Nghiên cứu lên men Acid Acetic

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
*************
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU LÊN MEN ACID ACETIC
BẰNG DỊCH ÉP TRÁI ĐIỀU
Ngành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Niên khóa: 2001 – 2005
Sinh viên thực hiện: BÙI HOÀNG VĂN
Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 9/2005
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
*************
NGHIÊN CỨU LÊN MEN ACID ACETIC
BẰNG DỊCH ÉP TRÁI ĐIỀU
Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:
TS.TRỊNH VĂN DŨNG BÙI HOÀNG VĂN
Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 9/2005
LỜI CẢM TẠ
Chúng tôi xin chân thành cảm tạ:
- Ban Giám hiệu trường Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ
nhiệm Bộ Môn Công nghệ sinh học, cùng tất cả quý thầy cô đã truyền đạt
kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường.
- TS. Trònh Văn Dũng – giảng viên Trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí
Minh đã hết lòng hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực tập tốt nghiệp.
- Thầy Nguyễn Só Xuân Ân, cùng tất cả thầy cô trong phòng thí nghiệm Bộ
Môn Máy và Thiết bò – Trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh đã hết

lòng giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực tập tại đây.
- Chân thành cảm ơn bạn bè thân yêu của lớp CNSH 27 cùng tất cả các bạn
ngoài lớp đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt trong thời gian thực hiện đề
tài này.
Sinh viên thực hiện
Bùi Hoàng Văn
i
TÓM TẮT
BÙI HOÀNG VĂN, Đại học Nông Lâm TP. Hồ CHí Minh. Tháng 9/2005.
“NGHIÊN CỨU LÊN MEN ACID ACETIC BẰNG DỊCH ÉP TRÁI ĐIỀU”.
Hội đồng hướng dẫn:
TS. TRỊNH VĂN DŨNG
Đề tài thực hiện trên đối tượng là quả điều. Hiện nay, ở nước ta diện tích trồng
điều tăng rất nhanh do nhu cầu về chế biến hạt điều tăng. Nhưng lượng hạt điều
thu hoạch chỉ chiếm khoảng 15%, trong khi 85% còn lại là quả điều thì không được
tận dụng một cách có hiệu quả. Quả điều có hàm lượng đường, khoáng vi lượng, đa
lượng và hàm lượng vitamin rất thích hợp cho lên men. Tuy nhiên, trong quả điều
có chứa lượng tanin lớn (0,2 – 0,4%) ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất
lượng sản phẩm nên cần phải được loại bỏ.
Phương pháp lên men giấm sử dụng trong đề tài là: phương pháp chậm và
phương pháp nhanh. Trong đề tài sẽ khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu
quả lên men trong quá trình sản xuất. Trong phương pháp lên men nhanh có sử
dụng vật liệu bám cho vi khuẩn giấm là phoi gỗ sồi. Tuy nhiên, ở Việt Nam thì
không có gỗ sồi. Cho nên chúng tôi khảo sát khả năng thay thế của thân tre làm
vật liệu bám cho vi khuẩn giấm.
Những kết quả đạt được:
- Hàm lượng gelatin thích hợp nhất để tách tanin ra khỏi dòch ép quả điều là
1,5g/l.
- Hàm lượng tanin có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả lên acid acetic.
- Hàm lượng chất khô (độ Brix) trong dòch lên men thích hợp nhất là 9%.

- Phương pháp lên men nhanh có thời gian lên men ngắn hơn nhiều so với
phương pháp chậm.
- Lưu lượng lỏng thích hợp nhất cho quá trình lên men giấm theo phương pháp
lên men nhanh là 80 ml/phút.
ii
- Khả năng dùng thân tre làm vật liệu bám cho vi khuẩn giấm .
MỤC LỤC
TRANG
Lời cảm ơn.................................................................................................................i
Tóm tắt.....................................................................................................................ii
Mục lục ...................................................................................................................iii
Danh sách các bảng................................................................................................vii
Danh sách các hình và sơ đồ.................................................................................viii
Danh sách các phụ lục...........................................................................................viii
1. MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề........................................................................................................1
1.2 Mục đích, yêu cầu............................................................................................2
2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Tính chất và ứng dụng của acid acetic.............................................................3
2.1.1 Tính chất hóa lý của acid acetic.................................................................3
2.1.1.1 Tính chất vật lý.....................................................................................3
2.1.1.2 Tính chất hóa học..................................................................................3
2.1.2 Ứng dụng của acid acetic............................................................................5
2.1.2.1 Ứng dụng trong ngành cao su................................................................5
2.1.2.2 Ứng dụng trong ngành công nghiệp khác.............................................5
2.1 Các phương pháp sản xuất acid acetic.............................................................6
2.2.1 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hóa học........................................6
2.2.2 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hóa gỗ..........................................7
2.2.3 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp vi sinh..........................................8
2.2.4 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hỗn hợp........................................9

