Đến khi L.Pausteur tìm ra nguyên nhân lên men và một loạt các công trình khoa học về vi sinh vật được nghiên cứu có kếtquả thì việc ứng dụng vi sinh vật và sản xuất mới phát triển mạnh v
NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Vi khuẩn acid acetic
Vi khuẩn acid acetic là những vi khuẩn có khả năng lên men ethanol để sản xuất acid acetic, với hơn 20 loại đã được xác định Chúng thường xuất hiện trong không khí, đất và nước, làm cho các dịch như nước quả, bia, rượu thấp và dịch đường dễ bị vẩn đục khi tiếp xúc với không khí Sự phát triển của vi khuẩn acetic tạo ra một lớp màng mỏng màu trắng xám hoặc vàng xám trên bề mặt các chất lỏng này.
Vi khuẩn acid acetic là những trực khuẩn, Gram âm , không sinh bào tử, rất hiếu khí Có một số chuyển động , một số khác không chuyển động.
Vi khuẩn acid acetic là loại vi khuẩn hiếu khí, có khả năng sinh trưởng nhanh chóng, với khả năng phát triển lên đến 17 triệu tế bào chỉ sau 12 giờ Trong quá trình phát triển, chúng sản sinh ra acid acetic, và nồng độ acid thấp lại thúc đẩy sự sinh trưởng của chúng.
Vì vậy, trong sản xuất giấm có thể dùng rượu không cần thanh trùng được bổ sung một ít acid acetic hóa môi trường.
Một số vi khuẩn acetic có nhiều ý nghĩa thực tế :
Acetobacter acetic là một loại vi khuẩn hình que ngắn, không sinh bào tử và thường kết thành chuỗi dài Tế bào chất của chúng có thể được nhuộm bằng iot để hiện lên màu vàng Loại vi khuẩn này có khả năng phát triển trong môi trường có nồng độ rượu lên tới 11% và có thể tích tụ trong môi trường có 6% acid acetic Nhiệt độ lý tưởng cho sự sinh trưởng của Acetobacter acetic là 34 độ C.
- Acetobacter pasteurianum: Hình que ngắn , tế bào chết nhuộm iot cho màu xanh.
Acetobacter orleameuse là một loại vi khuẩn hình que nhỏ, hơi đầu nhọn, có khả năng phát triển thành màng mỏng nhưng chắc chắn trên bề mặt dịch nuôi cấy Khi nhuộm iot, tế bào chết sẽ cho màu vàng Loại vi khuẩn này có thể phát triển trong dung dịch có nồng độ 10-12% rượu và tạo ra tới 9,5% acid acetic.
Acetobacter xylium là một vi khuẩn có khả năng tạo ra màng mạnh, thậm chí là màng dày, có thể nhuộm bằng iot và axit sunfuric để tạo màu xanh Loài này có khả năng tích tụ đến 4,5% axit axetic và thường được sử dụng kết hợp với nấm men trong quá trình sản xuất đồ uống có độ rượu thấp.
Acetobacter schilitzenbachii là một vi khuẩn hình que dài, không sinh bào tử và không có khả năng di chuyển, thuộc nhóm Gram âm Các tế bào già của vi khuẩn này tạo thành một màng chặt nhưng không chắc chắn Loại vi khuẩn này có thể được sử dụng trong sản xuất giấm theo phương pháp chìm và có khả năng tạo ra 11,5-12% acid acetic trong dịch nuôi cấy.
- Acetobacter curvum: tạo thành acid cao, có đặc tính tương tự Acetobacter schilitzenbachii, không tạo thành màng chắc, không làm bẩn vỏ bào và làm đục giấm.
- Acetobacter suboxydans: được dùng nhiều trong công nghiệp vitamin để sản xuất acid ascobic (vitamin C)
Giấm
Giấm là một chất lỏng acid được sản xuất từ quá trình lên men ethanol, trong đó ethanol được tạo ra từ sự lên men của các chất chứa tinh bột và đường Thành phần chính của giấm là acid acetic, chiếm khoảng 2-5% với pH từ 2.4-3.4, cùng với một lượng nhỏ đường và protein Giấm cũng chứa các vitamin B1, B2, C, có nguồn gốc từ quá trình trao đổi chất của vi sinh vật trong quá trình lên men Những vitamin này đóng vai trò quan trọng trong cơ thể con người, hỗ trợ các quá trình trao đổi chất và cung cấp dinh dưỡng cần thiết.
Giấm lên men có hai nhóm chính: giấm cất và giấm pha chế.
Giấm cất, hay còn gọi là giấm gạo, được sản xuất từ rượu gạo hoặc rượu nếp, kết hợp với lương thực, ngũ quả và đường thông qua quá trình lên men của vi khuẩn acid acetic Mỗi vùng nguyên liệu khác nhau sẽ tạo ra các loại giấm với hương vị đặc trưng riêng, phản ánh nét văn hóa ẩm thực của từng địa phương.
