Nghiên cứu sản xuất acid acetic theo phương pháp lên men nhanh bằng nguồn nguyên liệu tự nhiên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ACID ACETIC
THEO PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN NHANH BẰNG
NGUỒN NGUYÊN LIỆU TỰ NHIÊN
Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:
TS.TRỊNH VĂN DŨNG MAI THANH THẬT
MSSV: 01126146
Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 8/2005
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC Độc Lập - Tự do - Hạnh Phúc
…oOo… …oOo…
NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: MAI THANH THẬT Phái: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 09 – 04 – 1981 Nơi sinh: Tiền Giang
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học MSSV: 01126146
I - TÊN ĐÊ TÀI: “Nghiên cứu sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh
bằng nguồn nguyên liệu tự nhiên”
II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Đối chứng để thấy được tính hiệu quả của phương pháp nhanh so với
phương pháp chậm.
- Thử nghiệm sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh bằng dung dịch
đường, nước dừa; qua đó khẳng định tính hiệu quả của nguồn nguyên liệu tự
nhiên, rẻ tiền thay thế.
- Khảo sát khả năng thay thế của thân tre dùng làm chất mang trong lên
men acid acetic theo phương pháp nhanh.

III - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/03/2005
IV - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/08/2005
V - CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.TRỊNH VĂN DŨNG
Nội dung và đề cương khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bộ môn và
giáo viên hướng dẫn.
Tp.Hồ Chí Minh, Ngày 01 Tháng 03 năm 2005
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(kí tên) (kí tên)
TS.TRẦN THỊ DUNG TS.TRỊNH VĂN DŨNG
Lời cảm ơn
Xin chân thành cảm ơn:
Ban giám hiệu trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh
đã tạo điều kiện cho tôi học tập và rèn luyện trong thời gian qua.
Thầy Nguyễn Sĩ Xuân Ân và quý Thầy – Cô trong Trường Đại
Học Bách Khoa, Khoa Công Nghệ Hóa, Bộ Môn Máy và Thiết Bị đã tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn.
Các anh, chị và các bạn trong và ngoài lớp công nghệ sinh học 27
đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn.
Vô cùng biết ơn:
Quý Thầy – Cô trong và ngoài Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học đã
giảng dạy và truyền đạt kiến thức trong suốt quãng đường đại học.
Và đặc biệt xin bài tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy, Tiến Sĩ Trịnh
Văn Dũng, người đã tận tâm dìu dắt, truyền đạt những kiến thức và kinh
nghiệm quí báo cho tôi trong quá trình học tập và làm luân văn này.
iii
i

Tóm tắt
Đề tài “nghiên cứu sản xuất acid acetic theo phương pháp lên men
nhanh bằng nguồn nguyên liệu tự nhiên”, do sinh viên Mai Thanh Thật, Bộ

Môn Công Nghệ Sinh Học, Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh thực
hiện từ ngày 1/3/2005 đến 1/8/2005 dưới sự hướng dẫn của TS. Trịnh Văn
Dũng, giảng viên khoa Công Nghệ Hóa Học, Trường Đại Học Bách Khoa
Tp.Hồ Chí Minh.
Các thí nghiệm:
Lên men chậm môi trường đã thay đổi hàm lượng nước dừa và hàm
lượng đường.
Tiến hành lên men nhanh các môi trường mà hàm lượng nước dừa và
hàm lượng đường đã thay đổi.
Lên men đối chứng giữa lên men nhanh và lên men chậm trên cùng một
môi trường.
Khảo sát định tính khả năng thay thế của thân tre dùng làm chất mang
trong lên men acid acetic theo phương pháp nhanh.
Kết quả:
Chọn được phương pháp lên men nhanh và bằng thực nghiệm đã khẳng
định phương pháp này là thích hợp hơn phương pháp chậm để nghiên cứu và
triển khai công nghệ sản xuất acid acetic.
Chứng minh được vật liệu trong nước (thân cây tre) hoàn toàn có thể
thay thế được vật liệu truyền thống nước ngoài (gỗ sồi) để làm chất mang vi
khuẩn acid acetic.
Tìm được thành phần môi trường nước dừa và nước đường có hiệu quả
tốt trong quá trình lên men nhanh.
Sản phẩm giấm đạt nồng độ gần 5% acid chỉ sau khoảng 50h lên men với
hệ thống lên men nhanh hồi lưu qua giá thể.
iii
Mục lục
trang
Lời cảm ơn ....................................................................................................................iii
Tóm tắt . .…………………………………………………………………………iv
Mục lục …………………………………………………………………………....v

