thùng gỗ thơm nên có hƣơng vị rất độc đáo.
-

Dấm vang (Wine vinegar): là loại dấm đƣợc làm từ vang trắng, đỏ hoặc hồng có
nồng độ cồn thấp 7-9%. Trong đó, dấm vang trắng đƣợc lên men từ rƣợu vang
trắng, sau quá trình tàng trữ, dịch lên men đƣợc lọc nên dấm rất trong, có màu
vàng nhạt hoặc không màu. Dấm vang đỏ đƣợc lên men hoàn toàn từ rƣợu vang
đỏ, tàng trữ một thời gian và đóng chai. Thời gian tàng trữ càng dài thì chất

lƣợng dấm càng tốt. Loại dấm vang sử dụng tốt nhất cho các món trộn salad,
món dầm dấm, món sốt.

-

Dấm mía (Cane vinegar): đƣợc sản xuất từ cây mía đƣờng lên men, có hƣơng vị
ngọt đậm, không sốc. Loại dấm này đƣợc sử dụng trong chế biến các món ăn ở
Philippine.

-

Dấm táo (Cider vinegar hoặc Apple vinegar): đƣợc lên men từ nƣớc táo, là loại
dấm đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong chế biến món ăn ở Mỹ, có màu vàng đậm
hoặc nâu sẫm bởi sự caramen hóa. Quá trình lên men gồm hai giai đoạn: lên
men rƣợu và lên men axit axetic từ dịch rƣợu táo.

-

Dấm pha trộn (Blended vinegar): là loại dấm đƣợc pha trộn từ dấm cất và dấm
táo. Nhãn sản phẩm đƣợc ghi theo thứ tự giảm dần của khối lƣợng nguyên liệu
phối hợp. Ngoài ra, còn xuất hiện các loại dấm đƣợc bổ sung thêm các hƣơng
hoa quả nhƣ: mâm xôi, sung, nho, mật ong, chanh, dâu tây, thảo mộc,….

-

Dấm dừa (Coconut vinegar): là loại dấm có hàm lƣợng axit thấp, có mùi sốc và
dƣ vị đặc biệt, đƣợc làm từ nƣớc dừa. Loại dấm này đƣợc sử dụng nhiều ở Ấn
Độ, Thái Lan, Phillipine.

-

Dấm cất- dấm cồn (Distilled or Spirit vinegar): là loại dấm không màu, đƣợc lên
men từ rƣợu nhạt đã qua chƣng cất. Dấm cất thƣờng đƣợc sử dụng trong chế
biến và bảo quản các loại thực phẩm bằng phƣơng pháp ngâm dấm.

-

Dấm malt (Malt vinegar): là loại dấm phổ biến ở Anh, có màu vàng nhạt, nồng
độ axit axetic khoảng 4%; đƣợc làm từ các loại hạt ngũ cốc đã ngâm nƣớc, ƣơm
mầm và thƣờng lên men theo phƣơng pháp bề mặt. Trong đó, bao gồm các quá

11


trình thủy phân tinh bột thành đƣờng bởi hệ enzyme amylase trong hạt ƣơm
mầm, quá trình lên men rƣợu bởi nấm men và quá trình lên men axit axetic bởi
vi khuẩn axetic. Sau khi lên men, dấm đƣợc tàng trữ trong các thùng gỗ sồi hoặc
gỗ bulo nên có mùi thơm đặc biệt của gỗ. Loại dấm này có hƣơng vị mộc mạc,
thƣờng đƣợc sử dụng trong tẩm ƣớp các món cá, khoai tây chiên.
-

Dấm đƣờng (Sugar vinegar): là loại dấm lên men từ dịch syro đƣờng hoặc mật
rỉ. Quy trình lên men sản xuất dấm bao gồm quá trình lên men ethanol bởi nấm
men và lên men axit axetic trong điều kiện hiếu khí.

-

Dấm gạo (Rice vinegar hoặc Rice wine vinegar): đƣợc làm từ gạo và trải qua 3
quá trình liên tiếp: thủy phân tinh bột thành đƣờng, lên men đƣờng thành rƣợu
và lên men chuyển hóa rƣợu thành axit axetic. Dịch dấm sau lên men đƣợc tàng

trữ và lọc nên dấm gạo thƣờng sáng màu, trong và có hƣơng vị dịu dàng. Loại
dấm này đƣợc sử dụng rất phổ biến trong các món ăn của ngƣời Châu Á. Trung
Quốc rất nổi tiếng với 3 sản phẩm dấm gạo truyền thống: dấm đỏ thƣờng đƣợc
sử dụng để ngâm thực phẩm, làm gia vị trong các món súp; dấm trắng đƣợc sử
dụng phổ biến trong chế biến các món nộp chua ngọt; dấm đen thƣờng sử dụng
trong các món xào, món trộn và món sốt.