Giấm pha chế, hay còn gọi là giấm hóa học, được tạo ra từ acid acetic tinh luyện pha với nước mà không chứa thành phần dinh dưỡng nào khác Loại giấm này chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp luyện kim và làm sát khuẩn.
Nguyên liệu chính để sản xuất rượu là rượu, bên cạnh đó, có thể sử dụng các nguyên liệu gluxit từ nông nghiệp như tinh bột hoặc đường, hoặc kết hợp cả tinh bột và đường.
Trong trường hợp dùng nguyên liệu là đường hoặc tinh bột thì giai đoạn đầu là giai đoạn lên men rượu, sau đó chuyển thành rượu axit axetic.
Nếu là nguyên liệu khác sẽ trải qua các bước như sau: Đường hoá Rượu hoá VK/OXH
1 NL Có tinh bột acetic Đường rượu acid
2 NL Có đường Rượu acid acetic
3 NL Có rượu acid acetic
Dựa vào nguyên liệu lên men giấm, người ta chia thành 2 nhóm nguyên liệu chính:
Nguyên liệu chứa nhiều tinh bột: gạo, ngô, lúa mì, đại mạch…
Nguyên liệu chứa nhiều đường; Mật ong, nho, táo, điều…
Các phương pháp sản xuất acid acetic
Những phương pháp sản xuất axit axetic bao gồm:
Người ta có thể tạo ra axit axetic bằng phản ứng thủy phân axetic Anhydride trong thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục (CSTR).
Hình 1: Thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục CSTR
Sơ đồ nguyên lý của thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục (CSTR) cho thấy các thành phần chính của nó Bình phản ứng có thể tích V chứa dung dịch phản ứng được khuấy trộn đều nhờ cánh khuấy, hoạt động bởi động cơ điện Dung dịch phản ứng được cấp vào bình với lưu lượng Fı, nồng độ Ca và nhiệt độ nhất định.
T, sản phẩm hoàn thành được lấy ra có lưu lượng F2, nồng độ C12 và nhiệt độ T,điều khiển lưu lượng ra dùng van hoặc bơm; Vỏ thiết bị được được cấu tạo kiểuJacket chứa môi chất gia nhiệt, nhiệt được truyền qua thành bình phản ứng, điều chỉnh công suất nhiệt cấp cho phản ứng thông qua lưu lượng môi chất (có thể dùng van điều chỉnh hoặc bơm) Thiết bị phản ứng này xảy ra trong bình có một pha lỏng nên gọi là phản ứng đồng thể.[4]
Phương pháp hóa gỗ đã phát triển cùng với ngành khai thác và chế biến gỗ, cho phép sản xuất axit axetic từ nguyên liệu gỗ Bằng cách chưng cất gỗ lên men, người ta thu được hỗn hợp chứa nhiều chất, trong đó axit axetic chiếm tỷ lệ lớn Tuy nhiên, hiện nay phương pháp này không còn được ứng dụng rộng rãi.
Phương pháp hóa học để sản xuất axit axetic bao gồm quá trình oxy hóa axetaldehyd bằng mangan làm xúc tác, tiếp theo là chưng cất phân đoạn ở nhiệt độ từ 50-80°C Phản ứng oxy hóa này diễn ra để chuyển đổi axetaldehyd thành axit axetic hiệu quả.
Hiện nay, axit axetic được tổng hợp từ methanol và carbon monoxit thông qua phản ứng carbonyl hóa Trong quá trình này, methanol và carbon monoxit phản ứng với nhau để tạo ra axit axetic.
CH3OH + CO → CH3COOH
Phương pháp hỗn hợp sản xuất axit axetic bắt đầu bằng quá trình oxy hóa hydrat cacbon có mạch cacbon ngắn như propan và butan, tạo ra acid acetal dehyt, formaldehyde methanol và acetone Tiếp theo, acetaldehyd được oxy hóa để chuyển hóa thành axit axetic Cuối cùng, khối thủy phân này được trung hòa và lên men để thu được dung dịch chứa axit axetic.
- Thành phần dinh dưỡng giấm ăn:
Giấm ăn chứa 18 loại acid amin mà cơ thể không tự tổng hợp được, bao gồm 8 loại acid amin từ thực vật Sự tổng hợp acid hữu cơ trong giấm làm tăng vị chua thanh và dịu ngọt của thực phẩm, giúp kích thích cảm giác thèm ăn và lưu lại hương vị lâu trong miệng.
Bên cạnh đó, nó có chứa Vitamin B, B1, C và các nguyên tố vi lượng Ca,
Giấm là một nguyên liệu có ít calo và chất dinh dưỡng, với lượng calo và thành phần dinh dưỡng khác nhau tùy thuộc vào loại giấm Nghiên cứu cho thấy hầu hết các loại giấm không chứa natri và đường, làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng để tăng hương vị cho thực phẩm trong chế độ ăn kiêng Tuy nhiên, không phải tất cả các loại giấm đều hoàn toàn không chứa calo.