Danh sách các hình ......................................................................................................ix
Danh sách các bảng biểu và đồ thị …………………………...................................x
Hình 3.5 Sơ đồ vị trí lấy mẫu trên thân tháp ....................................................... 49
Bảng 3.10 Kết quả kiểm tra định tính các tính chất của chất mang chế tạo từ
tre...................................................................................................................66
iv
Danh sách các hình
trang
Hình 3.5 Sơ đồ vị trí lấy mẫu trên thân tháp ....................................................... 49
Bảng 3.10 Kết quả kiểm tra định tính các tính chất của chất mang chế tạo từ
tre...................................................................................................................66

v

1
MỞ ĐẦU
I.1 Đặt Vấn Đề
Acid acetic đóng vai trò quan trọng trong đời sống cũng như trong công
nghiệp. Nó được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như: công
nghiệp tổng hợp hữu cơ, công nghiệp thực phẩm,… mà đặc biệt là trong công
nghiệp chế biến mủ cao su.
Trong ngành công nghệ thực phẩm, trên thị trường hiện nay có hai loại
giấm: giấm hóa học (tổng hợp hóa học) và giấm nuôi (giấm được sản xuất theo
phương pháp lên men).
Giấm tổng hợp theo phương pháp hóa học. Qua kiểm nghiệm người ta
thấy trong giấm tổng hợp ngoài thành phần chính là acid acetic, còn chứa nhiều
thành phần phụ khác, chúng là chất độc gây ung thư như: acidfocmic, metanol,
metylaxetac,… mặc dù các nhà sản xuất đã áp dụng những thiết bị và phương
pháp khử độc hiện đại.
Giấm nuôi được sản xuất theo phương pháp lên men vi sinh vật. Nó là

loại thực phẩm an toàn được các chuyên gia thực phẩm khuyên dùng. Ngoài
thành phần chính là acid acetic, còn chứa một số acid amin và vitamin cần thiết
cho cơ thể.
Ở Việt Nam, acid acetic có thể được chế biến từ nhiều nguồn nguyên
liệu khác nhau như: mật rỉ, nước hoa quả chín, tinh bột, cồn và các loại chứa
cellulose như gỗ,…. Nước ta là nước nông nghiệp có khí hậu nhiệt đới nên các
nguyên liệu này rất dồi dào, đặc biệt là rỉ đường, nước dừa, quả điều và dứa. Ở
nước ta acid acetic dùng để làm thực phẩm trong gia đình chủ yếu được sản
xuất bằng phương pháp lên men truyền thống.
Nhưng hiện nay, tại các chợ và các quầy hàng người ta thường bán giấm
hóa học với tên gọi “giấm ăn”. Vấn đề ở đây là giá thành 1lít giấm nuôi đắt
gấp 10 lần so với giá thành 1lít giấm hóa học. Lý do là sản xuất giấm ăn theo
phương pháp lên men phải tốn thời gian dài, độ chua không cao nên ít người
sản xuất nó. Người tiêu dùng đành phải mua giấm tổng hợp để dùng.
2
Còn trong ngành công nghiệp chế biến mủ cao su, lượng acid acetic dùng
trong chống đông mủ cao su (sử dụng dung dich acid acetic 2,5% với lượng là
3,5-10 kg/tấn dung dịch mủ cao su) chủ yếu nhập khẩu từ Trung Quốc.
Ở nước ta hiện nay, diện tích trồng cao su khoảng 400000 ha, mỗi năm
thu hoạch gần 800000 tấn/năm. Từ đó cho thấy rằng lượng acid acetic dùng
trong ngành công nghiệp chế biến mủ cao su này rất lớn. Mặc khác, diện tích
trồng cao su ngày một tăng, ước tính đến 2010 diện tích trồng cao su trên cả
nước khoảng 700000 ha.
Do đó, việc nghiên cứu để tìm ra phương pháp sản xuất, nguồn nguyên
liệu để sản xuất cho năng suất, hiệu quả kinh tế cao là rất có ý nghĩa thực tế ở
nước ta hiện nay và trong tương lai.
I.2 Mục Đích Yêu Cầu
- Đối chứng để thấy được tính hiệu quả của phương pháp nhanh so với
phương pháp chậm.
- Thử nghiệm sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh bằng dung dịch

