công nghệ sản xuất acid acetic

Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

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

Đề tài : Công nghệ sản xuất Acid Acetic

GVHD: Liêu Mỹ Đông
Nhớm SV thực hiện:Nhóm 5
Danh sách sinh viên:
Họ tên
MSSV
1.Ngô Thị Thúy
2205162062
2.Nguyễn Ngô Thanh Trúc
2205162069
3. Nguyễn Thị Hằng
22051620
4.Võ Thị Hiền
2205162010
5.Trương Thị Hoài Thơ
2205162053
6.Danh Thị Ngọc Thắm
22051620
7.Nguyễn Thị Kim Phương
22051620

Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 0


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

Mục lục
I.

Giới thiệu chung.................................................................................................................................4
1.1.

Khái niệm về acid acetic............................................................................................................4

1.2.

Lịch sử phát hiện acid acetic.....................................................................................................5

1.3.

Tính chất vật lý và hóa học của Acid Acetic.............................................................................6

1.4.

Các phản ứng hóa học...............................................................................................................7

1.5.

Các phương pháp sản xuất acid acetic.....................................................................................8

1.6.

Cacbonyl hóa -ram--nol.............................................................................................................9

1.7.

Oxy hóa axetaldehyt................................................................................................................10

1.8.

Oxy hóa etylen..........................................................................................................................10

1.9.

Lên men oxy hóa......................................................................................................................11

1.10.

Lên men kỵ khí.....................................................................................................................12

1.11.

Các chủng vi sinh vật sử dụng để lên men.........................................................................12

II.

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men giấm:...................................................................16

2.1.

Ảnh hưởng của nồng độ rượu:................................................................................................16

2.2.

Ảnh hưởng của chủng vi sinh vật...........................................................................................16

2.3.

Ảnh hưởng của Oxy.................................................................................................................17

2.4.

Ảnh hưởng nhiệt độ.................................................................................................................17

2.5.

Ảnh hưởng của nồng độ acetic và pH ....................................................................................17

2.6.

Môi trường dinh dưỡng...........................................................................................................18

III.

Phương pháp lên men chậm........................................................................................................18

3.1.

Nguyên liệu sản xuất : nước nho.............................................................................................18

3.2.

Cách tiến hành lên men:..........................................................................................................18

IV.

Phương pháp lên men nhanh (phương pháp Đức)....................................................................19

4.1.

Cấu tạo......................................................................................................................................19

4.2.

Cách tiến hành:........................................................................................................................20

4.3.

Ưu điểm của phương pháp:.....................................................................................................21

4.4.

Nhược điểm của phương pháp:...............................................................................................21

V. Một số dạng hư hỏng thường gặp trong quá trình lên men:............................................................21
5.1.

Giấm bị đục và giảm độ chua:................................................................................................21

5.2.

Bọ giấm:....................................................................................................................................21

5.3.

Ruồi giấm.................................................................................................................................22

Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 1


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

I. Giới thiệu chung
1.1. Khái niệm về acid acetic.
Acid acetic hay còn gọi là etanoic, là một axit hữu cơ (axit cacboxylic), mạnh hơn axit
cacbonic. Phân tử gồm nhóm methyl (-CH3) liên kết với nhóm carboxyl (-COOH).
Giấm là tên thông dụng nhất của Acid Acetic được nhiều người biết, sử dụng hàng ngày,
giấm là acid acetic nồng độ từ 2–6%.

Hình 1.1 Cấu tạo phân tử Acid Acetic
Giấm là một chất lỏng có tính axit sản xuất từ sự lên men của ethanol ,giấm được làm từ sự lên
men của các chất có chứa tinh bột và đường, ethanol là kết quả đầu tiên của quá trình lên men
đường sau đó bị oxi hóa thành acid acetic bởi vi khuẩn acid acetic. Vi khuẩn acetobacter là tác
nhân chính trong quá trình lên men acetic, mùi thơm đặc trưng, màu trắng đục hoặc hơi vàng,

dấm có pH từ 2.4 - 3.4, chủ yếu là acid acetic, ngoài ra còn chứa một ít đường, protein,…
Giấm gạo hay còn gọi là giấm cất, dùng lương thực, ngủ quả, đường làm nguyên liệu chính
nhờ quá trình lên men của vi khuẩn acetic. Tùy theo vùng nguyên liệu ở mỗi nước khác nhau sẽ
cho ra các loại giấm mang hương vị đặc trưng từng vùng miền.
Giấm pha chế hay còn gọi là giấm hóa học được sản xuất dựa trên nguyên liệu chính là acid
acetic tinh luyện, pha thêm nước mà thành, không có thêm thành phần dinh dưỡng khác loại này
thường dùng trong công nghiệp luyện kim hoặc sát khuẩn.

Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 2


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

Hình 1.2 Các loại giấm thông dụng
1.2.

Lịch sử phát hiện acid acetic.