Mặc dù giấm chứa một số vitamin và khoáng chất, nhưng nó không phải là nguồn dinh dưỡng phong phú, không cung cấp đủ lượng vitamin và khoáng chất cần thiết cho nhu cầu hàng ngày.
- Thành phần hóa học của môi trường lên men gồm:
Carbohydrate là nguồn dinh dưỡng thiết yếu cho vi sinh vật, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho tế bào Bên cạnh đó, carbohydrate còn là nguyên liệu cần thiết để hình thành các thành phần cấu tạo của tế bào vi sinh vật.
Trong môi trường lên men, carbohydrate thường được cung cấp dưới dạng dịch chiết có đường, mật rỉ, hoặc các nguyên liệu và bãi thải chứa đường và tinh bột Trước khi tiến hành lên men, các nguyên liệu chứa tinh bột thường được thủy phân thành đường.
Phosphate vô cơ: đóng vai trò quan trọng trong sự trao đổi năng lượng.
Trong lên men, các muối phosphate vô cơ được dùng phổ biến là (NH4)3PO4 và K3PO4.
Nitơ là yếu tố quan trọng trong quá trình tổng hợp protein và nhiều hợp chất sinh học khác của tế bào vi sinh vật Trong môi trường lên men, nitơ thường được cung cấp dưới dạng muối nitrat, hợp chất amoni hoặc các chất có nguồn gốc vi sinh vật.
Vitamin và nguyên tố vi lượng là những chất thiết yếu cho sự phát triển và hoạt động sống của vi sinh vật Mặc dù chỉ cần một lượng nhỏ, nhưng chúng có vai trò quan trọng và đa dạng trong việc duy trì sự sống bình thường của các vi sinh vật.
Thành phần dinh dưỡng của giấm
Giấm ăn chứa 18 loại acid amin thiết yếu mà cơ thể con người không tự tổng hợp được, trong đó có 8 loại acid amin từ thực vật Sự tổng hợp các acid hữu cơ trong giấm tạo ra vị chua thanh và dịu ngọt, giúp kích thích vị giác và làm cho món ăn trở nên hấp dẫn hơn.
Bên cạnh đó, nó có chứa Vitamin B, B1, C và các nguyên tố vi lượng Ca,
Giấm là một lựa chọn lý tưởng cho chế độ ăn kiêng nhờ vào hàm lượng calo và chất dinh dưỡng thấp Mỗi loại giấm có lượng calo và thành phần dinh dưỡng riêng, nhưng hầu hết đều không chứa natri và đường, giúp tạo hương vị đặc trưng cho thực phẩm Tuy nhiên, cần lưu ý rằng không phải tất cả các loại giấm đều hoàn toàn không có calo.
Mặc dù giấm chứa một số vitamin và khoáng chất, nhưng nó không phải là nguồn cung cấp dinh dưỡng dồi dào, và không đáp ứng đáng kể nhu cầu vitamin và khoáng chất hàng ngày.
Quá trình lên men
Lên men là quá trình nuôi cấy vi sinh vật nhằm tạo ra sinh khối hoặc thúc đẩy sản xuất các sản phẩm trao đổi chất như axit, khí hoặc rượu từ đường Quá trình này có thể diễn ra trong nấm men hoặc vi khuẩn, cũng như trong tế bào cơ khi thiếu oxy, như trong lên men axit lactic Ngoài ra, lên men còn được sử dụng để tăng sinh khối vi sinh vật trong môi trường sinh trưởng và tích lũy các sản phẩm hữu ích cho con người Khoa học nghiên cứu về sự lên men được gọi là "zymology".
Quá trình lên men là một dạng trao đổi chất, trong đó các chất hữu cơ, chủ yếu là đường, được biến đổi nhờ tác động của enzyme từ vi sinh vật Lên men có thể được phân loại thành hai loại chính: lên men yếm khí và lên men hiếu khí.
Lên men yếm khí là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp thành hợp chất đơn giản thông qua enzyme, diễn ra mà không cần oxy phân tử.
Ví dụ lên men rượu, lên men axetonbutylic, lên men lactic…
Lên men hiếu khí là quá trình phân giải đường thành các hợp chất đơn giản, yêu cầu oxy tự do Một số ví dụ tiêu biểu của quá trình này bao gồm lên men axetic và lên men xitric.
Trong sản xuất lên men, vi sinh vật như nấm mốc, nấm men và vi khuẩn được sử dụng để tạo ra các sản phẩm đa dạng Các sản phẩm này được phân loại thành công nghiệp lên men cổ điển và hiện đại dựa trên tính chất của chúng.
Công nghiệp lên men cổ điển là quá trình sản xuất các sản phẩm có phân tử lượng nhỏ hơn nguyên liệu ban đầu thông qua phương pháp lên men Những sản phẩm này có thể được thay thế bằng các phương pháp hóa học, như trong sản xuất rượu, axit lactic và axit acetic.