-

Dấm Sherry (Sherry vinegar): đƣợc làm từ quả Sherry, đƣợc tàng trữ trong các
thùng gỗ sồi dƣới ánh nắng mặt trời. Loại dấm này có vị ngọt đậm đà.

Hình 1.2. Một số loại dấm thơm trên thế giới [56].

12


1.1.3. Tình hình sử dụng và xu hƣớng tiêu thụ dấm trên thế giới
Qua thời gian, dấm trở nên phổ thông và rất đa dụng. Đến ngày nay, dấm vẫn
đang đƣợc sử dụng với nhiều mục đích khác nhau. Thông thƣờng, dấm đƣợc sử
dụng trong chế biến các món ăn nhƣ: trộn salad, nƣớc chấm, các món sốt, các món
xào chua ngọt,… Trong sơ chế, bảo quản và chế biến thực phẩm quy mô công
nghiệp, dấm đƣợc sử dụng với các mục đích nhƣ: tăng cƣờng hƣơng vị, bảo quản
thịt và rau củ quả, khử mùi tanh và làm cứng cá, tránh hiện tƣợng kết tinh đƣờng
trong sản xuất bánh kẹo, tránh oxy hóa rau củ quả, tránh hiện tƣợng vỡ lòng trắng
trứng khi luộc, làm sạch vi sinh vật trên bề mặt rau củ quả, làm tăng độ giòn cho các
món chiên, làm mềm thịt, tăng độ xốp và hƣơng vị của cơm,… Trong cuộc sống
thƣờng ngày, ngƣời tiêu dùng sử dụng dấm với các mục đích nhƣ: lau rửa sàn, làm
sạch các vết bẩn trên thảm và mành rèm, làm sạch vải sợi và quần áo, làm sạch cửa
kính và đồ gỗ, làm sạch các dụng cụ nhà bếp (tủ lạnh, thớt gỗ, lò vi sóng, máy pha

cà phê), làm sạch các máy móc gia dụng bằng thép không gỉ, vệ sinh phòng tắm và
dụng cụ vệ sinh, diệt côn trùng và một số loại nấm, sâu bệnh hại cây trồng,… [56].
Gần đây, nhiều loại dấm còn đƣợc đề cập đến với nhiều lợi ích đối với sức khỏe con
ngƣời và trở thành đồ uống chức năng nhƣ dấm táo, dấm trà “Kombucha”, dấm
“Kurosu”, dấm dừa, dấm từ hành đỏ[28, 29, 54].
Đƣợc ngƣời tiêu dùng sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, dấm trở thành
một trong số các sản phẩm tiêu dùng với số lƣợng lớn và rất cần thiết đối với cuộc
sống con ngƣời. Theo ƣớc tính, hàng năm nhân loại tiêu thụ một lƣợng dấm rất lớn,
tƣơng đƣơng với 160.000 tấn axit axetic tinh khiết, tức vào khoảng 3,2 tỉ lít dấm
chứa 5% axit axetic. Theo kết quả điều tra về danh mục thực phẩm liên quan đến
dấm của Viện dấm (Vinegar Institute-USA) nhƣ sau: dấm đóng chai chiếm 33,7%,
dấm sử dụng trong các món trộn và nƣớc xốt chiếm 16,8%, trong sản phẩm dầm
dấm chiếm 14,8%, trong tƣơng mù tạt chiếm 11,5%, trong các sản phẩm cà chua
chiếm 8,5% và các thực phẩm chế biến khác chiếm 14,7% [56].

13


Tuy nhiên, do khẩu vị, tập quán và thói quen tiêu dùng mà nhu cầu sử dụng các
loại dấm có sự khác nhau giữa các khu vực. Chẳng hạn, ở châu Âu, dấm lên men từ
các loại quả và dấm thơm đƣợc ƣa thích hiện nay nhƣ: dấm thơm từ hẹ, dấm táo,
dấm cà chua, dấm sung và dấm tỏi. Châu Mỹ La Tinh, dấm ngò thơm, dấm táo, dấm
thảo mộc, dấm trái cây và dấm rau ngải đƣợc sử dụng phổ biến. Tại Mỹ, dấm vang
trắng chiếm ƣu thế với mức tiêu thụ chiếm trên 45% so với tổng tiêu thụ các loại
dấm khác; đặc biệt ngƣời dân Bắc Mỹ rất ƣa chuộng dấm từ quả mâm xôi, dấm tỏi,
dấm chanh, dấm tiêu và dấm nam việt quất. Khu vực Trung Đông và Châu Phi, 3
loại dấm thơm đƣợc lựa chọn nhiều nhất là dấm táo, dấm việt quất và dấm sung
[45]. Còn dấm táo, dấm mật ong, dấm nho, dấm lô hội lại đƣợc ngƣời tiêu dùng
Châu Á ƣa thích [56]. Trong đó, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc và Việt Nam
dấm sản xuất từ gạo phổ biến và phù hợp với thị hiếu ngƣời tiêu dùng hơn các loại

dấm quả. Đặc biệt, Nhật Bản nổi tiếng với sản phẩm dấm gạo “Komesu”, màu
trắng, trong, vị dễ chịu, đƣợc sản xuất từ gạo xát trắng; dấm “Kurosu” đƣợc sản
xuất từ gạo lật, chƣa đƣợc xát trắng nên có màu nâu đục nhƣng chứa nhiều axit
amin, hàm lƣợng các vitamin cao, đƣợc sử dụng làm đồ uống chức năng “Kurosu”
[31, 42, 54].