Acid acetic được biết đến từ giấm khi cho bia và rượu vang tiếp xúc với không khí, phương pháp
sản xuất acid acetic từ vi khuẩn này vẫn được sử dụng trên toàn cầu cho đến ngày nay. Việc sử
dụng acid acetic trong thuật giả kim kéo dài cho đến thế kỉ 3 TCN, khi nhà triết học Hy
Lạp Theophrastus miêu tả cách mà giấm phản ứng với các kim loại tạo ra các chất nhuộm được
sử dụng trong nghệ thuật, như chì trắng (chì cacbonat) và verdigris (xanh gỉ đồng), một hỗn hợp
của các muối đồng màu xanh gồm đồng(II) axetat. Người La Mã cổ đại đung rượu chua trong
các chậu chì tạo ra một loại xi-rô rất ngọt gọi là sapa. Sapa chứa nhiều chì axetat, một chất ngọt
cũng gọi là đường chì (sugar of lead) hoặc đường của Saturn, đã làm nhiễm độc chì trong giới

quý tộc La Mã.
Trong thế kỷ thứ 8, Jabir Ibn Hayyan (Geber) là người đầu tiên cô đọng acid acetic từ giấm
bằng cách chưng cất. Trong thời Phục Hưng, acid acetic băng được điều chế bằng cách chưng cất
khô các axetat kim loại nhất định (loại phổ biến nhất là đồng(II) axetat). Nhà giả kim thuật Đức
thế kỷ thứ 16 Andreas Libavius đã miêu tả cách chưng cất như thế, và ông đã so sánh acid acetic
tạo ra bằng phương pháp này với từ giấm. Sự có mặt của nước trong giấm đã làm ảnh hưởng đến
tính chất của acid acetic mà đối với các nhà hóa học trong vài thế kỷ đã cho rằng acid acetic băng
và acid acetic trong giấm là hai chất khác nhau. Nhà hóa học Pháp Pierre Adet đã chứng minh
rằng chúng là mộtt.
Năm 1847, nhà hóa học Đức Hermann Kolbe lần đầu tiên đã tổng hợp acid acetic từ các vật
liệu vô cơ. Chuỗi phản ứng này gồm quá trình clo hóa cacbon đisulfua thành cacbon tetraclorua,
Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 3


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

sau đó là quá trình nhiệt phân thành tetracloretylen và clo hóa trong nước tạo thành axit
tricloraxetic, và cuối cùng là phản ứng oxy hóa khử vô cơ bằng cách điện phân tạo thành acid
acetic.
Năm 1910, hầu hết các acid acetic được sản xuất từ việc chưng cất gỗ từ sản phẩm trung gian
là rượu chưng cất từ gỗ. Loại rượu này cho tác dụng với canxi hydroxit tạo ra canxi axetat, sau
đó cho canxi axetat tác dụng với axit sulfuric thu được axit axetic. Lúc này, Đức sản xuất khoảng
10.000 tấn axit aetic băng, khoảng 30% số này được sản xuất thuốc nhuộm indigo.
1.3.

Tính chất vật lý và hóa học của Acid Acetic

Acetic acid CH3COOH là chất lỏng, không màu, vị chua, tan vô hạn trong nước.
Nguyên tử hidro (H) trong nhóm carboxyl (−COOH) trong các axit cacboylic như axit axetic
có thể cung cấp một ion H+ (proton), làm cho chúng có tính chất axit. Axit axetic là một axit yếu,
thuộc nhóm axit monoprotic, có Ka bằng 4,75. Nó tạo ra gốc liên kết là axetat (CH3COO−). Dung
dịch 1,0 M (tương đương nồng độ giấm gia đình) có pH là 2,4, cho thấy chỉ 0,44% các phân tử
axit axetic bị phân ly.

Hình 1.3 Sự phân ly của Acid Acetic
Liên kết hai phân tử acid acetic, đường đứt nét thể hiện các liên kết hydro
Cấu trúc tinh thể của acid acetic cho thấy các phân tử nhị trùng liên kết bởi các liên kết
hiđrô. Các chất nhị trùng cũng có thể được phát hiện ở dạng hơi ở 120 °C. Chúng cũng có mặt
trong pha lỏng trong các dung dịch loãng trong các dung môi không có liên kết hydro, và một
mức độ nhất định trong axit axetic tinh khiết, nhưng bị phá vỡ trong các dung môi có liên kết
hydro. Enthalpy phân ly của các chất này ước tính khoảng 65,0–66,0 kJ/mol, và entropy phân ly
Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 4


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

khoảng 154–157 J mol−1 K−1 .Cách thức nhị trùng này cũng có thể hiện ở các axit cacboxylyc
thấp hơn khác.
Acid acetic lỏng là dung môi protic dính ướt (phân tử phân cực), tương tự như ethanol và nước.
Với hằng số điện môi trung bình khoảng 6,2, nó có thể hoà tan không chỉ trong các hợp chất
phân cực như các muối vô cơ và các loại đường mà nó còn có khả năng hòa tan trong các hợp
chất không phân cực như dầu, và các nguyên tố như lưu huỳnh và iốt. Nó cũng có thể hòa trộn

với các dung môi phân cực và không phân cực khác như nước, chloroform, và hexan. Đối với
các ankan cao phân tử (từ octan trở lên) axit axetic không có khả năng trộn lẫn một cách hoàn
toàn, và khả năng trộn lẫn tiếp tục giảm khi số n-ankan càng lớn. Tính chất hòa tan và độ trộn lẫn
của acid acetic làm cho nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.
1.4.