đường, nước dừa; qua đó khẳng định tính hiệu quả của nguồn nguyên liệu tự
nhiên thay thế.
- Khảo sát khả năng thay thế của thân tre dùng làm chất mang trong lên men
acid acetic theo phương pháp nhanh.
3
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Chương 1. Công Nghệ Sản Xuất Acid Acetic
1.1 Tính chất và ứng dụng của acid acetic
1.1.1 Các tính chất hóa lý của acid acetic
Acid acetic có công thức phân tử CH
3
COOH, khối lượng phân tử 60,5
kg/kmol. Nó là một chất lỏng không màu, có mùi xốc, có vị chua, có khả năng
hút ẩm từ không khí. Nhiệt độ nóng chảy t
nc
=16,63
o
C, nhiệt độ sôi t
s
=118
o
C,
tỷ trọng 1,049, độ nhớt ở 20
o
C là 1,21.10
-3
Ns/m
2
.
Trong dung dịch 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 hidro giữa
các phân tử với nhau.
Acid acetic tan trong nước và các dung môi thường (rượu, aeton,
cloruafooc …) với bất kỳ tỉ lệ nào. Ngoài ra nó cũng chính là dung môi tốt cho
nhiều hợp chất hữu cơ (nhựa, tinh dầu, …). Đặc biệt acid acetic hòa tan tốt
ngay cả xelluloz và các hợp chất của 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.
1.1.2 Ứng dụng của acid acetic
Acid acetic là một loại acid hữu cơ được ứng dụng rộng rãi trong đời
sống và trong sản xuất công nghiệp. Những ứng dụng quan trọng của acid
acetic bao gồm:
1.1.2.1Ứng dụng trong chế biến mủ cao su
Trong ngành công nghiệp sản xuất mủ cao su, người ta rất sợ hiện tượng
đông đặc của mủ trước khi về đến nhà máy chế biến. Để chống đông mủ cao
su, người ta cho thêm vào mủ nước những chất chống đông. Thường người ta
dùng dung dịch NH
3
3%. Thời điểm cho dung dịch NH
3
vào mủ là lúc trút mủ
vào xô, thùng,….

4
Khi đông tụ mủ, người ta pha loãng và khuấy trộn đều, sau đó cho thêm vào
dung dich acid acetic 2,5% với lượng là 3,5-10 kg/tấn dung dịch mủ cao su.
Ở Việt Nam hiện nay, mỗi năm sản xuất khoảng 800000 tấn cao su (50%
trong đó được sử dụng trong nước, còn 50% thì xuất khẩu). Như vậy lượng
acid acetic sử dụng trong chế biến mủ cao su là rất lớn. Mặc dù vậy, nước ta
vẫn phải nhập acid acetic từ nước ngoài (chủ yếu là từ Trung Quốc).
1.1.2.2 Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm
Với hàm lượng acid acetic từ 2 – 5%, người ta gọi dung dịch này là giấm
ăn. Giấm ăn được sử dụng trong công nghệ thực phẩm để chế biến đồ hộp, rau,
quả, gia vị trong các bữa ăn gia đình. Lượng giấm ăn sử dụng trong công
nghiệp thực phẩm là rất lớn, do đó, việc sản xuất giấm ăn không thể mang tính
chất thủ công truyền thống mà đã trở thành một ngành sản xuất theo quy mô
công nghiệp ở nhiều nước trên thế giới.
1.1.2.3Ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác
Acid acetic được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như:
công nghiệp sản xuất chất màu, dung môi hữu cơ (etyl acetat, butyl acetat,
xelluloz, axetat, axeton,…). Tổng hợp chất dẻo, tơ sợi, nhựa PVA, trong dược
phẩm (điều chế aspirin). Và ngày nay, thì acid acetic và các dẫn xuất của nó đã
được nghiên cứu và ứng dụng cho các ngành công nghệ cao như sản xuất phim
ảnh không cháy, thủy tinh không vỡ,….
Những ngành sản xuất này đòi hỏi lượng acid acetic nhiều và có chất
lượng cao hơn dung dịch acid acetic dùng trong công nghệ thực phẩm và trong
công nghệ chế biến mủ cao su.
1.2 Các phương pháp sản xuất acid acetic
Acid acetic là một loại acid hữu cơ được ứng dụng rộng rãi và từ rất lâu.
Do đó, loài người đã phát minh ra nhiều phương pháp khác nhau để sản xuất
acid acetic, những phương pháp sản xuất acid acetic bao gồm:
- Phương pháp hóa gỗ
- Phương pháp hóa học

5
- Phương pháp sinh học
- Phương pháp kết hợp
1.2.1 Phương pháp hóa gỗ
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp khai thác và chế biến gỗ,
loài người đã biết cách sản xuất ra acid acetic từ dạng nguyên liệu này.
Bằng cách chưng cất gỗ đã lên men (giấm gỗ, bột gỗ, tách acid acetic
trực tiếp từ nước ngưng khi chưng gỗ). Người ta thu được nhiều chất khác
nhau, trong đó có acid acetic có hàm lượng rất lớn. Hiện nay phương pháp này
không còn được sử dụng.
1.2.2 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
axetandehyd, oxy hóa axetandehyd nhờ có xúc tác ở nhiệt độ và áp suất cao sẽ
thu được acid acetic.
Giai đoạn oxy hóa axetandehyd thành acid, dùng xúc tác magan, rồi sau đó
chưng cất phân đoạn ở nhiệt độ: 50 – 80
0
C để thu được acid có hiệu suất cao.