Công nghệ lên men hiện đại tạo ra các sản phẩm phức tạp, khác biệt hoàn toàn so với nguyên liệu ban đầu, và không thể thay thế bằng các phương pháp hóa học Một số ví dụ điển hình bao gồm việc sản xuất vitamin và kháng sinh.
Lên men men giấm (acid acetic) là quá trình oxy hóa rượu ethanol thành acid acetic nhờ vi khuẩn acetic (thuộc chi Acetobacter) trong điều kiện hiếu khí.[1]
2.5.2.Biến đổi sinh hoá trong quá trình lên men
Lên men là quá trình oxy hóa – khử sinh học, trong đó enzyme xúc tác đóng vai trò quan trọng để thu năng lượng và tạo ra các hợp chất trung gian cần thiết cho sự hoạt động của tế bào vi sinh vật.
Hình 2: Tổng quan về quá trình lên men
Lên men là quá trình thu năng lượng, trong đó hydro được tách ra khỏi cơ chất và chuyển đến chất tiếp nhận cuối cùng là hợp chất hữu cơ Hợp chất này sau đó được khử và tích tụ trong môi trường dinh dưỡng Tùy thuộc vào sản phẩm cuối cùng chiếm ưu thế, quá trình lên men có thể được phân loại thành lên men rượu, lên men lactic hay lên men butilic.
Lên men acetic là quá trình oxy hóa ethanol thành acid acetic dưới điều kiện hiếu khí, với sự tham gia của vi khuẩn acetic làm tác nhân chuyển hóa Quá trình này bao gồm các phản ứng liên tiếp diễn ra trong môi trường có oxy.
Hầu hết axit acetic giấm được sản xuất thông qua quá trình carbonyl hóa methanol, trong đó methanol và carbon monoxide phản ứng để tạo ra axit acetic.
CH3OH + CO → CH3COOH
Quá trình này liên quan đến chất trung gian iodomethan, và diễn ra theo 3 bước Chất xúc tác, thường là phức chất kim loại, được dùng trong bước 2.
CH3COI + H O → CH COOH + HI2 3
Hình 3: Quá trình lên men Ethanol
Phương trình tổng quát chuyển hóa ethanol thành acid acetic:
Cơ chế phản ứng chuyển hóa ethanol thành acid acetic
Hình 4: Cơ chế phản ứng chuyển hóa ethanol thành acid acetic
- Những vi sinh vật gây hại giấm
Giấm bị đục và giảm độ chua do quá trình oxy hoá rượu thành giấm gặp hiện tượng oxy hoá thành CO2 và nước Nguyên nhân chủ yếu là do các nấm men thuộc giống Candida mycoderma và các vi khuẩn acetic khác, dễ bị oxy hoá acid acetic, tạo ra màng nhầy trên bề mặt, làm giảm chất lượng sản phẩm.
Lươn giấm chủ yếu ăn vi khuẩn acetic, bên cạnh đó cũng tiêu thụ một phần rượu, acid acetic và các khoáng chất hòa tan Mặc dù chúng không ảnh hưởng đến hiệu suất lên men và không độc hại với con người, nhưng nếu tồn tại với số lượng lớn, chúng có thể làm vỡ mạng giấm, dẫn đến việc giấm trở nên đục.
Bọ giấm thường xuất hiện ở những khu vực có độ ẩm và chất dinh dưỡng cao, với hai loại chính: loại lớn màu trắng và loại nhỏ màu nâu, thường sống dưới nắp đậy thùng lên men Khi bọ giấm xuất hiện, lươn giấm sẽ biến mất, và sau khi lươn giấm không còn, bọ giấm cũng sẽ hết.
Ruồi giấm, với màu nâu đỏ đặc trưng, thường phát triển trên và dưới thùng men, có khả năng làm giảm độ axit Chúng sinh sản ấu trùng, ăn vi khuẩn acetic và dịch rượu giấm, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Các chỉ tiêu trong sản xuất giấm
- Phải được chưng cất và đóng gói trong điều kiện vệ sinh tối ưu
- Các nguyên liệu thô trong sản xuất phải có nguồn gốc từ nông nghiệp
- Các kim loại gây ô nhiễm không được lớn hơn lượng cho phép: Thạch tín (1mg/kg); Chì (10mg/kg); Đồng và kẽm (10mg/kg); Sắt (10mg/kg).
- Không chất phụ gia bắt nguồn từ vi sinh vật gây hại
- Lượng acid acetic không ít hơn 5%
- Không có vị ngọt nhân tạo; có các chỉ tiêu cảm quan
Yêu cầu cảm quan đối với giấm lên men được quy định trong Bảng 1
Tên chỉ tiêu Yêu cầu
Màu sắc Màu đặc trưng tùy thuộc vào nguyên liệu được sử dụng Mùi Mùi đặc trưng của sản phẩm, nguyên liệu không có mùi lạ
Vị Vị chua đặc trưng của sản phẩm
Trạng thái Dạng lỏng, đồng nhất
Bảng 1: Các yêu cầu cảm quan với giấm lên men
Các chỉ tiêu hóa học
Hàm lượng axit tổng số, tính theo acid acetic, g/100ml không nhỏ hơn
Hàm lượng etanol dư, phần trăm thể tích không lớn hơn 1,5
Bảng 2: Các chỉ tiêu hoá học
Công nghệ lên men sản xuất giấm
2.6.1 Công nghệ lên men acid acetic
Trong lịch sử nhân loại, axit acetic, dưới dạng giấm, được sản xuất bởi vi khuẩn axit acetic thuộc chi Acetobacter Khi có đủ oxy, các vi khuẩn này có khả năng tạo ra giấm từ nhiều loại thực phẩm khác nhau như rượu táo, rượu vang, ngũ cốc, gạo, mạch nha và khoai tây lên men Phản ứng hóa học chủ yếu do các vi khuẩn này thực hiện là quá trình lên men.
Dung dịch rượu loãng kết hợp với Acetobacter và được bảo quản ở nơi thoáng khí, ấm sẽ sản xuất giấm trong vài tháng Để tăng tốc độ phản ứng trong quy trình sản xuất công nghiệp, người ta cung cấp thêm oxy cho vi khuẩn.
Lên men acetic là quá trình oxy hóa rượu thành acetic acid nhờ vi khuẩn acetic trong điều kiện hiếu khí.[4]
C2H5OH + O2 → CH3COOH + H O + 117 Kcal2 Đầu tiên, rượu ethanol bị oxy hóa thành acetaldehyd, chất này chuyển thành hydratacetaldehyd, sau đó hydratacetaldehyd bị oxy hóa thành acetic:
CH 3 CH2OH CH3CHO CH3CH(OH)2 CH3COOH
Ancoldehydrogenase và Aldehyd dehydrogenase là hai enzyme quan trọng trong quá trình chuyển hóa rượu trong tế bào vi khuẩn Để các phản ứng này diễn ra, C2H5OH và O2 cần được thẩm thấu vào trong tế bào Khi đó, các enzyme oxy hóa trong tế bào sẽ tiến hành oxy hóa rượu, tạo thành CH3COOH Sản phẩm CH3COOH sau đó sẽ thoát ra khỏi tế bào và hòa tan trong dung dịch môi trường.
Hình 5: Quá trình oxy hoá rượu thành acid acetic
Various types of alcohol, sugars, and certain acids can be oxidized by acetic bacteria For instance, butylic alcohol can be transformed into butyric acid, propyl alcohol into propionic acid, glycerin into dihydroxyacetone, sorbitol into sorbose, mannitol into fructose, arabinose into arabinic acid, glucose into gluconic acid, and lactic acid into pyruvic acid.
2.6.2 Các phương pháp lên men acetic
Có hai phương pháp lên men acetic: chậm và nhanh.
Phương pháp “Orléans” hay còn gọi là phương pháp “Pháp” hoặc “liên tục” là một trong những phương pháp sản xuất giấm lâu đời nhất, được phát triển tại Pháp và vẫn được áp dụng cho đến nay để tạo ra giấm chất lượng cao Quy trình này là quá trình lên men chậm và liên tục, diễn ra trong các thùng gỗ lớn với dung tích trên 200 lít, có tỷ lệ đường kính/chiều cao cao, với nguyên liệu chiếm từ 1/2 đến 1/3 thể tích thùng Môi trường lên men bao gồm dịch giấm đã lên men khoảng một tuần và rượu vang cao cấp, với tỷ lệ khoảng 4-5:1, cụ thể là 65-75 lít giấm và 15 lít rượu vang.
Quá trình acetyl hóa diễn ra chậm ở bề mặt chất lỏng, nơi có đủ oxy hòa tan từ không khí trên bề mặt thùng lên men Sau khoảng 1 tháng lên men, khi đạt độ chua và hương vị mong muốn, giấm sẽ được rút ra tương đương với lượng rượu vang ban đầu và bổ sung thêm rượu vang để tiếp tục quá trình lên men Việc rút giấm và bổ sung rượu diễn ra định kỳ hàng tuần Sau 8–14 tuần, tùy vào điều kiện sản xuất, lượng giấm thu được sẽ đạt từ 2/3 đến 3/4 lượng môi trường lên men ban đầu, trong khi phần giấm còn lại trong thùng sẽ được sử dụng làm chất nuôi cấy cho quá trình acetyl hóa tiếp theo.
Phương pháp sản xuất này gặp phải một số nhược điểm chính như sự xáo trộn của lớp màng vi khuẩn trong quá trình rút giấm hoặc bổ sung rượu vang, thời gian sản xuất kéo dài và yêu cầu không gian lắp đặt lớn Để khắc phục những vấn đề này, việc sử dụng dăm bào gỗ như chất mang cố định tế bào có thể hỗ trợ cho lớp màng vi khuẩn.
Các thùng lên men được thiết kế với các lỗ bên để tạo điều kiện cho việc lưu thông không khí, đồng thời phễu nạp liệu có ống sâu xuống đáy thùng cho phép thêm rượu mà không làm xáo trộn màng vi khuẩn.