1.1.4. Vai trò và một số tính chất chức năng của dấm
a. Vai trò của dấm
Là một loại gia vị truyền thống trong chế biến món ăn, dấm còn có nhiều tác
dụng đặc biệt đã đƣợc phát hiện ra từ rất sớm. Khoảng 500 năm trƣớc Công nguyên,
ngƣời Babylon dùng dấm nhƣ một chất bảo quản để ngâm rau quả và thịt; ngƣời La
Mã sử dụng dấm nhƣ một loại đồ uống. Đồng thời, Cleopatra và Hannibal là tƣớng
lĩnh trong quân đội đã phát hiện ra dấm có khả năng hòa tan ngọc trai, đá vôi, kim
loại,… Một số tài liệu cổ cho rằng, dấm có một số tính chất dƣợc lý, y học và sử
dụng trong điều trị một số bệnh: sát trùng vết thƣơng, đau bụng, còi xƣơng, viêm
thanh quản, ho kinh niên, viêm tai giữa, mụn cóc…[14, 56].

14


Đến nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, những đặc tính nổi trội của
axit axetic nói chung và dấm nói riêng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:
công nghệ thực phẩm, y học, dƣợc phẩm, hóa mỹ phẩm và trong các ngành công
nghiệp khác. Trong công nghiệp thực phẩm, dấm đƣợc sử dụng với vai trò làm chất
bảo quản, chất điều vị, chất tạo hƣơng. Một số nghiên chỉ ra rằng, dấm có tác dụng
kháng khuẩn nên có thể sử dụng để bảo vệ các chất dinh dƣỡng, vitamin trong rau
quả; duy trì độ tƣơi của thịt, ức chế hoạt động của vi khuẩn gây bệnh nhƣ Listeria
monocytogenes, Campylobacter jejuni trong thịt lợn và thịt gà, kìm hãm sự phát
triển của Staphylococcus aureus và Pseudomonas aeruginosa, ngăn cản quá trình
phân hủy bởi vi khuẩn gây thối trong quá trình bảo quản thịt tƣơi [14, 28, 58].

b. Một số tính chất chức năng của dấm
Bên cạnh vai trò làm gia vị và phụ gia trong chế biến, bảo quản thực phẩm;
nhiều loại dấm còn có lợi cho sức khỏe nên đƣợc sử dụng nhƣ dạng thực phẩm chức
năng. Một số nghiên cứu gần đây cho rằng, dấm có một số hoạt tính tốt cho sức
khỏe con ngƣời nhƣ: chống tăng đƣờng huyết, điều hòa huyết áp, giảm cholestrol,
kháng u,… [15].
Đặc tính chống tăng đƣờng huyết của dấm đã đƣợc biết đến hơn thế kỷ và đến
nay đã đƣợc thử nghiệm trên động vật và con ngƣời. Qua thử nghiệm lâm sàng trên
chuột và bệnh nhân tiểu đƣờng, các nhà khoa học đã đƣa ra những khuyến cáo: sử
dụng dấm trong các bữa ăn hàng ngày có tác dụng làm giảm chỉ số đƣờng huyết
ngay sau bữa ăn, sử dụng dấm trƣớc giờ đi ngủ có khả năng làm giảm chỉ số đƣờng
huyết nhanh chóng ở bệnh nhân tiểu đƣờng type 2 vào sáng hôm sau; uống dấm táo
với liều lƣợng 2 thìa (10 gam)/ ngày, trong 12 tuần có tác dụng làm giảm nhanh chỉ
số đƣờng huyết [9, 15]. Năm 2008, Dr. David J. A. Jenkins đã thử nghiệm lâm sàng
dấm dừa đối với 210 bệnh nhân tiểu đƣờng type 2 cho thấy, loại dấm dừa ở
Phillipin và Ấn Độ có khả năng làm giảm chỉ số đƣờng huyết và giảm nguy cơ bệnh
tim. Ngoài ra, các nghiên cứu cũng cho rằng, dấm dừa có chứa nhiều khoáng chất
rất cần thiết đối với cơ thể nhƣ P, K, Fe, Mg, Zn, S, C và chứa 9 loại axit amin