Các phản ứng hóa học

Acid acetic có thể ăn mòn các kim loại như sắt, mangan và kẽm sinh ra khí hydro và các muối
kim loại tương ứng gọi là các axetat. Nhôm khi tiếp xúc với oxy sẽ tạo thành một màng
mỏng nhôm oxit trên bề mặt làm ramn có khả năng chống lại một cách tương đối sự ăn mòn của
axit, điều này cho phép các bình chứa bằng nhôm có thể dùng để vận chuyển acid acetic. Các
axetat kim loại cũng có thể được điều chế từ acid acetic và một bazo tương ứng, như phản ứng
phổ biến là “natri bicacbonat + giấm”. Chỉ trừ crôm(II) axetat, thì hầu hết các axetat còn lại đều
có thể hòa tan trong nước.
Mg(r) + 2 CH3COOH(l) → (CH3COO)2Mg(dd) + H2(k)
NaHCO3I + CH3COOH(dd) → CH3COONa(dd) + CO2(k) + H2O(l)

Axit axetic có thể tạo các phản ứng hóa học đặc trưng của nhóm axit cacboxylic như tạo ra
nước và ethanoat kim loại khi phản ứng với kiềm; tạo ra ethanoat kim loại khi phản ứng với kim
loại;

và

tạo

ra

ethanoat

kim

loại,

nước

và cacbon

dioxit khi

phản

ứng

với

các cacbonat và bicacbonat. Phản ứng đặc trưng nhất là tạo thành ethanol, và tạo thành các dẫn
Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 5


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

xuất như axetyl clorua bằng cách thay thế nhóm –OH bởi –Cl. Các dẫn xuất thay thế khác
như anhydrit axetic; anhydrit này được tạo ra theo phản ứng trùng ngưng rách phân tử nước từ
hai phân tử của axit axetic. Các este của axit axetic tương tự có thể được tạo ra bởi este hóa, và
các amit. Khi nung trên 440 °C, axit axetic phân hủy tạo ra cacbon dioxit và metan, hoặc tạo

ra ethenon và nước.
Acid acetic có thể được nhận biết bởi mùi đặc trưng của nó. Phản ứng biến đổi màu đối với các
muối của axit axetic là cho tác dụng với dung dịch sắt(III) clorua, phản ứng này tạo ra màu đỏ
đậm sau khi axit hóa. Khi nung nóng các axetat với arsen trioxit tạo ra cacodyl oxit, chất này có
thể được nhận biết bởi các hơi có mùi hôi.
1.5.

Các phương pháp sản xuất acid acetic.

Acid acetic được sản xuất theo cả hai phương pháp sinh học và tổng hợp. Ngày nay, lượng axit
sản xuất theo phương pháp sinh học chỉ chiếm khoảng 10% sản lượng thế giới, nhưng nó vẫn là
một phương pháp quan trọng dùng để sản xuất giấm, theo các luật về độ tinh khiết thực phẩm ở
một số quốc gia quy định rằng giấm sử dụng trong thực phẩm phải có nguồn gốc từ sinh học.
Khoảng 75% axit axetic được sản xuất công nghiệp được dùng để sản xuất theo phương pháp
cacbonyl hóa ramnol. Khoảng 15% còn lại được sản xuất từ các phương pháp thay thế khác.
Tổng sản lượng axit axetic giấm ước tính khoảng 5 triệu tấn/năm, khoảng nửa trong số đó được
sản xuất ở Hoa Kỳ. Sản lượng ở châu Âu khoảng 1 triệu tấn/năm và đang giảm, trong khi đó
Nhật Bản sản xuất khoảng 0,7 triệu tấn/năm. Khoảng 1,5 triệu tấn được tái chế hàng năm, nâng
tổng sản lượng trên thị trướng thế giới lên 6,5 triệu tấn/năm. Hai nhà sản xuất acid acetic giấm
lớn nhất là Celanese và Công ty hóa BP. Các nhà sản xuất lớn khác như Millennium Chemicals,
Sterling Chemicals, Samsung, Eastman, và Svensk Etanolkemi.
1.6.

Cacbonyl hóa -ram--nol

Hầu hết acid acetic giấm được sản xuất bằng phương pháp cacbonyl hóa -ram--nol. Trong quy
trình này, -ram--nol và cacbon monoxit phản ứng với nhau tạo ra axit aextic theo phương trình:
CH3OH + CO → CH3COOH
Quá trình này liên quan đến chất trung gian iodometan, và diễn ra theo 3 bước. Chất xúc tác,
thường là phức chất kim loại, được dùng trong bước 2.

Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 6


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

1.

CH3OH + HI → CH3I + H2O

2.

CH3I + CO → CH3COI

3.