Hình 6: Thùng lên men giấm tiêu chuẩn theo phương pháp “lên men chậm”
Hiện nay, các công ty sản xuất giấm áp dụng phương pháp Orléans với thùng gỗ sồi và vi khuẩn bản địa hoặc được chọn lọc Quá trình sản xuất kéo dài từ 12 tháng đến vài năm, diễn ra ở nhiệt độ ổn định từ 21–30°C và trong điều kiện tối hoàn toàn, như trong các hầm chứa Các lỗ thông gió trên thùng gỗ không chỉ giúp lưu thông không khí mà còn cho phép các sản phẩm phụ của quá trình lên men thoát ra, từ đó bảo đảm hương vị của giấm thành phẩm không bị ảnh hưởng.
Hương vị của giấm được hình thành từ nguyên liệu thô như rượu vang, các sản phẩm phụ do vi khuẩn acetic tạo ra trong quá trình acid hóa, cũng như các hợp chất chiết xuất từ thùng gỗ trong quá trình lên men phụ Quy trình sản xuất giấm theo phương pháp Orléans truyền thống chậm mang đến sự phức tạp về hương vị, với đặc trưng mịn màng và vị trái cây, thường được xem là có chất lượng cao Đặc biệt, phương pháp này không sử dụng gia nhiệt, không bổ sung chất bảo quản và không thanh trùng nguyên liệu, giúp giữ nguyên hương vị đặc trưng của nguyên liệu và thành phẩm.
Trong phương pháp sản xuất giấm chậm, quá trình lên men phụ đóng vai trò quan trọng, đặc biệt trong sản xuất giấm balsamic và các sản phẩm giấm đặc sản khác Giá trị của sản phẩm phụ thuộc vào chất lượng, thời gian lên men phụ và độ hiếm Các loại giấm cao cấp thường được chế biến từ rượu ngon, được ủ ít nhất 12 năm mà không sử dụng phụ gia như caramel, một chất thường thấy trong ngành công nghiệp giấm.
Phương pháp nhanh hay còn gọi là phương pháp “Đức” là quy trình sản xuất giấm cải tiến nhằm tối ưu hóa tỷ lệ và sản lượng axit acetic Phương pháp này, được phát triển bởi Johann Sebastian Schüzenbach vào năm 1823, đã được áp dụng trong hơn một thế kỷ Trọng tâm của quy trình là thùng lên men (acetator) làm bằng gỗ hoặc thép, chứa đầy dăm gỗ, than củi và các chất mang khác, giúp vi khuẩn acetic phát triển Điểm khác biệt lớn nhất của phương pháp này so với các phương pháp trước là việc bổ sung không khí chủ động qua các lỗ sục khí Trong sản xuất giấm công nghiệp, có ba phương pháp chính: phương pháp lên men chậm (Orléans), phương pháp lên men nhanh và phương pháp lên men chìm, trong đó phương pháp lên men chìm theo mẻ là phổ biến nhất.
Phương pháp lên men ở trạng thái rắn (SSF) được áp dụng rộng rãi ở một số nước châu Á để sản xuất giấm từ ngũ cốc, bao gồm cả quá trình lên men rượu.
Hình 7: Thùng lên men giấm theo ph ơngƣ pháp nhanh (ph ơngƣ pháp
“Đức”) với dăm bào gỗ
Nguyên liệu, như rượu hoặc chất lỏng có cồn khác, được phun từ trên thùng lên men để tăng cường bề mặt tiếp xúc với vi khuẩn acetic trên lớp vỏ bào Quá trình acetyl hóa hoàn toàn diễn ra trong khoảng 3–7 ngày ở nhiệt độ tối ưu từ 27–30°C Việc kiểm soát nhiệt độ trong quá trình lên men là rất quan trọng, vì sự oxy hóa sinh nhiệt có thể gây hại cho vi khuẩn và ngừng quá trình này Sau khi hoàn tất, khoảng 2/3 giấm sẽ được lấy từ đáy thùng lên men, và một lượng nguyên liệu tương đương sẽ được bổ sung tiếp tục.
Giấm được sản xuất bằng phương pháp hiện đại có nồng độ axit acetic cao (lên đến 14%) và thường cần pha loãng với nước trước khi sử dụng Phương pháp này có ưu điểm nổi bật là thời gian sản xuất ngắn, yêu cầu không gian lắp đặt nhỏ và chi phí vận hành thấp hơn so với phương pháp lên men chậm truyền thống Tuy nhiên, nhược điểm của nó là có thể gây tổn thất sản phẩm do bay hơi trong quá trình sục khí và cần thay thế dăm gỗ ít nhất mỗi năm một lần Các thùng lên men này vẫn được sử dụng rộng rãi trên thế giới và đã được cải tiến qua nhiều năm, phát triển thành các thiết bị lên men hiện đại cho quá trình lên men chìm trong công nghiệp.
- Phương pháp lên men chìm
Phương pháp lên men chìm nhanh đã được áp dụng từ giữa những năm
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
- Các cấu tử của môi trường
Một trong những thành phần chủ yếu của quá trình lên men đó là gluxit.
Năng lượng không chỉ là nguồn cung cấp thiết yếu mà còn cung cấp vật liệu xây dựng cần thiết cho việc tổng hợp các cấu tử của tế bào Trong các thí nghiệm, các chất này thường được đưa vào dưới dạng hợp chất thuần, đặc biệt là glucose Tuy nhiên, trong ngành công nghiệp, sự đa dạng của các nguồn cung cấp này lớn hơn rất nhiều.
Phosphat có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa năng lượng của hệ thống sinh học.
Nitơ là thành phần thiết yếu trong protein, axit nucleic và nhiều hợp chất phức tạp của sự sống Nhiều vi sinh vật có khả năng đồng hóa nitơ dưới dạng ion amoni, trong khi một số khác có thể sử dụng nitrat.
Các yếu tố vi lượng
Ngoài các nguyên tố chính, nguyên tố vi lượng cũng đóng vai trò quan trọng trong cơ thể Chúng hoạt động hiệu quả ngay cả ở nồng độ rất thấp, ví dụ như b - analin có tác dụng rõ rệt khi nồng độ chỉ đạt 1:108.
Các nguyên tố vi lượng và các chất khác ở dạng vết là những yếu tố quan trọng cho sự sinh trưởng, thường có trong nguyên liệu ban đầu khi chuẩn bị cơ chất hoặc được bổ sung trong quá trình lên men.
- Các nhân tố bên ngoài
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của vi sinh vật, vì vậy nó được sử dụng để điều chỉnh quá trình lên men Nhiệt độ không chỉ tác động đến chất lượng sản phẩm mà còn ảnh hưởng đến vận tốc tạo thành và giải phóng sản phẩm trong quá trình sinh tổng hợp.
Các vi sinh vật có tốc độ sinh trưởng tối ưu ở một mức pH nhất định và có thể bị tiêu diệt hoặc mất hoạt tính khi pH vượt quá giới hạn Mỗi loại vi sinh vật tồn tại ở các pH tối ưu khác nhau, do đó cần điều chỉnh pH phù hợp với từng loại vi sinh vật để đảm bảo sự phát triển và hoạt động hiệu quả của chúng.
Ảnh hưởng của hàm lượng O2
Tùy thuộc vào bản chất của quá trình lên men hiếu khí hay kỵ khí, việc cung cấp oxy cần được điều chỉnh phù hợp Một số quá trình lên men như lên men axetic yêu cầu cung cấp oxy liên tục, trong khi lên men rượu chỉ cần oxy trong giai đoạn đầu Ngược lại, có những quá trình lên men không cần oxy trong suốt quá trình.
Quá trình lên men chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm điều kiện yên tĩnh hay khuấy đảo, và những yếu tố này sẽ tác động khác nhau đến từng loại quá trình lên men.
Quy trình sản xuất giấm
Hình 8: Sơ đồ quy trình sản xuất giấm trong công nghiệp
Mục đích của việc tạo sự đồng nhất giữa các nguyên liệu là để đảm bảo chúng phân bố đều trong hỗn hợp, từ đó chuẩn bị cho quá trình lên men sau này được hiệu quả hơn và đạt hiệu suất tối ưu nhất.
Là công đoạn quan trọng nhất của quy trình
Mục đích của quá trình này là chuyển hóa rượu thành acid acetic thông qua vi khuẩn acetic trong điều kiện hiếu khí Sau khi chuẩn bị giống vi khuẩn đủ mạnh, các thiết bị lên men được thiết lập, và tùy theo phương pháp, các chất mang phù hợp sẽ được sử dụng để làm trong dịch lên men Khi thùng lên men đã sẵn sàng, cần cấy men vào và đổ dung dịch cần lên men vào thùng, đồng thời đảm bảo cung cấp đủ oxy cho quá trình.
Dung dịch giấm sau khi sản xuất thường có nồng độ thấp Để tăng nồng độ, cần tiếp tục cho giấm vừa tạo đi qua môi trường lên men Việc lặp lại quá trình này nhiều lần sẽ giúp giấm đạt được nồng độ cao hơn.
Quá trình lên men của rượu thành giấm cần phải được duy trì cho đến khi rượu hoàn toàn chuyển hóa Trong thời gian này, các thùng giấm phải được đậy kín để ngăn chặn oxy xâm nhập, vì sự hiện diện của oxy sẽ làm giảm hoạt động của vi khuẩn tạo acid acetic và enzyme, dẫn đến sự phân hủy.
Quá trình lão hóa giấm là giai đoạn quan trọng để hình thành và hoàn thiện sản phẩm Trong thời gian này, các este được tạo ra, giúp giảm bớt mùi chua gắt đặc trưng của giấm tươi Màu sắc của giấm cũng thay đổi, dao động từ vàng, nâu đến đen.
Giấm cần được lão hoá và lọc qua nước trước khi đóng chai Sau khi cho giấm vào chai, hãy đậy nắp thật kín để ngăn không khí xâm nhập, sau đó tiến hành khử trùng giấm.
Giấm có tính ăn mòn mạnh, có thể làm hỏng các vật liệu như sắt, thép và kẽm Do đó, chỉ nên sử dụng các vật liệu an toàn như gỗ, nhôm và thủy tinh để chứa giấm.
Thiết bị và máy móc trong sản xuất giấm
Trung tâm của hệ thống sản xuất giấm là thiết bị lên men (acetator), có khả năng thích ứng với nhiều loại giấm như rượu mạnh, rượu vang và trái cây Công nghệ này nổi bật với quy trình sản xuất hoàn toàn dựa trên các quá trình sinh học, tự động hóa cao, dễ dàng trong việc xử lý và chi phí bảo trì thấp.
Máy sục khí cho thùng lên men là thiết bị phụ trợ quan trọng trong quá trình lên men giấm chìm, đóng vai trò cung cấp và phân phối oxy Việc trộn không khí đồng nhất và chuyên sâu, cùng với các chất bổ sung như rượu, nước và chất dinh dưỡng, là nguyên tắc cơ bản để sản xuất giấm hiện đại hiệu suất cao Hiệu suất của thiết bị sục khí trong việc cung cấp oxy cho dịch lên men là rất quan trọng, vì vi khuẩn acetic sẽ chết ngay lập tức nếu không được cung cấp đủ oxy.
Máy khử bọt đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men giấm chìm, giúp loại bỏ bọt nhanh chóng và hiệu quả Bọt chứa các chất không hòa tan từ nguyên liệu thô, và nếu không được xử lý, vi khuẩn có thể chết do thiếu dinh dưỡng, dẫn đến giảm hiệu suất lên men và gây ra các vấn đề ô nhiễm.
Máy lọc khí thải và bình ngưng là thiết bị quan trọng trong việc làm sạch khí thải và thu hồi các thành phần giá trị Chúng hoạt động dựa trên nguyên lý hấp thụ vật lý, với cấu trúc chặt chẽ bao gồm các cột hấp thụ và bể chứa chất hấp thụ, được kết nối với hệ thống tự động hóa.
Máy bơm đặc biệt bao gồm bơm cố định và di động, với bơm cố định được sử dụng cho việc sạc và xả máy hút khí, đảm bảo an toàn, mạnh mẽ, chống acid và có khả năng bơm chất lỏng với tỷ lệ khí cao, như trong hệ thống lên men Bên cạnh đó, bơm di động, bao gồm ống hút và ống áp lực, hỗ trợ bơm chất lỏng vào các bồn chứa không có dây chuyền lắp đặt cố định, giúp giảm chi phí.
Máy trộn xung khí là thiết bị lý tưởng để trộn nhanh chóng một lượng lớn chất lỏng, bao gồm cả việc trộn giấm thành phẩm nhằm đảm bảo độ đồng nhất trước khi đưa vào các thùng chứa Nguyên lý hoạt động của máy là phá vỡ các bong bóng khí lớn, giúp chất lỏng lưu thông mạnh mẽ khi chúng nổi lên.
Vật tư tiêu hao và vật liệu phụ trợ đóng vai trò quan trọng trong sản xuất giấm công nghiệp, bao gồm các chất dinh dưỡng bổ sung, chất làm trong, phương tiện lọc giấm và khí, cùng với các vật tư tiêu hao như lớp lọc và màng Ngoài ra, các chất tẩy rửa, thuốc thử, hóa chất phân tích và chất ổn định môi trường cũng là những thành phần thiết yếu trong quy trình này.
2.9.3 Ứng dụng của giấm Đẩy lùi bệnh tật: có axit hữu cơ nhiều xúc tiến thay thế đường và làm cho axit lactic và acid acetic tồn trữ trong cơ bắp gây nên việc phân giải các chất gây mệt mỏi nên hết bệnh Điều tiết ổn định môi trường acid, kiềm trong cơ thể
Thức ăn chua có thể cải thiện hệ tiêu hóa bằng cách nâng cao độ axit trong dịch dạ dày, kích thích tiết dịch tiêu hóa từ não bộ, từ đó tăng cường chức năng tiêu hóa Ngoài ra, các chất trong giấm và acid amin có tác dụng diệt khuẩn, kháng độc, hỗ trợ trong việc phòng ngừa huyết áp cao, sơ cứng động mạch và béo phì Đồng thời, chúng cũng giúp tăng cường chức năng bài tiết của thận, góp phần ngăn ngừa sỏi thận trong cơ thể.
Giấm trắng có tính chất kháng khuẩn, rất hiệu quả trong việc làm sạch bề mặt đồ dùng và thiết bị gia đình như bàn, ghế, chén dĩa Ngoài ra, giấm trắng còn được sử dụng để diệt cỏ dại và giúp hoa tươi lâu hơn khi cắm.