15


không thay thế, giúp cho quá trình xây dựng tế bào cơ thể, tăng cƣờng hệ thống
miễn dịch [28]. Fushimi và cộng sự đã công bố hàng loạt các thử nghiệm trên chuột
để minh chứng axit axetic thúc đẩy quá trình chuyển hóa glucose ở gan và xƣơng;
làm

giảm

sự

tích

tụ

xylulose-5-phosphate

trong

gan

và

hoạt

tính

phosphofructokinase-1 trong cơ bắp, điều khiển quá trình trao đổi chất phù hợp với
sự giảm glycolysis và thúc đẩy sự tổng hợp glycogen trong gan. Do đó, axit axetic
có khả năng làm thay đổi chu trình glycolysis trong gan, gây rối loạn chuyển hóa,
góp phần tăng glucose trƣớc bữa ăn, giúp ích cho bệnh nhân tiểu đƣờng [9, 13]. Tuy
nhiên, để giải thích cho tính chất chức năng này, các nhà khoa học dựa trên một số
giả thuyết cơ bản: axit axetic và các thành phần có hoạt tính trong dấm có khả năng
cản trở quá trình thủy phân các hợp chất cacbohydrate, giảm hoạt động của các
enzyme thủy phân các hợp chất disacharid (sucrase, lactase, maltase) và thúc đẩy
nhanh quá trình hấp thụ glucose trong cơ thể, kích thích sự bài tiết enzyme insulin
trong tế bào và làm giảm khoảng trống dạ dày…. [28, 58]
Đối với bệnh liên quan đến tim mạch, Hu và các cộng sự cho rằng, sử dụng
salad trộn dầu dấm thƣờng xuyên 5-6 lần/tuần có khả năng làm giảm nguy cơ của

bệnh tim mạch vành. Điều này đƣợc giải thích do sự tác động bảo vệ thành mạch
máu chống lại các gốc tự do của alpha-linolenic axit và khả năng chống loạn nhịp
tim của một số thành phần trong dấm, giảm nguy cơ bệnh tim thiếu máu cục bộ
[21]. Kodol và các cộng sự đã thí nghiệm trên chuột và đƣa ra kết luận về việc sử
dụng dấm hoặc dung dịch axit axetic trộn với thức ăn trong khẩu phần với liều
lƣợng 0,86mmol axit axetic/ngày và liên tục trong 6 tuần làm giảm đáng kể huyết
áp tâm thu (khoảng 20mmHg) so với khẩu phần ăn tƣơng tự nhƣng thay dấm bằng
nƣớc khử trùng [32]. Đồng thời, các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, sự giảm huyết áp
tâm thu, làm chậm mức tăng đƣờng huyết sau bữa ăn, giảm cholesterol trong máu
liên quan đến hoạt động của rennin và nồng độ aldosterone trong huyết tƣơng. Theo
các nhà khoa học, tính chất chức năng này của dấm dựa trên khả năng thúc đẩy quá
trình hấp thu canxi của axit axetic nên có tác dụng điều hòa giảm hệ hoocmon
renin-angiotensin [20, 30]. Đồng thời, các hợp chất polyphenol trong dấm từ nguồn

16


hoa quả có tác dụng chống lại quá trình oxy hóa và phòng ngừa bệnh tim mạch [46].
Tuy nhiên, đối với con ngƣời, tác dụng điều chỉnh huyết áp, điều hòa hệ reninangiotensin và tác động đến tim mạch của dấm rất cần những nghiên cứu khoa học
chuyên sâu và các thử nghiệm lâm sàng trên con ngƣời để có kết luận chính xác.
Nghiên cứu ban đầu về hoạt tính chống ung thƣ của dấm đƣợc thử nghiệm trong
ống nghiệm và trên chuột. Mimura và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu trong
ống nghiệm cho thấy, dấm lên men tự nhiên từ mía đƣờng có tác động đến sự chết
rụng của tế bào bạch cầu ở con ngƣời [36]. Dịch chiết ethyl acetate từ dấm gạo
truyền thống “Kurosu” của Nhật có tác dụng ức chế sự phát triển của các tế bào ung
thƣ ruột kết, ung thƣ phổi, ung thƣ tuyến vú, ung thƣ bàng quang, ung thƣ tiền liệt
tuyến dựa trên cơ chế làm ngƣng lại chu kỳ tế bào hoặc ức chế quá trình chết rụng
của tế bào. Đồng thời, các nghiên cứu khác cho rằng, dấm gạo Kurosu rất giàu các
hợp chất phenolic nhƣ axit dihydroferulic, axit dihydrosinapic và một lƣợng đáng
kể hợp chất 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate có hoạt tính chống oxy hóa, ngăn

chặn sự hình thành các gốc tự do nên tăng cƣờng bảo vệ cơ thể và làm giảm nguy
cơ ung thƣ [37, 38, 46]. Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế
tác động đến tế bào khối u của các thành phần trong dấm.

1.2.