Phương pháp này có giá trị thực tế khá cao, nhưng do tạo nhiều sản
phẩm phụ nên làm giảm hiệu suất phản ứng.
Phương pháp mới nhất hiện nay là tổng hợp từ metanol và CO bằng phản
ứng cacbonyl hóa:
CH
3
OH + CO  CH
3
COOH
1.2.3 Phương pháp sinh học
Hiện nay người ta sản xuất acid acetic chủ yếu bằng phương pháp lên
men (sản phẩm là giấm ăn). So với những phương pháp khác, phương pháp
lên men có những ưu điểm
- Công nghệ sản xuất acid acetic hoàn toàn không gây ô nhiễm môi
trường.
6
- Quá trình chuyển hóa (hay quá trình lên men) được thực hiện ở điều
kiện rất ôn hòa, không cần nhiệt độ cao, áp suất cao hay máy móc
thiết bị phức tạp
- Nguyên liệu để sản xuất acid acetic bằng phương pháp lên men rất
dễ kiếm. Có thể sử dụng nguyên liệu chứa đường (nước ép trái cây,
nước ép dứa, nước ép mía….), có thể sử dụng nguyên liệu chứa tinh
bột và có thể sử dụng cồn công nghiệp
* Nếu sản xuất từ nguyên liệu chứa tinh bột, phải qua 3 giai đoạn
chuyển hóa
 Giai đoạn chuyển hóa tinh bột thành đường
 Giai đoạn chuyển đường thành cồn
 Giai đoạn chuyển cồn thành acid
* Nếu sản xuất từ nguyên liệu chứa đường thì chỉ cần qua 2 giai đoạn
 Giai đoạn chuyển hóa đường thành cồn

 Giai đoạn chuyển cồn thành acid
* Nếu sản xuất từ nguyên liệu đã chứa cồn thì ta chỉ cần tạo điều kiện
thuận lợi để vi khuẩn acetic chuyển cồn thành acid acetic.
Sản xuất acid acetic theo phương pháp sinh hóa thực chất là quá trình
oxy hóa rượu etylic thành acid acetic nhờ một số vi khuẩn acetic khi có mặt
của oxy. Từ trước đến nay đã xuất hiện 4 phương pháp:
 Phương pháp chậm
 Phương pháp nhanh
 Phương pháp chìm
 Phương pháp hỗn hợp
7
1.2.4 Phương pháp hỗn hợp
Phương pháp này ra đời 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:
- Trước tiên người ta tiến hành oxy hóa các hydro cacbon thấp như
propan, butan sẽ tạo thành acetandehyd, formandehyd, aceton và các
sản phẩm khác. Acetandehyd được oxy hóa có xúc tác thành acid
acetic.
- Sau đó người ta trung hòa khối thủy phân này và tiến hành lên men
để thu nhận được dung dịch chứa acid axetic.
Phương pháp hỗn hợp được sử dụng nhiều hơn cả phương pháp thủy
phân tinh bột gỗ bằng acid (phương pháp hóa học).
1.2.5 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 những
nước phát triển vì phương pháp này có hiệu quả kinh tế cao do thiết bị tương
đối gọn nhẹ, năng suất cao, acid thu được có nồng độ cao và ít tạp chất.
Phương pháp hóa gỗ vẫn còn được sử dụng ở những nước có nhiều gỗ
nhưng sản lượng chỉ nhỏ hơn 10% tổng sản lượng acid acetic sản xuất hàng

năm trên thế giới.
Phương pháp hỗn hợp vẫn ở giai đoạn thăm dò chưa có quy 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.
Còn phương pháp sinh hóa hiện nay trên thế giới đang dùng để sản xuất
giấm ăn và giấm cho công nghiệp.
Ở Việt Nam, khi lựa chọn phương pháp sản xuất acid actic cần phải chú
ý đến nguồn nguyên liệu, thiết bị 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.
8
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 bị nhưng với yêu cầu khắt khe về việc
bảo vệ môi trường (đặc biệt là rừng) hiện nay thì việc tiến hành phương pháp
này sẽ gặp nhiều khó khăn về mặt nguyên liệu.
Việc sử dụng enzyme của vi sinh vật để sản xuất acid hữu cơ không
những tận dụng được phế liệu của các ngành khác (nông nghiệp, công nghiêp
thực phẩm,…) mà nó còn bảo vệ môi trường khỏi bị ô nhiễm, duy trì cân bằng
sinh thái cho giới tự nhiên. Không những vậy, phương pháp này chỉ yêu cầu
thiết bị đơn giản, nguyên liệu dễ kiếm, … mặc dù nó cũng có những nhược
điểm là thiết bị cồng kềnh, không thu được sản phẩm có nồng độ cao.
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 sinh hóa để nghiên cứu công nghệ
sản xuất acid acetic.
1.3 Sản xuất acid actic bằng phương pháp len men
1.3.1 Bản chất của quá trình lên men acid acetic
Lên men acid acetic là quá trình oxy hóa cồn thành acid acetic, nhờ vi