CH3COI + H2O → CH3COOH + HI
Bằng cách theo thế các điều kiện phản ứng, -ram--nol- axetic cũng có thể được tạo ra trong từ

các vật liệu này. Bởi vì cả -ram-nol và cacbon monoxit đều là các hàng hóa nguyên liệu,
cacbonyl hóa -ram--nol trong một thời gian dài là phương pháp sản xuất axit axetic được ưa
chuộng. Henry Drefyus ở British Celanese đã xây dựng một nhà máy sản xuất theo phương pháp
này vào năm 1925. Tuy nhiên do thiếu các vật liệu có thể chứa các hợp chất gây ăn mòn ở áp
suất cao (khoảng 200 atm hoặc hơn) đã không được khuyến khích thương mại hóa phương pháp
này. Phương pháp cacbonyl hóa ramnol thương mại đầu tiên, sử dụng chất xúc tác coban, đã
được công ty hóa chất Đức BASF phát triển năm 1963. Năm 1968, chất xúc tác gốc rhodi (cis−
[Rh(CO)2I2]−) được phát hiện có thể vận hành một cách hiệu phả ở áp suất thấp mà hầu như

không có sản phẩm phụ.

Nhà máy đầu tiên cử dụng chất xúc tác này được công ty hóa chất

Hoa Kỳ Monsanto xây dựng năm 1970, và cacbonyl hóa -ram--nol với xúc tác rhodi trở thành
một phương pháp phổ biến dùng để sản xuất (xem công nghệ Monsanto). Vào cuối thập niên
1990, Công ty hóa chất BP thương mại hóa chất xúc tác Cativa ([Ir(CO)2I2]−), được chết từ
rutheni. Công nghệ Cativadùng chất xúc tác iridi này sạch hơn và hiệu quả hơn và đã thay thế
phần lớn công nghệ Monsanto, thường dùng trong cùng một nhà máy sản xuất.
1.7.

Oxy hóa axetaldehyt

Trước khi thương mại hóa công nghệ Monsanto, hầu hết acid acetic được sản xuất bằng cách
oxy hóa axetaldehyt. Phương pháp này là phương pháp quan trọng thứ hai vẫn còn được sử dụng
mặc dù nó không thể cạnh tranh với phương pháp carbonyl hóa ramnol.
Axetaldehyt có thể được sản xuất bằng cách oxy hóa butan hoặc naphtha nhẹ, hoặc hydrat hóa
etylen. Khi butan hoặc naphtha nhẹ được nung nó trong không khí có mặt các ion kim loại khác
nhau như mangan, coban, và crom, peroxit và sau đó phân hủy tạo ra axit axetic theo phương
trình phản ứng:
2C4H10 + 5O2 → 4CH3COOH + 2 H2O
Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 7


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

Phản ứng đặc trưng là sự kết hợp của nhiệt độ và áp suất được đều chỉnh sau cho đủ nóng để có
thể giữ butan ở dạng lỏng. Các điều kiện phản ứng đặc trưng là 150 °C và 55atm. Các sản phẩm
phụ cũng có thể được tạo ra, như butanon, etyl axetat, axit formic, và axit propionic. Các sản
phẩm này cũng có giá trị thương mại, và các điều kiện phản ứng có thể được thay thế để tạo ra số
lượng sản phẩm nhiều hơn. Tuy nhiên, việc phân tách axit axetic ra khỏi hỗn hợp này làm cho
phương pháp này khá tốn kém.
Cùng các điều kiện và sử dụng các chất xúc tác tương tự trong việc oxy hóa butan, axetaldehyt
có thể bị oxy hóa bởi oxy trong không khí tạo ra axit axetic:
2 CH3CHO + O2 → 2 CH3COOH
Sử dụng các chất xúc tác hiện đại, phản ứng này có thể tạo ra acid acetic hơn 95%. Các sản
phẩm phụ là etyl axetat, axit formic, và formaldehyt đều có điểm sôi thấp hơn acid acetic nên sẽ
dễ tách chúng ra bằng cách chưng cất.
1.8.

Oxy hóa etylen

Axetaldehyt có thể được điều chế từ etylen theo phản ứng Wacker, và sau đó oxy hóa như nên
bên dưới. Trong thời gian gần đây, việc chuyển đổi etylen thành acid acetic qua theo một bước,
chi phí rẻ hơn đã được công ty Showa Denko thương mại hóa, công ty này đã xây dựng một nhà
máy oxy hóa etylen ở Ōita, Nhật Bản năm 1997. Quá trình này sử dụng chất xúc tác là kim loại
palladi với sự hỗ trợ của axit heteropoly như axit tungstosilicic. Nó được xem là một phương
pháp có thể cạnh tranh với phương pháp carbonyl hóa ramnol đối với các nhà máy nhỏ hơn
(100–250 ngàn tấn/năm), tùy thuộc vào giá địa phương của etylen.
1.9.