VI KHUẨN AXETIC TRONG LÊN MEN DẤM

Trong tự nhiên, một số vi sinh vật có khả năng sinh axit axetic từ quá trình oxy
hóa ethanol trong điều kiện hiếu khí bắt buộc gọi là vi khuẩn axetic. Đó là loại vi
khuẩn Gram âm, hiếu khí bắt buộc, có khả năng di động hoặc không, hình elip đến
que, ở dạng đơn mỗi tế bào hoặc dạng cặp đôi hoặc dạng chuỗi gồm nhiều tế bào
nối lại với nhau [51]. Quá trình chuyển hóa ethanol thành axit axetic bởi nhóm vi
khuẩn này gọi là quá trình lên men axetic và đƣợc ứng dụng trong sản xuất dấm.
Quá trình lên men axetic là quá trình chuyển hóa hiếu khí, vi khuẩn axetic sử dụng
trực tiếp các điện tử từ ethanol và oxy là chất nhận điện tử cuối cùng [22, 24].
Những báo cáo gần đây nhất tổng kết, vi khuẩn axetic thuộc họ
Acetobacteraceae xếp vào hạng Rhodospirillales, là một bộ phận của

17


Alphaproteobacteria và bao gồm các chi: Acetobacter, Axitomonas, Ameyamaea,
Asaia, Gluconacetobacter, Gluconobacter, Granulibacter, Kozakia, Neoasaia,
Neokomagataea, Saccharibacter, Swaminathania và Tanticharoenia [16, 34, 51].
Tuy nhiên, chỉ có một số loài thuộc 3 chi đƣợc ứng dụng trong sản xuất dấm qui mô
công nghiệp: Acetobacter, Gluconacetobacter và Gluconobacter. Trong đó,
Acetobacter aceti là loài đƣợc phát hiện đầu tiên liên quan đến quá trình lên men
dấm [22].

Hình 1.3. Hình ảnh tế bào vi khuẩn Acetobacter [5].
Quy trình sản xuất dấm theo phƣơng pháp lên men tự nhiên đƣợc thực hiện bởi
hệ vi sinh vật tồn tại trong “cái dấm” gồm hỗn hợp các chủng vi sinh vật không
đồng nhất và tái sử dụng trong quá trình lên men kế tiếp. Đồng thời, trong màng
dấm còn có thể xuất hiện sự cộng sinh giữa vi khuẩn axetic và các chủng nấm men
lên men rƣợu [51]. Một số nghiên cứu về thành phần vi sinh vật từ qui trình lên men
dấm tự nhiên cho thấy sự đa dạng về các chủng loại vi khuẩn axetic. Với các loại
dấm đặc sản, quá trình lên men đƣợc thực hiện chính bởi loài Ga. europaeus, chiếm
79% tổng số các loài phân lập đƣợc. Trong dấm táo, hệ vi sinh vật rất đa dạng gồm
các loài: Ga. europaeus (35,3%), Ga. xylinus (35,3%), A. pasteurianus (17,6%) và
Ga. hansenii (11,8%). Các chủng vi sinh vật phân lập đƣợc từ qui trình lên men
dấm vang đỏ bao gồm các loài: Ga. xylinus (71,4%) và Ga. europaus (28,6%). Theo
tổng kết của một số nhà khoa học, các chủng vi khuẩn axetic có khả năng tạo màng
cellulose (Ga. xylinus) đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men dấm theo

18


phƣơng pháp bề mặt; các chủng thuộc loài Ga. europaeus rất thích hợp cho qui
trình lên men theo phƣơng pháp chìm [22, 33].
Đến nay, sản xuất dấm qui mô công nghiệp theo phƣơng pháp lên men chìm có
thể sử dụng đơn lẻ hoặc phối hợp các chủng vi khuẩn thuần khiết đƣợc phân lập và
tuyển chọn từ các quá trình lên men dấm tự nhiên có nồng độ cao. Một số loài nhƣ:
A. aceti, A. pasteurianus, A. pomorum, A. polyoxogenes, A. intermedius, A.
lovaniensis, Ga. hansenii/entanii, Ga. europaeus, Ga. oboediens, G. oxydans, G.
cerinus và G. frateurii đƣợc ứng dụng có hiệu quả trong sản xuất dấm ở nhiều nƣớc
trên thế giới. Chẳng hạn, loài G. entanii chiếm ƣu thế trong qui trình sản xuất dấm
nồng độ cao ở Đức, loài A. pasteurianus đƣợc xác định là phổ biến trong qui trình
sản xuất dấm vang ở Nhật Bản; loài Ga. europaeus đƣợc áp dụng rất phổ biến trong
qui trình sản xuất dấm theo phƣơng pháp lên men chìm ở Đức hiện nay [22, 34].