khuẩn acetic trong điều kiện hiếu khí.
Chúng ta đều biết mọi quá trình muốn hoạt động được đòi hỏi phải có
năng lượng. Để thực hiện được các hoạt động sống như sinh trưởng, sinh sản
và phát triển của mình thì vi sinh vật cần phải có năng lượng.
Quá trình lên men là quá trình oxy hóa khử sinh học để thu năng lượng
và các hợp chất trung gian cho tế bào sinh vật. Nhưng tế bào sống chỉ sử dụng
năng lượng dưới dạng hóa năng tàng trữ trong mạch cạcbon và được phóng ra
do sự chuyển electron từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác.
Các phản ứng sinh hóa 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, vì lẽ nguyên tử hydro có thể tách thành proton H
+
và electron. Các
9
enzyme xúc tác quá trình tách nguyên tử hydro khỏi cơ chất gọi là enzyme
dehydrogenaza.
Trong quá trình lên men giấm, rượu etylic được oxy hóa thành acid
acetic. Ở đây sự chuyển hydro được thực hiện nhờ sự xuất hiện của NADP
(Nicotinamit ađenin dinucleotit photphat dạng oxy hóa). Hydro được NADP
nhận (trở thành NADPH
2
) được chuyển qua chuỗi hô hấp để thu năng lượng.
Song cơ chất không bị phân giải hoàn toàn nên được gọi là quá trình oxy hóa
không hoàn toàn.
1.3.2 Cơ chế phản ứng của quá trình lên men acid acetic
Lên men giấm là quá trình oxy hoá rượu etylic thành acid acetic
nhờ có enzyme alcohol oxydaza xúc tác trong điều kiện hiếu khí:
CH
3
CH

2
OH + O
2
= CH
3
OOH + H
2
O + 117 kcal
Để chuyển hoá thành acid acetic, rượu và oxy phải thâm nhập vào tế
bào vi khuẩn, ở đây nhờ có enzyme của vi khuẩn xúc tác, rượu được chuyển
hoá thành acid acetic theo một quá trình sau:
CH
3
CH
2
OH + ½ O
2
= CH
3
CHO + H
2
O
CH
3
CHO + H
2
O = CH
3
CH(OH)
2

CH
3
CH(OH)
2
+ 1/2O
2
= CH
3
COOH + H
2
O
Acid acetic tạo thành sẽ thoát ra khỏi tế bào của vi khuẩn và đi vào
môi trường. Khi môi trường hết rượu thì vi khuẩn giấm sẽ oxy hoá acid acetic
thành CO
2
và H
2
O theo phương trình sau:
CH
3
COOH + 2O
2
= 2CO
2
+ 2H
2
O
Đây chính là sự “quá oxy hoá” rất có hại cho quá trình lên men giấm. Vì
vậy, trong dịch lên men phải còn dư một lượng rượu khoảng 0,3-0,5% để đảm
bảo không bao giờ cho oxy hoá hết rượu nhầm tránh hiện tượng “quá oxy hóa”.

10
1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men acid acetic
1.3.3.1 Ảnh hưởng của oxy (sự thoáng khí)
Theo cơ chế phản ứng ta nhận thấy phản ứng giấm hóa là phản ứng oxy
hóa, trong đó oxyl đóng vai trò chất nhận hydro, nên sự có mặt của oxyl đóng
vai trò quan trọng trong quá trình lên men.
Phương trình tổng quát:
C
2
H
5
OH + O
2
 CH
3
COOH + H
2
O + 117Kcal
Ta thấy về mặt lý thuyết, để oxy hóa hết 1 mol rượu thì cần 1 mol oxy
tự do, tức là để oxyl hóa hết 1kg rượu khan cần 2,3m
3
không khí ở điều kiện
tiêu chuẩn. trong sản xuất, điều kiện thoáng khí càng tốt thì quá trình lên men
càng nhanh. Trong phương pháp chậm, dịch lên men tiếp xúc với không khí và
hấp thụ oxy qua bề mặt thoáng . Do hạn chế của bề mặt tiếp xúc nên phương
pháp này chậm, năng suất thấp.
Trong phương pháp nhanh, do được bổ sung các vật liệu xốp (vỏ bào,
than gỗ, cốc…) nên làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa môi trường dinh dưỡng và
không khí, cải thiện điều kiện không khí do đó thúc đẩy quá trình lên men.
Ở phương pháp chìm thì người ta sục khí mạnh liên tục qua dung dịch