Lên men oxy hóa

Trong lịch sử nhân loại, axit axetic, ở dạng giấm, đã được tạo ra từ các vi khuẩn acid acetic
thuộc chi Acetobacter. Khi cung cấp đủ oxy, các vi khuẩn này có thể tạo ra giấm từ các thực
phẩm sinh cồn khác nhau. Các loại được sử dụng như rượu táo, rượu vang, và các loại ngũ cốc,

gạo, mạch nha hoặc khoai tây lên men. Phản ứng hóa học chung nhất do các vi khuẩn thực hiện
là:
C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O

Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 8


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

Dung dịch rượu loãng trộn với Acetobacter và giữ ở nơi thoáng khí, ấm sẽ tạo ra giấm trong
vòng vài tháng. Các phương pháp sản xuất giấm công nghiệp, người ta tăng tốc độ phản ứng
bằng cách cung cấp nhiều oxy cho vi khuẩn.
Các lô giấm đầu tiên được sản xuất bằng phương pháp lên men có thể là lỗi trong quá trình làm
rượu vang. Nếu hèm rượu nho được lên men ở nhiệt độ quá cao, acetobacter sẽ phát triển lấn án
nấm men có mặt tự nhiên trong nho. Vì nhu cầu giấm cho mục đích ẩm thực, y tế, và vệ sinh gia
tăng, những người bán rượu nho học nhanh chóng cách sử dụng các vật liệu vô cơ khác để sản
xuất giấm trong các tháng hè nóng trước khi nho đã chính và sẵn sàng để sản xuất rượu vang.
Phương pháp này chậm, tuy nhiên, không phải lúc nào cũng thành công, khi những người bán
rượu không hiểu quá trình này.
Một trong những công nghệ thương mại hiện đại đầu tiên là “phương pháp nhanh” hoặc
“phương pháp Đức”, đã được ứng dụng ở Đức năm 1823. Trong phương pháp này, quá trình lên
men diễn ra trong một tháp bọc bằng gỗ bào hoặc than. Các chất cung cấp cồn được cung cấp từ
trên đỉnh tháp, và không khí sạch được cung cấp từ dưới lên bằng thông khí tự nhiên hoặc bơn
đối lưu. Việc cung cấp không khí được cải thiên trong quá trình này làm giảm bớt thời gian điều
chế giấm từ vài tháng còn vài tuần.
Ngày nay, hầu hết giấm được sản xuất trong các thùng để ngầm được Otto Hromatka và

Heinrich Ebner sử dụng đầu tiên năm 1949. Trong phương pháp này, rượu được lên men thành
giấm trong bồn được đảo liên tục, và oxy được cung cấp bằng cách thổi bọt khí qua dung dịch.
Sử dụng các ứng dụng hiện đại của phương pháp này, giấm chứa 15% axit axetic có thể được đều
chế trong vòng 24 giờ, thậm chí đạt được độ giấm 20% trong vòng 60 giờ.
1.10. Lên men kỵ khí
Các loài vi khuẩn kỵ khí bao gồm cả thuộc chi Clostridium, có thể chuyển đổi đường thành axit
axetic một cách trực tiếp mà không cần phải qua bước trung gian là tạo thành etanol. Phản ứng
chung mà các vi khuẩn thực hiện có thể được biểu diễn:
C6H12O6 → 3 CH3COOH
Trên quan điểm của một nhà hóa học công nghiệp, một điểm đáng chú ý là các vi khuẩn
acetogen có thể tạo ra axit axetic từ các hợp chất chứa 1 cacbon , cacbon monoxit, hay hỗn hợp
của cacbon dioxit và hydro:
Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 9


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

2 CO2 + 4 H2 → CH3COOH + 2 H2O
Khả năng Clostridium chuyển hóa trực tiếp các loại đường hoặc tạo ra acid acetic với chi phí
đầu vào thấp, có nghĩa rằng các vi khuẩn này có thể có khả năng tạo ra axit axetic hiệu quả hơn
phương pháp oxy hóa etanol như Acetobacter. Tuy nhiên, vi khuẩn Clostridium ít chịu axit hơn
Acetobacter. Ngay cả hầu hết các chủng Clostridium chịu axit nhất có thể tạo ra giấm chỉ đạt vài
phần trăm acid acetic, so với các chủng Acetobacter có thể tạo ra giấm với nồng độ axit lên đến
hơn 20%. Hiện tại, chi phí để sản xuất giấm bằng Acetobacter vẫn cao hơn dùng Clostridium và
sau đó tách nó. Kết quả là, mặc dù vi khuẩn acetogenic đã được biết đến rộng rãi từ năm 1940,
việc sử dụng ở quy mô công nghiệp của loại vi khuẩn này vẫn còn giới hạn trong một vài ứng

dụng.
1.11. Các chủng vi sinh vật sử dụng để lên men.
Vi khuẩn lactic 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 đến 6,8, pH thích ứng cho sự lên men từ 3,5 đến 4,5.
Chúng gồm các loài sau đây:
a. 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 34 °C, nếu
Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 10


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

nhiệt độ lên quá 40 °C sẽ xảy ra hiện tượng co tế bào và sẽ tạo ra hình quả lê. Thường thấy chúng
phát triển trong bia.