2.2.5 Phân tích – lựa chọn phương pháp sản xuất acid acetic.............................9
2.3 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp vi sinh..............................................11
iii
2.3.1 Quá trình lên men acid acetic...................................................................11
2.3.2 Cơ chế quá trình lên men acid acetic........................................................11
2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men acid acetic.........................12
2.3.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng Oxy..........................................................12
2.3.3.2Ảnh hưởng của nhiệt độ.......................................................................13
2.3.3.3 Hàm lượng acid...................................................................................13
2.3.3.4 Hàm lượng rượu..................................................................................14
2.3.3.5 Các chất dinh dưỡng...........................................................................14
2.3.3.6 Các chất gây độc và các kim loại nặng..............................................15
2.3.3.7 Chất lượng nước pha dòch....................................................................15
2.3.4 Các phương pháp sản xuất acid acetic bằng cách lên men.......................15
2.3.4.1 Phương pháp chậm..............................................................................15
2.3.4.2 Phương pháp nhanh.............................................................................16
2.3.4.3 Phương pháp chìm...............................................................................17
2.3.4.4 Phương pháp tổ hợp............................................................................17
2.3.4.5 Chọn phương pháp lên men................................................................18
2.3.5 Chọn chủng vi khuẩn acid acetic..............................................................18
2.3.6 Nguồn nguyên liệu sản xuất acid acetic...................................................22
2.4 Sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh...............................................22
2.4.1 Các phương pháp sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh..............22
2.4.1.1 Phương pháp trống quay......................................................................22
2.4.1.2 Phương pháp nhúng.............................................................................23
2.4.1.3 Phương pháp dòch chuyển...................................................................23
2.4.1.4 Phương pháp cố đònh...........................................................................24
2.4.2 Chất mang vi khuẩn acid acetic................................................................25
2.4.2.1 Yêu cầu đối với chất mang vi khuẩn acid acetic................................25
2.4.2.2 Lựa chọn chất mang............................................................................25

2.4.3 Sự hình thành và phát triển của màng sinh học trên chất mang trong
iv
Fermenter sử dụng màng sinh học cố đònh để lên men acid acetic.............26
2.4.3.1 Trạng thái vi khuẩn acid acetic trong fermenter.................................26
2.4.3.2 Cấu tạo màng vi khuẩn acid acetic.....................................................27
2.4.3.3 Sự phát triển của màng vi khuẩn acid acetic......................................27
2.4.3.4 Bề dày màng vi khuẩn acid acetic......................................................28
2.5 Khái quát về nguồn nguyên liệu điều............................................................29
2.5.1 Cây điều – đặc điểm thực vật học của cây điều.......................................29
2.5.1.1 Nguồn gốc và tên gọi..........................................................................29
2.5.1.2 Đặc điểm thực vật học........................................................................30
2.5.1.3 Thành phần hóa học của quả điều......................................................31
2.5.1.4 Tình hình ở Việt Nam.........................................................................32
2.5.2 Hợp chất polyphenol – tanin.....................................................................33
3.5.2.1 Một số tính chất cơ bản của tanin.......................................................33
3.5.2.2 Các phương pháp tách tanin ra khỏi dòch quả điều.............................34
3 – VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Thời gian và đòa điểm thực hiện....................................................................38
3.2 Vật liệu..........................................................................................................38
3.2.1 Thiết bò.....................................................................................................38
3.2.1.1 Thiết bò chính......................................................................................38
3.2.1.2 Các thiết bò phụ...................................................................................39
3.2.1.3 Các hóa chất và dụng cụ thí nghiệm khác..........................................39
3.2.2 Nguyên liệu..............................................................................................40
3.2.2.1 Giống vi khuẩn giấm...........................................................................40
3.2.2.2 Thành phần môi trường cấy giống......................................................40
3.2.2.3 Nguyên liệu trái điều..........................................................................41
3.2.2.4 Gelatin................................................................................................42
3.2.2.5 Phương pháp xử lý nguyên liệu trái điều............................................42
3.3 Phương pháp thí nghiệm.................................................................................42

v
3.3.1 Cấy giống.................................................................................................42
3.3.2 Lên men....................................................................................................44
3.3.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích xác đònh nồng độ acid acetic............45
3.3.4 Bố trí thí nghiệm.......................................................................................45
3.3.4.1 Tách tanin ra khỏi dòch trái điều bằng gelatin....................................45
3.3.4.2Ảnh hưởng của hàm lương tanin lên hiệu quả lên men acid acetic.....46
3.3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lïng chất kho hoà tan (độ Brix) đến
hiệu quả lên men acid acetic theo phương pháp lên men chậm.....................46
3.3.4.4 Thí nghiệm lên men acid acetic bằng dòch ép nước trái điều theo
phương pháp nhanh.................................................................................47
3.3.4.5 Khảo sát lên men đối chứng giữa hai phương pháp nhanh và phương
pháp chậm...............................................................................................47
3.3.4.6 Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng lỏng (ml/phút) đến hiệu quả lên
men acid acetic.......................................................................................48
3.3.4.7 Khảo sát khả năng thay thế của thân tre làm chất mang vi khuẩn
acid acetic...............................................................................................48
3.4 Phương pháp xử lý số liệu..............................................................................49
4 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Hiệu quả xử lý tanin trong dòch quả điều bằng gelatin..................................50
4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng tanin còn sót lên hiệu quả lên men acid acetic...51
4.3Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô (độ Brix) đến hiệu quả lên men
acid acetic.......................................................................................................54
4.4 Thí nghiệm lên men acid acetic dòch ép quả điều theo phương pháp nhanh..56
4.5 So sánh giữa hai phương pháp lên men acid acetic theo phương pháp nhanh
và phương pháp chậm ....................................................................................57
4.6Ảnh hưởng của lưu lượng lỏng đến hiệu quả lên men acid acetic..................59
4.7 Khảo sát khả năng thay thế của thân tre làm chất mang vi khuẩn acid acetic
trong phương pháp lên men nhanh..................................................................62
vi