lên men nhờ đó đã phân tán đều không khí vào môi trường lên men, tạo nên bề
mặt tiếp xúc pha lớn làm tăng quá trình lên men.
Như vậy, phương pháp nào tạo được bề mặt tiếp xúc pha giữa không khí
và dịch lên men lớn hơn sẽ là phương pháp có hiệu quả và năng suất cao hơn.
1.3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự phát triển của vi
sinh vật và hiệu quả lên men. Vì vậy, trong thực tế sản xuất, người ta sử dụng
yếu tố này để điều chỉnh vận tốc phản ứng. Nhiệt độ thích hợp để vi khuẩn
giấm sinh trưởng và phát triển đối với mỗi loài vi khuẩn khác nhau.
- Đối với vi khuẩn Acetobacter Aceti phát triển tốt trong khoảng
25-30
0
C.
11
- Đối với vi khuẩn Acetobacter Schuitzenbachi phát triển tốt ở nhiệt
độ lớn nhất 29
0
C.
- Đối với vi khuẩn Acetobacter Kutzingianum lại phát triển tốt trong
khoảng 35-37
0
C.
Nhìn chung khoảng nhiệt độ để các vi khuẩn giấm tồn tại và phát triển
tốt khá rộng từ 15-34
0
C. Tuy nhiên cần lưu ý nếu nhiệt độ quá thấp thì tốc độ
quá trình lên men sẽ chậm. Ngược lại, khi nhiệt độ quá cao sẽ làm tổn thất do
bay hơi rượu, acid acetic. Do đó nhiệt độ thích hợp cho quá trình sản xuất giấm
là 30-34
0

C.
1.3.3.3 Nồng độ acid acetic và nồng độ rượu
a. Nồng độ acid acetic:
Môi trường acid (pH=3) là điều kiện thuận lợi đối với vi khuẩn giấm.
Acid acetic tích tụ trong môi trường đến một mức độ nào đó sẽ ức chế hoạt
động của chính vi khuẩn. Khi dung dịch tích tụ được 8% acid acetic thì hoạt
động của các vi khuẩn trở nên ngày càng giảm dần và ngừng họat động khi
lượng acid đạt được 12-14%.
b. Nồng độ rượu:
Tùy từng loài mà chúng có khả năng tồn tại, thường người ta sử dụng
nồng độ rượu từ 6-14%.
Nếu trong môi trường không còn rượu thì vi khuẩn tiếp tục oxy hóa acid
acetic để tiếp tục thu năng lượng dùng trong sự sống. Vì thế đây là một quá
trình có hại. Trong sản xuất người ta thường để lại trong môi trường sau lên
men độ rượu 0,3-0,5%. Dires (1973) cho rằng lượng rượu sót trong giấm có tác
dụng ức chế sự tổng hợp enzyme oxy hóa acid acetic và muối axetat.
1.3.3.4 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 sinh vật chiếm 5-8% trọng lượng chất khô. Các chất khoáng
chia làm 2 loại:
12
 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, 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 ép trái cây,.. thì trong dịch
lên men đã có đủ các nguyên tố khoáng đa lượng và vi lượng không cần bổ
sung. Nếu sản xuất giấm từ dịch cồn pha loãng để lên men giấm thì cần bổ