Căn cứ vào khả năng sinh axit, các chủng vi khuẩn axetic ứng dụng trong sản
xuất dấm đƣợc chia thành hai nhóm: nhóm có khả năng sản xuất axit axetic 5-10%
và nhóm có khả năng sản xuất 10-20% axit axetic (A. polyoxogenes, Ga. oboediens,
Ga. entanii,…). Sở dĩ, các chủng có khả năng sinh axit axetic cao là do hệ enzym
alcoldehydrogenase của chúng có tính ổn định cao và khả năng chịu đƣợc môi
trƣờng axit [34, 54].
Một số loài vi khuẩn axetic đƣợc nghiên cứu và ứng dụng trong sản xuất dấm:
Acetobacter aceti: hình que ngắn, không sinh bào tử, thƣờng kết lại với nhau
thành chuỗi, không có khả năng tạo màng, có khả năng phát triển đƣợc ở nồng độ
cồn 11% và có thể tích lũy 9,5% axit axetic. Nhiệt độ tối thích cho sinh trƣởng là
34°C [8].
Acetobacter pasteurianus: hình que ngắn, không có khả năng tạo hợp chất 5keto-D-gluconate từ D-glucose, không tạo màng, không phát triển trên môi trƣờng
chứa 30% D-glucose, có khả năng khử nitrate và tích lũy đƣợc 10,3% axit axetic [3,
48].

19


Acetobacter orleamesuse: hình que, hai đầu hơi nhọn, có khả năng tạo màng
trên bề mặt dịch nuôi cấy tĩnh, có khả năng phát triển trên môi trƣờng dịch chứa 1012% cồn và tạo thành 9,5% axit axetic [22].
Gluconacetobacter xylinus: phát triển đƣợc trên môi trƣờng không có mặt axit
axetic, có khả năng tạo màng dày, tích tụ đƣợc 4-5% axit axetic [3].
Acetobacter schuitzenbachi: hình que tƣơng đối dài, các tế bào kết hợp thành
chuỗi, không sinh bào tử, không chuyển động, nhiệt độ sinh trƣởng là 28°C, có khả
năng tạo màng nhƣng không chắc, ứng dụng trong sản xuất dấm theo phƣơng pháp
chìm với sự tích tụ 11,5-12% axit axetic [5].
Acetobacter curvum: tƣơng tự Acetobacter schuitzenbachi, có khả năng tạo axit
cao, nhiệt độ phát triển tốt 35-37°C và duy trì 32-34°C trong quá trình lên men [3].
Gluconacetobacter europaeus: có khả năng lên men đạt 10% axit axetic và đƣợc
sử dụng phổ biến trong lên men dấm công nghiệp ở Châu Âu [57].

Ngoài 7 chi thông dụng trên, hiện nay Komagataeibacter là một chi đƣợc ứng
dụng nhiều trong lên men chìm. Chi Komagataeibacter là một chi mới công bố năm
2012 trong hệ thống cây phân loại vi khuẩn acetic; đƣợc thiết lập trên cơ sở tách ra
một số loài thuộc chi Gluconacetobacter dựa trên các mối quan hệ phát sinh loài rút
ra từ các trình tự gen rARN 16s, kiểu hình, đặc điểm sinh thái học và sự khác biệt
của trình tự axit amin trong protein. Chi Komagataeibacter đƣợc đặc trƣng về hình
thái là không có khả năng di chuyển, sinh lý và sinh hóa bằng việc sản xuất axit
axetic từ etanol, trong điều kiện môi trƣờng hết cồn có khả năng oxy hóa axit axetic
thành cacbon dioxit và nƣớc; đồng thời không có khả năng tạo hợp chất 2,5-diketoD-gluconate từ D-glucose. Những chủng thuộc chi Komagataeibacter chủ yếu đƣợc
phân lập từ dấm, màng dấm, Kombucha, trái cây và nƣớc ép trái cây. [55]

1.3.

QUÁ TRÌNH LÊN MEN SẢN XUẤT DẤM

1.3.1. Quá trình lên men axit axetic

20


Quá trình lên men axetic trong sản xuất dấm thực chất là quá trình oxy hóa
ethanol thành axit axetic trong điều kiện hiếu khí bởi vi khuẩn axetic. Năm 1861,
Louis Pasteur là ngƣời đầu tiên đã khám phá ra cơ chế của quá trình lên men axetic
bởi chủng Mycoderma aceti [34]:
Thực chất của quá trình này bao gồm 3 giai đoạn cơ bản sau:
2CH3CH2OH

+ O2



2CH3CHO

Ethanol
CH3CHO

+ 2H2O

Acetaldehyde
+

H 2O



CH3CH(OH)2
Hydrat của acetaldehyde

2CH3CH(OH)2

+ O2



2CH3COOH + 2H2O

Phƣơng trình tổng quát: CH3CH2OH + O2



CH3COOH + H2O + 117Kcal

Đến nay, quá trình lên men sinh tổng hợp axit axetic từ nguồn cơ chất ethanol
bởi vi khuẩn axetic đã đƣợc khái quát một cách cụ thể. Thực chất, đó là quá trình
oxy hóa không hoàn toàn ethanol trong điều kiện hiếu khí bắt buộc dƣới tác dụng
của hệ enzym dehydrogenase. Quá trình tổng hợp axit axetic từ ethanol bao gồm
các phản ứng sau:

Hình 1.4. Cơ chế lên men axit axetic của Louis Pasteur.
Phản ứng đầu tiên là quá trình oxy hóa ethanol thành acetaldehyde do xúc tác
của enzym alcohol dehydrogenase (AlDH). Tiếp theo, acetaldehyde dehydrogenase
(AcDH) oxy hóa acetaldehyde thành axit axetic bởi xúc tác của enzym aldehyde

21


dehydrogenase (Hình 1.5). Trong đó, có thể xảy ra bƣớc trung gian với sự hình
thành hydrat của acetaldehyde. Oxy đƣợc coi là chất nhận điện tử cuối cùng trong
quá trình chuyển hóa. Khi quá trình chuyển hóa ethanol thành axit axetic đạt đến
cân bằng thì hàm lƣợng axit axetic tạo thành tỷ lệ với hàm lƣợng ethanol trong môi
trƣờng ban đầu. Chỉ có một lƣợng rất nhỏ cacbon từ ethanol sử dụng cho sự phát
triển sinh khối và chuyển hóa thành một số sản phẩm khác [22].

Hình 1.5. Quá trình chuyển hóa ethanol thành axit axetic bởi vi khuẩn axetic.

Hình 1.6. Phản ứng enzym xảy ra trong quá trình chuyển hóa ethanol thành axit
axetic.
Quá trình chuyển hóa ethanol của vi khuẩn axetic xảy ra trong điều kiện hiếu khí
bắt buộc và đƣợc thực hiện trong tế bào chất, không gian chu chất và màng tế bào
chất. Bên cạnh sản phẩm tạo thành là axit axetic, quá trình chuyển hóa còn giải

phóng ra năng lƣợng. Tuy nhiên, trƣờng hợp này không phải quá trình phosphorin
22


hóa mức độ cơ chất mà là các phản ứng oxy hóa kết hợp với chuỗi hô hấp giải
phóng ra năng lƣợng dƣới dạng ATP theo con đƣờng vận chuyển điện tử và các
phản ứng oxy hóa phosphorin hóa.
Hai enzym liên quan trực tiếp đến quá trình lên men axit axetic là AlDH và
AcDH đều có thành phần co-factor là pyrroloquinoline quinone (PQQ) đóng vai trò
là chất nhận điện tử. Sau đó, PQQ dạng khử chuyển các electron trên chuỗi hô hấp
cho oxy và oxy là chất nhận điện tử cuối cùng (hình 1.6).

Hình 1.7. Quá trình oxy hóa ethanol và đồng hóa acetat qua màng tế bào chất.
Enzym AlDH và AcDH vừa xúc tác cho phản ứng tách H+ trực tiếp từ cơ chất
vừa có khả năng xúc tác cho phản ứng theo chiều ngƣợc lại vận chuyển H+ đến cơ
chất. AcDH đóng vai trò chất nhận điện tử đầu tiên trong chuỗi các phản ứng oxy
hóa và đảm nhận vai trò chuyển điện tử tới cytochrom trên chuỗi hô hấp. Các
enzym này trên màng tế bào chất, hƣớng vào bên trong chu chất. Vì vậy, các phản
ứng oxy hóa ethanol và acetaldehyde diễn ra chủ yếu ở chu chất. Phần lớn ethanol
từ môi trƣờng đƣợc hấp thụ qua lớp màng ngoài tới không gian chu chất, đƣợc
chuyển hóa thành axit axetic nhờ xúc tác của các enzym AlDH và AcDH. Sản phẩm

23


axit axetic sinh ra đƣợc khuếch tán ra ngoài môi trƣờng, một phần nhỏ tích tụ trong
tế bào chất và không gian chu chất (Hình 1.7) [22].
Ngoài ra, ethanol cũng có thể đƣợc hấp thụ qua màng tế bào chất và diễn ra quá
trình oxy hóa bên trong tế bào chất bởi các enzym AlDH và AcDH. Ở bên trong tế
bào chất, hai enzym này đều chứa thành phần co-factor là NAD hoặc NADP+ xúc

tác cho quá trình oxy hóa ethanol thành acetaldehyde và axit axetic. Tuy nhiên, hoạt
tính của các enzym có Co-factor là NAD hoặc NADP+ nhỏ hơn khoảng 300 lần hoạt
tính của các enzym chứa Co-factor là PQQ. Đồng thời, pH tối ƣu cho quá trình xúc
tác của AlDH và AcDH chứa PQQ là pH=4-5, trong khi đó pH tối ƣu của AlDH và
AcDH chứa NAD là pH=7. Vì vậy, quá trình chuyển hóa ethanol thành axit axetic
diễn ra ở trong tế bào chất ít hơn rất nhiều so với ở chu chất.
Bên cạnh quá trình lên men axit axetic, sự có mặt của một số rƣợu bậc một, rƣợu
bậc 2, rƣợu đa chức (propanol, isopropanol, glycerol) trong dịch lên men có thể bị
oxy hóa và chuyển hóa thành các axit, các ketone và các hợp chất hữu cơ khác bởi
hệ enzyme dehydrogenase. Một số hợp chất dễ bay hơi nhƣ ethane, acetaldehyte,
ethyl formate, ethyl acetate, isopentyl acetate, butanol, methyl butanol, 3-hydroxy
2-butanol có vai trò quan trọng trong hình thành hƣơng vị, màu sắc và các tính chất
đặc trƣng của dấm. Tuy nhiên, thành phần và tỷ lệ các hợp chất hữu cơ đặc biệt này
phụ thuộc nhiều vào nguyên liệu sản xuất dấm [43].
Đến nay, thành phần của các enzym tham gia vào quá trình oxy hóa ethanol bởi
vi khuẩn Acetobacter và Gluconacetobacter ứng dụng trong sản xuất dấm đã đƣợc
công bố. Hai enzym AcDH và AlDH tồn tại trên màng tế bào chất, hƣớng ra phía
không gian chu chất. AcDH của Acetobacter aceti gồm phức hợp của các giới đơn
vị protein có khối lƣợng mol phân tử là: 72, 45 và 15 kDa; của Acetobacter
pasteurianus là 78, 48 và 20 kDa. Trong đó, giới đơn vị protein lớn nhất là Heme c
và chứa một pyrroloquinoline quinone PQQ đóng vai trò là thành phần cofactor của
enzym, ion Ca2+ cần thiết cho quá trình hoạt hóa của enzym này; giới đơn vị protein
enzym thứ 2 là cytochrome c; giới đơn nhỏ nhất đóng vai trò bảo vệ các giới đơn vị
24


khác khỏi quá trình thủy phân protein và duy trì dạng thái hình thể của phức hợp
AcDH trong quá trình vận chuyển electron trên bề mặt chu chất. Phức hợp enzym
AcDH và AlDH của loài Ga.europaeus lần lƣợt gồm 2 và 3 giới đơn vị: giới đơn vị
lớn nhất của AcDH gồm heme c và 1 phân tử PQQ đóng vai trò co-factor, trái lại

giới đơn vị thứ 2 của AcDH chỉ chứa cytochrome c; AlDH gồm: dƣới đơn vị protein
lớn nhất có khối lƣợng 84 kDa chứa hem b và molybdopterin, dƣới đơn vị protein
thứ hai có khối lƣợng 49 kDa chứa 1 heme c liên kết với 3 heme-c và giới đơn vị
nhỏ nhất là 17 kDa chứa 2 búi liên kết 2Fe-2S [35].

1.3.2. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình lên men axit axetic
a. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến sự phát triển của vi sinh vật. Quá
trình lên men dấm là sự oxy hóa ethanol thành axit axetic bởi sự tham gia của các
chủng vi khuẩn thuộc họ Acetobacteraceae, thuộc nhóm vi khuẩn ƣa ấm (20-40oC)
với nhiệt độ phát triển thích hợp nhất 25-32oC [8]. Tuy nhiên, ở nhiệt độ thấp quá
hoặc cao có thể gây ức chế sự sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật nói chung và
vi khuẩn axetic nói riêng. Chẳng hạn, nghiên cứu ở nhiệt độ thấp hơn 8oC không
nhận thấy sự phát triển của chủng Acetobacter axetic, khoảng nhiệt độ trên 35oC bắt
đầu gây kìm hãm sự phát triển của chủng vi khuẩn này [50]. Bên cạnh việc gây ức
chế sự phát triển của vi sinh vật, nhiệt độ cao còn làm giảm hiệu suất lên men do sự
tổn thất ethanol và axit axetic do quá trình bay hơi. Vì vậy, nhiệt độ là một yếu tố
quan trọng ảnh hƣởng đến quá trình lên men dấm [22].
Một số nghiên cứu đã tổng kết, quá trình lên men sản xuất dấm ở nhiệt độ tối ƣu
trong khoảng 28-32oC [22]. Tuy nhiên, tùy thuộc vào từng giống, loài mà nhiệt độ
phát triển và nhiệt độ lên men thích hợp của các chủng vi khuẩn có sự khác nhau
đôi chút. Chẳng hạn, loài Acetobacter axetic thích hợp 30,9oC, Acetobacter
schutzenbachii lên men tối ƣu ở 29oC, Acetobacter senegalenis sp.nov ở 35oC và đạt
8% axit axetic, Acetobacter kutzinggianum lên men ở 35-37oC. Một số chủng

25