5 – KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ...............................................................................64
6 – TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................66
DANH SÁCH CÁC BẢNG
TRANG
Bảng 2.1: Thành phần hóa học của quả điều.........................................................31
Bảng 2.2: Lượng vitamin C và muối khoáng trong một số loại quả.......................32
Bảng 3.1: Thành phần của môi trường cấy giống...................................................41
Bảng 4.1: Kết quả xử lý gelatin trong dòch quả điều bằng gelatin.........................50
Bảng 4.2: Kết quả lên men acid acetic các dòch nước điều có hàm lượng tanin còn
sót khác nhau..........................................................................................................52
Bảng 4.3: Nồng độ acid acetic (%) ở các dòch lên men có độ Brix khác nhau.......54
Bảng 4.4: Độ Brix trước và sau khi lên men...........................................................54
Bảng 4.5: Nồng độ acid acetic (%) theo phương pháp lên men nhanh và độ tích lũy
acid acetic theo thời gian........................................................................................56
Bảng 4.6: Nồng độ acid acetic (%) thu được theo phương pháp nhanh và phương
pháp chậm..............................................................................................................58
Bảng 4.7: Nồng độ acid acetic (%) theo phương pháp nhanh với các lưu lượng lỏng
khác nhau................................................................................................................60
Bảng 4.8: Kết quả kiểm tra đònh tính các tính chất của chất mang chế tạo từ tre. .63
vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
HÌNH TRANG
Hình 2.1: Thiết bò lên men nhanh bằng phương pháp trống quay........................23
Hình 2.2: Thiết bò lên men nhanh bằng phương pháp nhúng...............................23
Hình 2.3: Thiết bò lên men nhanh bằng phương pháp cố đònh..............................24
Hình 2.4: Biểu diễn màng sinh học bám trên các vật rắn trơ...............................27
Hình 3.1: Vật liệu mang vi khuẩn acid acetic làm từ thân tre..............................39
Hình 3.2: Nguyên liệu trái điều...........................................................................41
Hình 3.3: Sơ đồ xử lý nguyên liệu trái điều.........................................................42
Hình 3.4: Tháp lên men trước và sau khi cấy giống vi khuẩn acid acetic............43

Hình 3.5: Hệ thống lên men acid acetic theo phương pháp nhanh.......................44
ĐỒ THỊ
Đồ thò 4.1: Hiệu quả tách tanin bằng gelatin.......................................................51
Đồ thò 4.2: Đồ thò biểu diễn nồng độ acid acetic (%) do lên men các dòch nước
quả điều có hàm lượng tanin còn sót khác nhau................................52
Đồ thò 4.3: Đồ thò biểu diễn nồng độ acid acetic từ ngày thứ 4 đế ngày thứ 9.....53
Đồ thò 4.4: Nồng độ acid acetic (%) do lên men nhanh theo thời gian.................55
Đồ thò 4.5: Độ tích lũy acid acetic theo thời gian.................................................57
Đồ thò 4.6: Nồng độ acid acetic theo phương pháp nhanh và phương pháp
chậm..................................................................................................58
Đồ thò 4.7: Đồ thò biểu diễn nồng độ acid acetic theo thời gian ở các lưu lượng
lỏng khác nhau..................................................................................61
Đồ thò 4.8: Đồ thò biểu diễn ảnh hưởng của lưu lượng lỏng đến kết quả lên men
acid acetic theo phương pháp nhanh..................................................62
DANH SÁCH CÁC PHỤ LỤC TRANG
Phụ lục 1: Phương pháp phân tích xác đònh nồng độ acid acetic............................68
Phụ lục 2: Phương pháp xác đònh hàm lượng tanin.................................................69
viii
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Acid acetic là một hoá chất có giá trò kinh tế cao, nó được ứng dụng nhiều
trong công nghiệp như: công nghiệp tổng hợp hữu cơ, công nghiệp thực phẩm, công
nghiệp chế biến mủ cao su,… cho nên nhu cầu ngày càng tăng. Ở nước ta hiện nay,
việc sản xuất acid acetic chủ yếu chỉ bằng phương pháp truyền thống với qui mô
nhỏ phục vụ cho công nghiệp thực phẩm. Với qui mô này thì không thể đáp ứng
được nhu cầu ngày càng tăng ở nước ta trong các ngành công nghiệp, nhất là ngành
công nghiệp chế biến mủ cao su. Vì thế việc tìm kiếm phương pháp để nâng cao
hiệu quả trong sản xuất acid acetic là điều cần thiết.
Nguồn nguyên liệu để sản xuất acid acetic rất phong phú như: mật rỉ, nước hoa
quả chín, tinh bột, cồn và các loại có chứa cellulose như gỗ,…. Việt Nam là nước

nông nghiệp có khí hậu nhiệt đới nên các nguyên liệu này rất dồi dào, đặc biệt là
quả điều. Điều được trồng chủ yếu để lấy hạt, nhưng hạt chỉ chiếm 15% khối lượng
cả trái điều còn phần trái chiếm tỷ lệ lớn (85%) nhưng không được sử dụng một
cách có hiệu quả. Nước ép quả điều có hàm lượng đường, khoáng vi lượng, đa
lượng, các vitamin cao rất thích hợp cho các quá trình lên men vi sinh, vì thế có thể
dùng để sản xuất acid acetic rất thích hợp. Tuy nhiên, nước điều chứa hàm lượng
tanin cao (0,2 – 0,4%) ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật, gây vò chát
mạnh cho sản phẩm, cho nên cần phải loại bỏ ra khỏi dòch ép trái điều.
Nhằm mục đích nâng cao hiệu quả sản xuất, tận dụng nguồn nguyên liệu dồi
dào trong nước (nước ép trái điều) và tìm kiếm vật liệu ở trong nước làm chất
mang vi khuẩn giấm để thay thế cho gỗ sồi trong phương pháp lên men nhanh,
được sự đồng ý của Bộ môn Công Nghệ Sinh Học, Trường Đại Học Nông Lâm
TP.Hồ Chí Minh và sự hướng dẫn tận tình của TS. Trònh Văn Dũng – giảng viên
Trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh, chúng tôi tiến hành đề tài “nghiên
cứu lên men acid acetic bằng dòch ép trái điều”
1


1.2 Mục đích yêu cầu
- Khảo sát phương pháp xử lý nguyên liệu: tách tanin ra khỏi dòch ép trái điều bằng
gelatin nhằm tìm ra hàm lượng gelatin thích hợp, có hiệu quả trong xử lý nguyên
liệu cho quá trình lên men giấm.
- Khảo sát lên men giấm từ nước ép trái điều theo phương pháp lên men chậm và
lên men nhanh.
- Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men giấm theo phương pháp
chậm và lên men nhanh.
- Khảo sát khả năng thay thế của thân tre làm chất mang vi khuẩn acid acetic.
2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Tính chất và ứng dụng của acid acetic

2.1.1 Các tính chất hoá lý của acid acetic
2.1.1.1 Các tính chất vật lý
- Acid acetic (ethanoid acid) có công thức phân tử CH
3
COOH, khối lượng phân
tử 60,5 kg/mol. Nó là một chất lỏng không màu, có mùi hăng, vò chua, có khả năng
hút ẩm từ không khí. Nhiệt độ nóng chảy 16,63
o
C, nhiệt độ sôi 118,1
o
C, tỷ trọng
d
20
=1,0492, chỉ số khúc xạ n
b
20
=1,3718, độ nhớt ở 20
o
C là 1,21.10
-3
N.s/m
2
, acid
acetic là acid yếu có hằng số phân ly nhiệt động ở 25
o
C là k=1,75.10
-5
- Acid acetic tan trong nước và các dung môi thường (rượu, aceton, cloruafooc,…)
với bất kỳ tỷ lệ nào. Và chính nó cũng là dung môi tốt cho nhiều hợp chất hữu cơ
(nhựa, tinh dầu,…), đặc biệt acid acetic hòa tan tốt ngay cả cellulose và các hợp

chất của nó, tính chất này không có ở các acid cùng dãy đồng đẳng với nó.
- Acid acetic có tác dụng phân hủy da, gây bỏng, ăn mòn nhiều kim loại và hợp
kim, hòa tan tốt nhiều chất vô cơ. Trong dung dòch acid acetic tồn tại các dạng
(CH
3
COOH)
2
, (CH
3
COOH)
3
, sự tồn tại các phân tử kép như trên là do các liên kết
hydro giữa các phân tử với nhau. Khi hòa tan trong nước thì tỷ trọng tăng do giảm
thể tích, sự giảm thể tích lớn nhất xảy ra khi cho1 mol acid tác dụng với 2 mol
nước, nhận được dung dòch chứa 62,5% acid có công thức CH
3
COOH.(H
2
O)
2
.
2.1.1.2 Tính chất hóa học
Các tính chất hóa học của acid acetic được qui đònh bởi sự có mặt của nhóm
cacboxyl trong phân tử. Acid acetic có khả năng trung hoà các bazơ, oxit bazơ, đẩy
acid cacbonic ra khỏi muối của nó:
CH
3
COOH  CH
3
COO

-
+ H
+

2CH
3
COOH + Ca(OH)
2
 (CH
3
COO)
2
Ca + 2H
2
O
3
2CH
3
COOH + CaO  (CH
3
COO)
2
Ca + H
2
O
2CH
3
COOH + CaCO
3
 (CH

3
COO)
2
Ca + CO
2
 + H
2
O
Các kim loại tự do có thể thay thế hydro trong acid acetic:
CH
3
COOH + Na  CH
3
COONa + 1/2H
2

Acid acetic bền với các tác nhân oxi hóa mạnh như cromit, permanganat kali.
Tính chất được ứng dụng để tinh chế acid acetic ra khỏi các tạp chất hữu cơ. Hơi
acid có thể chòu nhiệt đến 400
o
C, khi đun nóng quá 420
o
C thì hơi này bò phân huỷ
thành aceton, cacbonic và nước:
CH
3
COOH  (CH
3
)
2

CO + CO
2
+ H
2
O (t
o
> 420
o
C)
Khi có mặt các muối của acid sunfuric thì hơi acid acetic bò phân huỷ mạnh trên
300
o
C tạo thành methanol và oxit cacbon:
CH
3
COOH  CH
3
OH + CO
Hơi acid acetic cháy trong không khí với ngọn lửa sáng xanh tạo thành cacbonic
và nước:
CH
3
COOH + 2O
2
 2CO
2
+ 2H
2
O (xúc tác, t
o

> 300
o
C)
Acid acetic tạo với các acid mạnh thành một hợp chất kép dạng [CH
3
COOH].X,
trong đó X là cation acid, và pha loãng thì phản ứng với acid nitric bốc khói tạo
thành diacetylnitric
CH
3
COOH + H
2
SO
4
[ CH
3
COOH].[SO
4
H
2
]
CH
3
COOH + SO
3
CH
2
SO
3
HCOOH

2CH
3
COOH + HNO
3
( CH
3
COO)
2
N(OH)
3
Acid acetic tạo với acid hypocloric phức chất có thành phần CH
3
COOH.HClO
4
và 2CH
3
COOH.HClO
4
, tạo với bậc ba các muối acid có dạng R
3
NCH
3
COOH, đồng
thời nó phản ứng với cacbonat amon và xyanua|
4
2CH
3
COOH + H
2
NCONH

2
 2CH
3
CONH
2
+ H
2
O + CO
2
CH
3
COOH + H
2
NCN CH
3
CONHCONH
2
2.1.2 Ứng dụng của acid acetic
2.1.2 Ứng dụng trong ngành cao su
Trong ngành công nghiệp cao su, acid acetic là chất có vai trò quan trọng dùng
để đông tụ mủ cao su.
Để bảo vệ mủ nước không bò đông đặc trước khi về đến nhà máy chế biến,
người ta cho thêm vào mủ nước những chất chống đông, thường là dung dòch NH
3
.
Thời điểm cho amoniac vào mủ là lúc trút mủ vào xô, thùng,….Tuỳ theo chủng loại
yêu cầu sản xuất mà ta chọn cách đánh đông khác nhau.
Mủ được pha loãng với nước đến nồng độ cao su khô (DRC) khoảng 14%, pH =
7. Tuy nhiên, tùy theo hệ thống máy cán ép mà có thể thay đổi độ pH hoặc DRC
theo yêu cầu của từng tấm cao su cán ra.

Sau khi đã pha loãng và khuấy trộn mủ, người ta thêm vào một lượng dung dòch
acid acetic (có nồng độ 2,5%). Lượng acid acetic được dùng thay đổi từ 3,5 - 10
kg/tấn cao su khô. Trong khi đánh đông phải luôn khuấy dung dòch mủ nước để
acid phân tán đều trong mủ. Bọt được vớt đi trước khi cho mủ vào đánh đông.
Ở Việt Nam hiện nay, mỗi năm sản xuất khoảng 172.000 tấn cao su, như vậy
lượng acid sử dụng là rất lớn.
2.1.2.2 Ứng dụng trong ngành công nghiệp khác
Acid acetic được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất như: làm sản phẩm trung
gian để tổng hợp acid monocloacetic, etylacetat, butylacetat, cellulose acetat,
aceton, trong công nghiệp cao su (điều chế vinylacetat) tổng hợp nhựa PVA, trong
dược phẩm (điều chế aspirin), trong công nghiệp thực phẩm (dùng làm giấm ăn,
sản xuất bánh kẹo,…)
5
Khi các ngành công nghiệp thực phẩm và hoá học càng phát triển thì acid acetic
càng được sử dụng rộng rãi, nhất là những năm gần đây. Ví dụ như sản xuất màng
tơ nhân tạo trên cơ sở acetat cellulose, các chất tẩy màu, thuốc sát trùng, dược
phẩm chất thơm, nhựa, sơn, … trên cơ sở các muối và dẫn xuất của nó.
Và ngày nay, acid acetic và các dẫn xuất của nó đã được nghiên cứu và ứng
dụng cho các ngành công nghệ như sản xuất phim ảnh không cháy, thuỷ tinh không
vỡ
2.2 Các phương pháp sản xuất acid acetic
Acid acetic được sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau nhưng chủ
yếu bằng bốn phương pháp sau:
-Phương pháp hóa học
-Phương pháp hóa gỗ
-Phương pháp vi sinh
-Phương pháp hỗn hợp
2.2.1 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hóa học
Từ C
2

H
2
hay C
2
H
5
OH, C
2
H
4
tiến hành tổng hợp có xúc tác sẽ thu được
acetaldehyt, oxy hóa acetaldehyt nhờ có xúc tác ở nhiệt độ và áp xuất cao sẽ thu
được acid acetic






+=
≡
2
2
1
22
2
O CH CH
OH + CH CH
 CH
3

CHO
 →
+
2
O
CH
3
COOH
Giai đoạn oxy hoá acetaldehyt thành acid, dùng xúc tác Mangan, t
o
= 50 - 80
o
C
để điều chế acid có hiệu suất cao.
Phương pháp có giá trò thực tế khá cao nhưng do tạo nhiều sản phẩm phụ nên
làm giảm hiệu suất phản ứng.
6
Phương pháp mới nhất hiện nay là tổng hợp từ methanol và CO bằng phản ứng
cacbonyl hóa
CH
3
OH + CO  CH
3
COOH
2.2.2 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hóa gỗ
Phương pháp này được phát triển mạnh cùng với sự phát triển mạnh mẽ của
ngành công nghiệp khai thác và chế biến gỗ theo 3 hướng sau:
-Sản xuất acid acetic từ giấm gỗ: khi chưng phân hủy gỗ người ta thu được
giấm gỗ, đó là dung dòch có chứa acid acetic, metanol, hắc ín với một số hợp chất
hữu cơ khác với hàm lượng các chất tuỳ thuộc vào giống gỗ, tuổi thọ và độ ẩm của

gỗ,…. Từ giấm gỗ, tách được acid acetic bằng muối kim loại hay bằng một trong các
quá trình tách trực tiếp
- Sản xuất acid acetic từ bột gỗ:
Trong quá trình chưng cất gỗ cho bay hơi lên đi qua nước vôi ta thu được muối
của acid acetic (canxi acetat) ít tan, kết tủa cùng với các hợp chất khác gọi là bột
giấm gỗ. Phân huỷ bột giấm gỗ bằng H
2
SO
4
hay HCl sau đó lọc sạch và thu acid
acetic bằng cách chưng cất.
-Tách acid acetic trực tiếp từ nước ngưng tụ khi chưng gỗ
Để tách acid acetic từ bột giấm gỗ cần tiêu tốn nhiều vật liệu phụ, nhiên liệu và
năng lượng khá lớn nên tìm cách tách acid acetic trực tiếp từ nước ngưng khi chưng
gỗ như sau:
Sau khi ngưng tụ hơi chưng gỗ, để lắng và tách ra được hai lớp:
+ Lớp nhẹ ở trên là chất lỏng chứa lượng acid acetic không đáng kể
+ Lớp dưới chính là nhựa do acid acetic cùng với một số chất khác keo tụ lại,
đem gia công nó người ta thu được acid acetic và nhiều chất khác.
7
2.2.3 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp vi sinh
Việc ứng dụng các quá trình có vi sinh vật tham gia để sản xuất rượu,bia,
muối dưa, làm tương,… đã được con người phát hiện và sử dụng từ xa xưa.
Đến cuối thế kỉ XVII, con người đã phát hiện ra vi sinh vật nhưng thực tế phải
sau những cống hiến của Louis Pasteur thì khoa học về vi sinh mới chính thức ra
đời.
Ngày nay, trong lónh vực khoa học kỹ thuật nói chung và kỹ thuật thực phẩm
nói riêng, ngành vi sinh vật đã và đang là cơ sở cho kỹ thuật sản xuất nhiều thực
phẩm, dược phẩm,…
Vi sinh vật có khả năng phát triển kỳ diệu và có khả năng xúc tác đặc hiệu các