sung các nguyên tố khoáng đa lượng cần thiết nhờ các muối vô cơ dễ tan.
Ngoài các nguyên tố vi lượng vô cơ, các nguyên tố vi lượng hữu cơ cũng
rất cần thiết và quan trọng trong quá trình lên men, tuy sử dụng với nồng độ
cực nhỏ cũng có hiệu quả rõ rệt. Thông thường các nguyên tố vi lượng đã có
mặt trong những nguyên liệu tự nhiên ban đầu khi đưa vào lên men như dịch
trái cây, nước chiết malt, nấm men, dịch thủy phân.
Sau đây là một số môi trường để sản xuất giấm, với thành phần các chất
dinh dưỡng được xem là có lợi nhất:
 Môi trường dinh dưỡng cho một lít rượu khan như sau:
Glucoza 0,7g
Diphotphat amon 1,25g
Diphotphat Kali 0,5g
Sunphat magic 0,2g
 Môi trường dinh dưỡng cho một hectolit rượu khan (100l):
Glucoza kỹ thuật hay đường tinh bột 500g
Sunpho photphat 25g
Sunphat amon 25g
Cacbonat Kali 0,9g
13
Trong đó:
 Photphat có vai trò quan trọng trong chuyển hóa năng lượng của
hệ thống sinh học. Vì thế photphat cần thiết trong thành phần dung
dịch lên men, nó được đưa vào môi trường ở dạng muối vô cơ như
photphat Kali hay photphat amon. Nồng độ photphat thường nằm
trong khoảng 0,1-0,5%.
 Nitơ là cấu tạo quan trọng trong thành phần protein và acid
nucleic là thành phần rất cần thiết cho sự sống của vi sinh vật.
Nitơ được đưa vào môi trường dưới dạng muối vô cơ như nitrat,
muối amon, urê,….
 Glucoze đóng vai trò như nguồn cung cấp glucid để cung cấp năng

lượng bổ sung cho cơ thể vi sinh vật. Ngoài ra, còn là nguồn cung
cấp vật liệu xây dựng sinh tổng hợp các cấu tử cần thiết của tế
bào.
Theo Enber và Hromatka (1949 – 1953) acid acetic được tạo thành bởi
các tế bào sinh sản. Do vậy tác động quan trọng nhất đối với quá trình lên men
giấm là thành phần môi trường, nhiệt độ và chế độ thông khí, sự thay đổi chế
độ nuôi cấy làm thay đổi các thông số:
 Tốc độ sinh sản
 Sinh khối (%)
 Nồng độ sản phẩm giấm.
1.3.3.5 Các kim loại nặng và các chất gây độc hại
Có 5 Kim loại nặng như: Pb, Cu, Fe, Zn, Sn trong dịch lên men sẽ làm
giảm hiệu suất lên men, người ta đã thử nghiệm và tìm ra ngưỡng độc hại của 5
kim loại nặng trên tương ứng là 10:15:20:100 và lớn hơn 100ppm.
Các chất gây độc hại và ức chế: các chất như tinh dầu lignin, tanin (có
trong gỗ)…và một số hợp chất khác có mặt trong môi trường lên men với nồng
độ vượt quá ngưỡng giới hạn cho phép đều có tác dụng gây độc hại đến vi sinh
vật. Vì thế khi chọn vật liệu chế tạo thiết bị cần lưu ý đến những vấn đề này.
14
Mặt khác, chất lượng nước khoáng: chất lượng nước pha loãng cũng có
ảnh hưởng đáng kể đến quá trình lên men giấm. Yếu tố quan trọng nhất là nước
pha loãng có độ sạch sinh học cao (vô trùng) và hàm lượng Clo thấp. Nói
chung, nước pha loãng tốt là nước có độ sạch sinh học cao, hàm lượng Clo, các
kim loại nặng, các chất rắn thấp, có đủ các nguyên tố vi lượng.
1.3.4 Vật liệu chế tạo thiết bị lên men acid acetic
Do acid acetic là một acid có tính ăn mòn kim loại và hợp kim. Tốc độ
ăn mòn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nồng độ, nhiệt độ, vận tốc chuyển
động của acid,… cho nên khi chọn vật liệu chế tạo thiết bị sản xuất phải hết
sức thận trọng.
Mặt khác, quá trình sản xuất giấm là quá trình có vi sinh vật tham gia

nên năm kim loại nặng như: Pb, Cu, Fe, Sn, Zn có tác dụng độc hại đối với vi
khuẩn giấm không được dùng làm thiết bị sản xuất giấm bằng phương pháp
sinh học nhưng vẫn có thể sử dụng chúng nếu sử dụng những phương pháp
khác.
Trong hệ thống sản xuất giấm bằng phương pháp sinh học có thể dùng
các kim loại đó để chế tạo thiết bị ở những khâu khác như: thùng bảo quản,
thiết bị chưng cất,… nhưng các khâu nối với bộ phận lên men thì không được
dùng.
Vật liệu chế tạo thiết bị để sản xuất giấm bằng phương pháp sinh hóa tốt
nhất là thép hợp kim, nhôm, gỗ (những loại gỗ chứa ít tinh dầu tanin,lignin, …
và các chất độc hại cho vi khuẩn giấm) và ngày nay thì ngành nhựa phát triển
nên có thể sử dụng để chế tạo thiết bị lên men.
1.4 Các phương pháp sản xuất acid acetic bằng phương pháp lên men
Yếu tố quan trọng nhất quyết định năng suất và hiệu suất của một
phương pháp sản xuất giấm đó chính là bề mặt tiếp xúc giữa oxy của không khí
và hợp chất. Từ đó con người không ngừng cải tiến, hoàn thiện các phương
pháp cũ, tìm ra các phương pháp mới để sản xuất giấm có hiệu quả và kinh tế
hơn. Đến thời điểm hiện tại, đã có 4 phương pháp sản xuất acid bằng cách lên
men:
15
- Phương pháp chậm
- Phương pháp nhanh
- Phương pháp chìm
- Phương pháp hỗn hợp
1.4.1 Phương pháp chậm (phương pháp Pháp)
Đây là phương pháp thủ công đã có từ lâu đời, quá trình lên men giấm
diễn ra ở bề mặt tiếp xúc pha giữa khối dịch lên men và không khí (bề mặt
thoáng) trong thùng lên men đặt nằm ngang. Rượu vang được acid hóa bằng
acid acetic, dịch sản xuất phải đảm bảo 2% acid acetic và 4% rượu hay 3% acid
acetic và 3% rượu.