Hình 1.4 Acetobacter aceti.
b. Acetobacter Pasteurianum.
Hình thái giống với Acetobacter acetic nhưng khi nhuộm màu với iot, tế bào sẽ có màu xanh.
Khả năng chịu nồng độ cồn thấp hơn Acetobacter acetic trong điều kiện môi trường thuận lợi
chúng có khả năng tạo được Acid Acetic 5 – 6%.

Hình 1.5. Acetobacter Pasteurianum
c. Acetobacter orleanense
Hình thái vi khuẩn giống với 2 loại vi khuẩn trên nhưng kích thước nhỏ hơn nhiều. Đặc biệt hai
đầu tế bào thường nhỏ lại, nhiều trường hợp người ta nhầm lẫn vi khuẩn này với vi khuẩn kỵ khí
Clostridium. Trong dịch nước cấy chúng thường tạo thành váng rất mỏng trên bề mặt. Váng vi

Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 11


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

khuẩn thường rất chắc, khi nhuộm với I ốt tế bào thường chuyển sang màu vàng. Có khả năng
tồn tại ở nồng độ cồn từ 11 ÷ 12% và tích lũy acid acetic đến 9,5%.
d. Acetobacter schiitzenbachi
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 - 12% acid acetic trong dung dich nuôi cấy.
Nhiệt độ tối thích là 280C.
e. 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 35-37 0C, nâng nhiệt độ quá giới
hạn này giống sẽ phát triển yếu và tạo thành acid kém.
f. Acetobacter suboxydans
Được dùng trong công nghiệp vitamin để sản xuất arscobic (vitamin C).

Hình 1.6 Vi khuẩn Acetobacter Suboxydanst
g. 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 I 2 và H2SO4 thì cho màu xanh.
Chúng tích tụ được 4-5% acid acetic và có nhược điểm là oxi hóa tiếp tục acid acetic thành CO 2
và H2O nên làm giảm hiệu suất thu hồi. Chúng được sử dụng trong ngành sản xuất nước uống lên
men có ga.
Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 12


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

Acetobacter xylinum có bao nhầy cấu tạo bởi cellulose:

Hình 1.5 Vi

khuẩn

Acetobacter

Xylinum tạo

màng nhầy
+

Acetobacter

Kutzin

guanum:

nhộm

I2

thẫm,

tạo

nhầy,không

cho

màu

thành
bền

Khi
xanh
màng

dính

thành bình.

II.
Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men giấm:
2.1. Ảnh hưởng của nồng độ rượu:
Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 13

vào


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

Tùy thuộc vào từng loài,, nồng độ rượu phù hợp cho quá trình lên men từ 6-15%, thường trung
bình là 13%. Khi hết rượu, chúng oxi hóa axit axetic thành CO2 và H2O để cung cấp năng lượng
cho quá trình sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn. Để tránh trường hợp này cần phải kiểm tra
nồng độ rượu thường xuyên để dừng quá trình lên men khi nồng độ rượu còn 0,3- 0,5%.
2.2.

Ảnh hưởng của chủng vi sinh vật

Chủng VSV có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình lên men. Hoạt lực của VSV
trong quá trình lên men quyết định tới hiệu suất chuyển hóa các chất tạo ra sản
phẩm. Vì vậy, để quá trình lên men giấm đạt hiệu quả cao yêu cầu chủng VSV sử

dụng trong quá trình lên men đáp ứng một số yêu cầu:
o Chủng có khả năng chuyển hóa ethylic tốt và tạo acid acetic với hiệu suất cao.
o Chủng có khả năng chịu được độ cồn và acid cao.
o Các tính chất ban đầu được giữ nguyên trong suốt quá trình lên men.
Các điều kiện phân lập, nuôi cấy, bảo quản giống đơn giản không tốn kém nhiều phù
hợp với điều kiện Việt Nam.
2.3.
Ảnh hưởng của Oxy
Sự chuyển hóa etanol thành axit axetic do phản ứng oxy hóa trong đó oxy khí
quyển là chất tiếp nhận hydro. Do vậy, trong sản xuất sự oxy hóa rượu chỉ xảy ra
trong trường hợp nếu vi khuẩn tiếp xúc trực tiếp với oxy không khí. Trong điều
kiện yếm khí thì vi khuẩn lên men giấm sẽ sử dụng cơ chất dinh dưỡng mà không
tạo thành axit axetic. Như vậy, chế độ cung cấp oxy là nhân tố điều chỉnh quá trình
lên men.
2.4.

Ảnh hưởng nhiệt độ

Acetobacter thuộc nhóm ưa ấm, nhiệt độ thích hợp cho chúng là từ 25-32 0C.
Nhiệt độ thấp quá trình lên men xảy ra chậm, nhiệt độ cao ức chế hoạt động và đến
mức độ nào đó sẽ đình chỉ sự sinh sản của tế bào làm tăng sự tổn thất của vi khuẩn
và hiệu suất của quá trình lên men giảm do sự bay hơi của acetic và etylic. Nhiệt độ
thích hợp cho quá trình sản xuất giấm 22-350C, nhiệt độ tối ưu là 23-270C.
1.3.3.4. Ảnh hưởng nồng độ etylic trong dịch lên men.
Etylic được sử dụng như là cơ chất chủ yếu của quá trình lên men giấm với
hàm lượng thích hợp là 5-12% thể tích.
Nồng độ rượu quá cao sẽ ức chế hoạt động của hệ vi khuẩn dẫn tới làm
giảm hiệu suất lên men.
Khi không có etylic để làm cơ chất vi khuẩn axetic lại sử dụng acid acetic
trong môi trường để tiếp tục oxy hóa tạo năng lượng cung cấp cho hoạt động của

chúng, vì vậy làm cho hàm lượng axetic giảm đi. Để tránh hiện tượng oxy hoá tiếp
Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 14


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

tục acid axetic thành CO2 và H2O thì cần có 1 lượng rượu còn lại trong sản phẩm
khoảng 0.3-0.5% so với yêu cầu.
2.5.

Ảnh hưởng của nồng độ acetic và pH .

Trong sản xuất giấm người ta thường cho vào cơ chất ban đầu 1 lượng acid
acetic nhất định để axit hóa môi trường nhằm:
Ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật các loại
Đưa về pH thích hợp cho vi khuẩn hoạt động.
Môi trường pH =3 là thích hợp nhất cho vi khuẩn axetic. Khi nồng độ axetic tăng dần làm cho
pH giảm sẽ hạn chế hoạt động của vi khuẩn.
Nồng độ acid ban đầu khoảng 2-6%. Hàm lượng cao hạn chế sự sinh trưởng
của vi khuẩn và giảm khả năng lên men. Nồng độ acid acetic 8% ức chế hoạt động
của vi khuẩn rất lớn. Nồng độ 12-14% thì vi khuẩn ngừng hoạt động.
2.6.

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
superphotphat, 25g sunfat amon, ngoài ra còn bổ sung thêm một số chất sinh trưởng khác.
III.

Phương pháp lên men chậm
3.1. Nguyên liệu sản xuất : nước nho

Vật chứa lên men: thùng gỗ hình trống, giống thùng lên men ưu vang
Giống vi khuẩn: A. Orleaneuse
-

-

3.2. Cách tiến hành lên men:
Cho acid acetic vào thùng gỗ 1/5 theo thể tích thùng, sau đó cho nước ép nho vào thùng
sao cho tổng thể tích của nước nho và acid acetic đạt ½ thể tích thùng gỗ tiến hành lên
men ở nhiệt độ thường. trong quá trình lên men bề mặt cạnh tường có một lớp váng trắng
đó là lớp tế bào vi khuẩn nổi lên trên bề mặt.
Thời gian lên men thường kéo dài vài ngày khi cạnh tường lên men hàm lương cồn trong
cạnh tường chỉ còn 0.2-0.3% thì kết thúc quá trình lên men. Nồng độ acid acetic lúc này
đạt 5-6% hàm lượng acid acetic lúc này rất thấp, dễ bị oxi hóa tiếp làm giảm độ acid. Vì
thế người ta phải đi thanh trùng và đem tiêu thụ ngay.

Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 15


Ứng dụng công nghệ sinh học

GVHD: Liêu Mỹ Đông

 Ưu điểm: Sản phẩm giấm theo phương pháp này thường rất thơm ngon và dễ sản xuất và
rất phù hợp với ngành chế biến thực phẩm.
 Nhược điểm: nhưng thời gian bảo quản ngắn và thời gian lên men kéo dài, năng suất thấp.
IV.
Phương pháp lên men nhanh (phương pháp Đức)
Phương pháp này tạo được bề mặt tiếp xúc pha giữa lỏng và khí lớn nhờ bổ sung vật liệu
bám trong thiết bị lên măng nên năng suất và hiệu quả cao hơn. Đã khắc phục được nhược
điểm của phương pháp lên men chậm do người Pháp thực hiện.
4.1. Cấu tạo
- Người ta thiết kế những thùng lên men rất lớn, hình trụ, thường có kích thước như sau:
+ Chiều cao thùng 2,5-6m
+ Đường kính đáy thùng là 1,2-3m
-

4.2.

Tỷ lệ đường kính đáy so với chiều cao khoảng 1/2 là thích hợp nhất.
Người ta tạo ra bề mặt tiếp xúc lớn giữa vi khuẩn acetobacter với không khí để thúc đẩy
nhanh hơn quá trình oxy hóa etanol.
Bề mặt được tạo ra bằng cách:Trong thùng được chất đầy phôi bào hay lõi bắp. Phôi bào
hay lõi bắp được xem như chất mang, giữ vi sinh vật trong quá trình lên men. Nhờ đó mà
vi sinh vật không đi theo vào sản phẩm cuối cùng. Ngoài ra, ở đáy thiết bị người ta lắp
đặt một hệ thống phân phối không khí đưa từ dưới lên. Môi trường lên men được đưa từ
trên xuống
Cách tiến hành:

Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 16


Ứng dụng công nghệ sinh học

-

-

-

GVHD: Liêu Mỹ Đông

Đầu tiên người ta dùng acid acetic có nồng độ 3-5% chảy qua lớp phôi bào hay lõi bắp để
vừa có tác dụng thanh trùng vừa có tác dụng axit hóa vật liệu chất mang để giống vi sinh
vật dễ thích nghi trong quá trình lên men.sau đó dùng nước vô trùng rửa qua và nạp giống
vi khuẩn acetic vào. Vi khuẩn acetic sẽ bám vào phôi bào hay lõi bắp.
Tiếp đó người ta cho dòng môi trường từ trên xuống qua hệ thống phân phối như một vòi
hoa sen trong buồng tắm . Môi trường sẽ được phân phối đều và chảy chậm qua thùng lên
men (gọi là generator) bên trong có đồ đẩy vật liệu bám có màng vi khuẩn ở trên bề mặt,
cồn sẽ thẩm thấu vào tế bào vi khuẩn. Cùng lúc đó, không khí đi ngược chiều từ dưới lên
trên và oxi thẩm thấu vào trong tế bào vi khuẩn, dịch lên men được chuyển hóa nhanh
nhờ vi khuẩn. Vi khuẩn sẽ tiến hành oxi hóa rượu thành CH 3COOH. Sao đó CH3COOH sẽ
được thẩm thấu qua màng tế bào ra ngoài và theo dịch xuống đáy thiết bị lên men. Người
ta thu nhận sản phẩm từ đáy thiết bị lên men
Nếu generator đủ cao, điều kiện vận hành được khống chế tốt thì cần cho dịch lên men
qua tháp một lần là có thể thu được giấm đặc ở đáy.
Tuy nhiên, vì thổi khí từ dưới lên nên xảy ra quá trình làm mất rượu etylic và acid acetic
trong quá trình lên men.
Môi trường dùng trong lên men thường có các thành phần sau:

+ Rượu khan:100 lít

Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 17


Ứng dụng công nghệ sinh học

-

GVHD: Liêu Mỹ Đông

+ Glucose : 500g
+ Supephotphat: 5g
+ Carbonate kali: 0,9 g
Hoặc môi trường sau:
+ Rượu khan:100 lít
+ Glucose : 700g
+ Diphotphatphatamon: 125g
+ Diphotphat kali: 50g
+ Sulphatmagie:20g
Quá trình lên men được thực hiện ở nhiệt độ
24-37oC. Thời gian lên men kéo dài 6-10
ngày. Trong trường hợp dịch lên men cuối
cùng chứa lượng acid acetic thấp, người ta
tiến hành tái lên men chúng bằng cách bơm
chúng ngược lại từ trên xuống.

Mô hình thiết bị lên men giấm

4.3.
4.4.
-

Ưu điểm của phương pháp:
Thời gian lên men nhanh
Thiết bị tương đối đơn giản, không cần nhiều thiết bị cho quá trình,năng suất cao, ổn định
Giấm được thu có hàm lượng cao (thường đạt 10 -11-%)
Nhược điểm của phương pháp:
Hiệu suất không cao do mất rượu(C2H5OH) và acid (CH3COOH)
Dùng vật liệu bám phải phù hợp.

V. Một số dạng hư hỏng thường gặp trong quá trình lên men:
5.1. Giấm bị đục và giảm độ chua:
Trong sản xuất giấm, thường xảy ra 2 quá trình oxy hóa:
Quá trình oxy hóa C2H5OH thành CH3COOH là quá trình có lợi cho sản xuất.
Quá trình oxy hóa CH3COOH thành CO2 và H2O là quá trình có hại cho sản xuất. Nguyên
nhân xảy ra quá trình này là do nấm men Mycoderma, A.Xylinum, A. Aceti gây ra hiện
tượng giấm đục và tạo cặn.
5.2. Bọ giấm:



Trong sản xuất giấm, người ta thường thấy 2 loại bọ giấm:


Loại to, màu trắng, có kích thước 0,8 – 1,5 mm.

Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 18


Ứng dụng công nghệ sinh học



GVHD: Liêu Mỹ Đông

Loại nhỏ, màu nâu, có kích thước 0,3 – 0,4 mm.

Bọ giấm làm thay đổi chất lượng của giấm. Nhiều khi bọ giấm xuất hiện với một lượng lớn và ăn
lươn giấm.
5.3.

Ruồi giấm

Ruồi giấm thường có màu nâu đỏ, có kích thước khoảng 2,5 – 3mm. Ruồi giấm thường phát triển
ở phần trên, phần dưới của thiết bị lên men. Chúng làm giảm acid acetic, sinh ra những ấu trùng
ăn vi khuẩn lactic và thường là vật trung gian lây nhiễm các vi sinh vật gây hại giấm. Chúng phát
triển mạnh khi có sự oxy hóa mạnh. Chúng đồng hóa rượu, acetic và các loại vi khuẩn.

Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic

Trang 19