phản ứng hóa học nhất đònh nhờ các enzym có trong cơ thể chúng. Nhờ các enzym
này, nhiều phản ứng hóa học rất khó xảy ra ở điều kiện thường lại có thể xảy ra
ngay trong cơ thể vi sinh vật ở diều kiện bình thường về áp suất, nhiệt độ, pH và
xảy ra với tốc độ rất cao. Không những vậy, enzym của vi sinh vật có thể tác dụng
ngay với một nồng độ rất thấp của cơ chất mà ít sinh ra các sản phẩm phụ, chính vì
vậy nó tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiến hành các quá trình sản xuất công
nghiệp.
Trên cơ sở các công trình nghiên cứu đã phát hiện ra những đặc tính của vi sinh
vật, đặc biệt là tính sinh tổng hợp cao, vi sinh vật ngày càng được ứng dụng rộng
rãi vào nhiều ngành công nghiệp mới như sinh tổng hợp các acid amin, sinh tổng
hợp các acid hữu cơ, sinh tổng hợp các thuốc kháng sinh, sản xuất các chế phẩm
enzyme,…
Bên cạnh sự phát triển của ngành vi sinh vật học, công nghệ sản xuất acid
acetic theo phương pháp vi sinh ngày càng được hoàn thiện về qui trình công nghệ
với những chủng vi sinh vật có khả năng oxy hóa rượu cao.
8
Sản xuất acid acetic theo phương pháp vi sinh thực chất là quá trình oxy hóa
rượu ethylic thành acid acetic nhờ một số nhóm vi khuẩn acetic khi có mặt của oxy.
2.2.4 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hỗn hợp
Phương pháp này cùng với sự phát triển của công nghiệp hóa dầu và hóa 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:
- Oxy hóa các hydrocacbon thấp như propan, butan sẽ tạo thành acetaldehyt,
formandehyt, aceton và các sản phẩm khác. Acetaldehyt được oxy hóa có xúc tác
thành acid acetic
- Trong quá trình sản xuất nhiên liệu từ than đá và khí tự nhiên sẽ thu được
acid acetic và các sản phẩm khác
- Dùng phương pháp thủy phân gỗ bằng acid (hay muối acid) cùng vời một
số chất khác ở nhiệt độ và áp suất nhất đònh sẽ thu được bột cellulose và dung dòch
gồm nhiều chất như acid acetic, etanol,…. Đem lên men dung dòch này và tách acid

acetic từ dung dòch lên men này.
2.2.5 Phân tích – lựa chọn phương pháp sản xuất acid acetic
Trong bốn phương pháp sản xuất acid acetic đã nêu trên, hiện nay trên thế
giới chiếm ưu thế nhất là phương pháp tổng hợp hóa học, nhất là ở các nước phát
triển vì phương pháp này có hiệu quả kinh tế cao do thiết bò tương đối gọn nhẹ,
năng suất cao, acid thu được có nồng độ cao và ít tạp chất.
Phương pháp hỗn hợp vẫn còn ở giai đoạn thăm dò chưa có qui trình nào được
sử dụng rộng rãi vì hiệu quả kinh tế không cao, hệ thống phức tạp, không cạnh
tranh được với acid acetic tổng hợp và hóa gỗ.
Phương pháp hóa gỗ vẫn còn được sử dụng ở những nước có nhiều gỗ và nói
chung trong khuôn khổ tổng hợp sử dụng gỗ, nhưng sản lượng của phương pháp này
chỉ chiếm 10% tổng sản lượng acid acetic sản xuất hàng năm trên thế giới.
9
Còn phương pháp sinh hóa hiện nay trên thế giới đang dùng để sản xuất giấm
ăn và giấm cho công nghiệp thực phẩm.
Ở Việt Nam, khi lựa chọn phương pháp sản xuất acid acetic phải chú ý nguồn
nguyên liệu, thiết bò và trình độ kỹ thuật cũng như nhu cầu sử dụng acid acetic và
khuynh hướng chung của tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới.
Ở các nước phát triển, acid acetic được dùng chủ yếu trong công nghiệp tổng
hợp hữu cơ vì vậy yêu cầu acid acetic phải có nồng độ cao, sạch, ít tạp chất. Ngoài
việc dùng làm giấm ăn, hiện nay acid acetic còn được dùng làm vật liệu phụ trong
công nghiệp sản xuất cao su thô, do đó nồng độ không cần cao lắm nhưng vấn đề
tạp chất đòi hỏi rất khắt khe.
Hiện nay, chưa thể đặt vấn đề sản xuất acid acetic bằng phương pháp tổng hợp
vì nước ta vẫn chưa có đủ điều kiện để đáp ứng được những yêu cầu của phương
pháp này. So với phương pháp tổng hợp, phương pháp hóa gỗ có đơn giản hơn về
mặt quá trình và thiết bò nhưng với yêu cầu khắt khe về mặt bảo vệ môi trường
hiện nay thì việc tiến hành phương pháp nàysẽ gặp nhiều khó khăn về mặt nguyên
liệu.
Trong khi đó công nghệ vi sinh hiện nay và trong tương lai phát triển mạnh mẽ,

đã và là cơ sở của ngành sản xuất như sinh tổng hợp các acid amin, thuốc kháng
sinh, các acid hữu cơ,…đó là nhờ khả năng phát triển kỳ diệu của vi sinh vật và khả
năng xúc tác đặc hiệu các phản ứng hóa học của enzym có trong cơ thể vi sinh vật.
Bên cạnh đó, việc sử dụng enzym để sản xuất acid hữu cơ không những tận
dụng được nguồn phế liệu của ngành khác (nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm,
…) mà nó còn bảo vệ gia đình khỏi bò ô nhiễm, duy trì cân bằng sinh thái cho giới
hạn tự nhiên. Không những vậy, phương pháp này chỉ yêu cầu thiết bò đơn giản,
nguyên liệu dễ kiếm,…mặc dù nó cũng có những nhược điểm là thiết bò cồng kềnh,
không thu được sản phẩm có nồng độ cao.
10
Từ những phân tích trên, so sánh các ưu nhược điểm của các phương pháp sản
xuất acid acetic, cũng như đánh giá tình hình nhu cầu và tiến bộ khoa học trong
nước, luận văn chọn phương pháp lên men vi sinh để nghiên cứu công nghệ sản
xuất acid acetic.
2.3 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp vi sinh
2.3.1 Quá trình lên men acid acetic
Lên men là quá trình oxy hóa-khử sinh học để thu năng lượng và các chất
trung gian.
Mọi quá trình muốn tiến hành được đòi hỏi phải có năng lượng. Để thực hiện
các hoạt động sống như sinh trưởng, sinh sản và phát triển của mình, vi sinh vật
cũng đòi hỏi phải có năng lượng. Năng lượng đó được tạo ra trong quá trình lên
men.
Tế bào sống chỉ sử dụng năng lượng dưới dạng hóa năng tàng trữ trong các
mạch cacbon và được giải phóng ra trong các phản ứng enzym do sự chuyển hóa
electron từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác. Các phản ứng xảy ra
trong các quá trình lên men là những phản ứng chuyển hydro. Nhưng sự chuyển
hydro cũng tương đương với sự chuyển electron. Các enzym xúc tác trong quá trình
tách nguyên tử hydro khỏi cơ chất gọi là enzym dehydrogenase.
Trong qúa trình lên men giấm, rượu etylic được oxy hóa thành acid acetic. Ở
đây, sự chuyển hóa hydro được thực hiện nhờ sự xuất hiện của NADP nhận (trở

thành NADPH
2
) được chuyển qua chuỗi hô hấp để thu nhận năng lượng, song cơ
chất không bò phân giải hoàn toàn nên được gọi là quá trình oxy hóa không hoàn
toàn.
2.3.2 Cơ chế phản ứng của quá trình lên men acid acetic
Lên men giấm là quá trình oxy hóa rượu etylic thành acid acetic nhờ có
enzym alcohol oxydase xúc tác trong điều kiện hiếu khí:
11
CH
3
CH
2
OH + O
2
= CH
3
COOH + H
2
O + 117KCal
Để chuyển hóa thành acid acetic, rượu và oxy phải thâm nhập vào tế bào vi
khuẩn, ở đây nhờ có enzym của vi khuẩn xúc tác, rượu được chuyển hóa thành acid
acetic theo một quá trình sau:
CH
3
CH
2
OH +
2
1

O
2
= CH
3
CHO + H
2
O
CH
3
CHO + H
2
O = CH
3
CH(OH)
2
CH
3
CH(OH)
2
+
2
1
O
2
= CH
3
COOH + H
2
O
Acid acetic tạo thành sẽ thoát khỏi tế bào vi khuẩn và đi vào môi trường. Khi

môi trường hết rượu, vi khuẩn giấm sẽ oxy hóa acid actic thành CO
2
và nước theo
phương trình sau:
CH
3
COOH + 2O
2
= 2CO
2
+ 2H
2
O
Đây chính là sự “quá oxy hóa” rất có hại cho quá trình lên men giấm. Vì vậy,
trong lên men phải có dư một lượng rượu khoảng 0,3 - 0,5% để đảm bảo không bao
giờ cho oxy hóa hết rượu.
2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến qúa trình lên men acid acetic
2.3.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng oxy (O
2
)
Theo cơ chế phản ứng, giấm hóa là phản ứng dehydro hóa. Trong đó, oxy
hóa đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men. Từ phản ứng trên ta thấy, để
oxy hóa hết 1 mol rượu thì cần có 1mol O
2
tự do, tức là để oxy hết 1 kg rượu thì
cần 2,3 m
3
không khí (tính theo 20,9% O
2
).

Trong sản xuất giấm, điều kiện thoáng khí càng tốt thì quá trình lên men càng
mạnh. Ở phương pháp chậm, dòch lên men tiếp xúc với không khí và hấp thu oxy
qua bề mặt thoáng, do hạn chế của bề mặt thoáng nên phương pháp này chậm,
năng suất thấp. Trong phương pháp nhanh, do bổ sung các vật liệu xốp (vỏ bào,
than gỗ, than cốc, nhiều vật liệu trơ khác) nên đã làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa
12
môi trường dinh dưỡng và không khí, cải thiện điều kiện thông khí do đó thúc đẩy
quá trình lên men.
2.3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nồng độ của môi trường ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động sinh lý của vi sinh
vật, do đó nó sẽ ảnh hưởng đến quá trình lên men. Nhiệt độ thích hợp để vi khuẩn
giấm sinh trưởng và phát triển mạnh đối mỗi loài khác nhau là khác nhau nhưng
nhìn chung khoảng nhiệt độ để vi khuẩn giấm tồn tại và phát triển là khá rộng từ
15 - 34
o
C.
Nếu nhiệt độ quá thấp thì tốc độ lên men sẽ chậm, ngược lại khi nhiệt độ quá
cao sẽ làm tăng tổn thất do bay hơi rượu và acid acetic. Do đó, nhiệt độ thích hợp
cho quá trình sản xuất là khoảng 30
o
C.
2.3.3.3 Hàm lượng acid (độ pH)
Thường môi trường acid (pH = 3) là điều kiện thuận lợi đối với sự phát triển
của vi khuẩn giấm. Acid acetic tích tụ trong môi trường đến mức nào đó sẽ ức chế
hoạt động của chính vi khuẩn. Khi trong dung dòch có khoảng 8% acid acetic thì
hoạt động của vi khuẩn trở nên ngày càng giảm và ngừng hoạt động khi hàm lượng
đạt 12 - 14%.
Trong sản xuất giấm, thường cho vào cơ chất ban đầu một lượng giấm nhất đònh
để acid hóa môi trường nhằm thỏa mãn :
- Ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật có hại và không có lợi vì môi

trường acid là một chất độc đối với nhiều vi sinh vật.
- Cho vào dòch lên men một lượng vi khuẩn cần thiết để bổ sung lượng giấm.
Lượng giấm đưa vào là tùy yêu cầu của phương pháp sản xuất.
Khi sản xuất giấm theo phương pháp nhanh, cần đưa vào dòch lên men một
lượng acid acetic sao cho thoả mãn hai mục đích trên, đồng thời phải có nồng độ
nhỏ hơn ngưỡng có tác dụng ức chế cho chính bản thân vi khuẩn, với nồng độ 8%
13
acid acetic thì vi khuẩn giấm hoạt động rất kém. Vì vậy hàm lượng acid acetic có
thể dao động trong khoảng 1 - 7%.
2.3.3.4 Hàm lượng rượu
Tuỳ từng loại vi sinh vật mà chúng có khả năng tồn tại trong nồng độ rượu
khác nhau, thường sử dụng nồng độ từ 2 - 10%V. Theo Ebner (1985) và Heirich
(1987) thì lượng rượu etylic sử dụng từ 2 - 10%V.
Để tránh hiện tượng oxy hóa tiếp tục acid acetic đến CO
2
và H
2
O cần có một
lượng rượu dư trong giấm từ 0,3 - 0,5%V. Lượng rượu sót trong giấm có tác dụng ức
chế sự tổng hợp enzym oxy hóa acid acetic và muối axetat (Dires, 1973).
2.3.3.5 Các chất dinh dưỡng
Trong cơ thể vi sinh vật có khoảng 40 hợp chất khoáng khác nhau có thể ở
dạng tự do hay liên kết hữu cơ cao phân tử, thông thường tổng hàm lượng khoáng
trong vi khuẩn chiếm khoảng 5 - 8% trọng lượng chất khô. Các chất khoáng chia
làm hai loại:
- Khoáng đa lượng: S, P, K, Na, Fe, Mg, Cu,…
- Khoáng vi lượng: Cl, Br, I, As, Pb, Zn, Mn,…
Do đó, để cho vi khuẩn giấm phát triển tốt, khi sản xuất giấm ngoài các chất:
nước, acid, rượu thì cần đưa vào môi trường lên men các muối tan có chứa các
nguyên tố khoáng cần thiết. Nếu sản xuất giấm từ rượu vang, bia, nước quả ép,…thì

trong dòch lên men đã có đủ các nguyên tố khoáng đa lượng và vi lượng nên không
cần bổ sung. Nếu sản xuất giấm từ dòch cồn pha loãng thì cần bổ sung các nguyên
tố khoáng cần thiết nhờ các muối vô cơ dễ tan. Mỗi cơ sở sản xuất giấm đưa ra
hàm lượng các chất dinh dưỡng khác nhau.
14
2.3.3.6 Các chất gây độc và các kim loại nặng
Các chất gây độc hại và ức chế: các chất như tinh dầu, lignin, tanin,… và một
số hợp chất khác khi có mặt trong môi trường lên men với nồng độ vượt quá
ngưỡng giới hạn cho phép đều có tác dụng gây độc hại cho vi sinh vật.
Các kim loại nặng: khi có mặt 5 kim loại Pb, Cu, Fe, Zn, Sn trong dung dòch lên
men sẽ làm giảm hiệu suất lên men, ngưỡng độc hại của 5 kim loại trên là: 10, 15,
50, 100 và >100 ppm.
2.3.3.7 Chất lượng nước pha dòch
Chất lượng nước pha loãng cũng có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình lên
men giấm, yếu tố quan trọng nhất của nước pha loãng là có độ sạch sinh học cao
(vô trùng) và hàm lượng Clo thấp. Nhìn chung, nước pha loãng tốt là nước có độ
sạch sinh học cao, hàm lượng Clo, các kim loại nặng và các chất rắn thấp, có đủ
các nguyên tố vi lượng.
2.3.4 Các phương pháp sản xuất acid acetic bằng cách lên men
Yếu tố quan trọng quyết đònh hiệu suất và năng suất của một phương pháp
sản xuất acid acetic chính là bề mặt tiếp xúc giữa Oxy của không khí và cơ chất.
Đến thời điểm hiện tại đã có bốn phương pháp sản xuất acid acetic bằng cách lên
men:
- Phương pháp chậm
- Phương pháp nhanh
- Phương pháp chìm
- Phương pháp hỗn hợp
2.3.4.1 Phương pháp chậm
Phương pháp chậm còn gọi là phương pháp Orleans hay phương pháp Pháp.
Phương pháp này được biết đến năm 1670, khởi đầu là vùng trồng nho nổi tiếng ở

15