Người ta đóng các thùng lên men bằng gỗ có dung tích khoảng 250 l –
300 l bằng gỗ sồi hình tang trống (giống các thùng sản xuất bia và rượu vang).
Nguyên liệu dùng để sản xuất acid acetic là nước nho. Giống vi khuẩn
được sử dụng cho quá trình sản xuất là Acetobacter orleaneuse. (theo Nguyễn
Đức Lượng, 2002)
Hình 1.1 Thiết bị lên men acid aceti theo phương pháp
chậm
Để tiến hành sản xuất giấm theo phương pháp này, người ta làm như sau:
đổ vào thùng 1/5 thể tích giấm tươi chất lượng cao để acid hóa, sau đó đổ
thêm dịch lên men vào cho đến khoảng ½ thể tích thùng. Tiếp theo cứ mỗi chu
kỳ đổ thêm dịch lên men vào cho đến khi đầy. Khi nào nhận thấy rượu đã được
oxy hóa gần hết (còn lại 0,3-0,5% rượu) thì lấy giấm ra để đem chế biến và bảo
quản, đồng thời cho tiếp dịch lên men vào để lên men tiếp.
16
Khi lên men, vi khuẩn giấm phát triển tạo thành màng vi sinh vật trên bề
mặt thoáng, khi bị chấn động (do va chạm hay do quá trình đổ dịch lên men
vào và tháo sản phẩm ra) nó sẽ bị phá vỡ, chìm xuống tiêu thụ cơ chất mà
không tạo thành acid acetic. Dần dần trên mặt thoáng lại hình thành màng vi
khuẩn mới và lại diễn ra quá trình lên men tiếp tục.
Do hạn chế của bề mặt thoáng nên phương pháp này có nhược điểm:
- Thời gian lên men dài
- Nồng độ acid thấp
- Năng suất thấp
- Thiết bị cồng kềnh
Nhưng bù lại phương pháp này có ưu điểm là giấm thơm ngon, thiết bị
đơn giản dễ chế tạo.
1.4.2 Phương pháp 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 men nên năng suất và hiệu suất cao hơn.
Đã khắc phục được nhược điểm của phương pháp lên men chậm do người Pháp

thực hiện.
Người ta thiết kế những thùng lên men rất lớn, hình trụ, thường có kich
thước như sau:
 Chiều cao thùng 2,5 – 6m.
 Có dường kính đáy thùng d = 1,2 -3m.
 Tỷ lệ đường kính đáy so với chiều cao khoảng ½ là thích hợp
nhất.
Trong thùng được chất đầy phôi bào hay lõi ngô (bắp). Phôi bào hay lõi
ngô 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 một hệ thống phân phối không khí đưa từ dưới lên. Môi trường lên
men được đưa từ trên xuống. Toàn bộ thiết bị được thiết kế như hình 1.2.
17

Hình 1.2 Thiết bị lên men acid acetic bằng phương pháp nhanh
Ở phương pháp này, người ta tưới dịch lên men từ trên xuống qua hệ
thống phân phối lỏng 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 đổ đầy 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
oxyl thẩm thấu vào trong tế bào vi khuẩn, dịch lên men được chuyển hóa nhanh
nhờ vi khuẩn.
Nếu generator đủ cao, điều kiện vận hành được khống chế tốt thì chỉ 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.
Ưu điểm của phương pháp:
- Thời gian lên men ngắn
- Thiết bị tương đối đơn giản, năng suất cao, ổn định
- Giấm thu được có nồng độ cao (có thể đến 10 – 11%)

Nhược điểm của phương pháp: