Công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men từ phế liệu rau quả

Công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men từ phế liệu rau quả

LỜI MỞ ĐẦU

 Trong chế biến rau quả, lượng nguyên liệu loại ra chiếm tới 50% khối lượng nguyên liệu rau quả đưa vào chế biến Phế liệu rau quả bao gồm:

• Các cá thể rau quả hay bộ phận của nó không đạt quy cách chế biến sản phẩm như xanh quá, chín quá, bầm dập, sâu bệnh, không đạt kích thước yêu cầu

• Các bộ phận không ăn được hoặc ăn được nhưng có giá trị dinh dưỡng thấp như vỏ, hạt, lõi, bã…

• Các phế thải này chứa các chất dinh dưỡng như tinh bột, đường, protein, lipit, vitamin, tinh dầu…với hàm lượng khác nhau, tùy thuộc nguồn gốc, độ chín, bộ phận và phương pháp chế biến

 Dưới tác dụng của vi sinh vật tồn tại trong thiên nhiên, phế liệu rau quả bị phân hủy làm ô nhiễm nhà máy, bãi đổ, ruộng đồng, nguồn nước nếu không được sử dụng thích đáng

 Từ các phế thải của công nghiệp chế biến rau qủa (đồ hộp, sấy, lạnh đông) có thể sản xuất cồn, rượu vang, giấm, tinh dầu, pectin, dầu béo, bánh kẹo, thức ăn gia súc và phân bón

Vì vậy tận dụng phế liệu không chỉ đem lại lợi nhuận cho xí nghiệp, của cải cho xã hội mà còn góp phần bảo vệ sinh quyển được trong sạch và cân bằng là hướng quan tâm ngày càng nhiều của các nhà kinh tế, kỹ thuật

 Trong những năm gần đây đã có nhiều thành tựu kỹ thuật mới trong lãnh vực tận dụng phế liệu công nghiệp nói chung, phế liệu rau quả nói riêng Đặc biệt là ứng dụng phương pháp lên men từ phế liệu rau quả để sản xuất những sản phẩm như acid hữu cơ, dấm, cồn…

PHẦN 1: ACID HỮU CƠ

1 ACID ACETIC

1.1 Giới thiệu

- Công thức hóa học: CH3COOH

- Khối lương phân tử của acid acetic là 60,05

- Acid acetic ở dạng lỏng có mùi xốc rất đặc trưng, nhiệt độ bốc hơi:400C, nhiệt độ sôi: 117÷1180C, nhiệt độ bão hòa:16÷170C

- Acid acetic hoàn toàn tan trong nước, cồn, ester, benzen, axeton, và trong cloroform

- Acid acetic rất bền với chất oxy hóa như acid chromic, permanganate Chúng có khả năng hòa tan celulose, các hợp chất tương tự cellulose Chúng cò khả năng phân hủy da, gây bỏng da, ăn mòn nhiều kim loại

- Acid acetic hiện nay được điều chế bằng nhiều phương pháp :

+ Phương pháp hóa gỗ

+ Phương pháp hóa học

+ Phuơng pháp sinh học

+ Phương pháp kết hợp

- Nhưng hiện nay acid acetic được điều chế chủ yếu bằng phương pháp lên men, so với các phương pháp khác thì phương pháp lên men có rất nhiều ưu điểm:

- Nguyên liệu sản xuất bằng phương pháp lên men rất rẻ tiền Có thể sử dụng nguyên liệu chứa đường ( nước ép trái cây, nước trái dừa, 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 trải qua ba giai đoạn chuyển hóa

+ Giai đoạn chuyển hóa tinh bột thành đường

+ Giai đoạn chuyển hóa đường thành cồn

+ Giai đoạn chuyển hóa cồn thành acid acetic

- Nếu sản xuất từ nguyên liệu chứa đường thì qua hai giai đoạn chuyển hóa:

+ Giai đoạn chuyển hóa đường thành cồn

+ Giai đoạn chuyển hóa cồn thành acid acetic

- Nếu sản xuất từ nguyên liệu đã chứa cồn thì chỉ cần tạo điều kiện thuận lợi để vi khuẩn acetic chuyển cồn thành acid

- 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

- Công nghệ sản xuất acid acetic hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường

- Acid tổng hợp bằng phương pháp hữu cơ có nồng độ rất cao từ 96÷99,5%

- Acid acetic sử dụng trong thực phẩm thường dưới dạng lỏng chứa 3÷4% acetic và được gọi là giấm

 Giấm

 Giấm là dung dịch acid acetic loãng được sản xuất bằng phương pháp lên men qua hai

giai đoạn Giai đoạn thứ nhất, quá trình lên men đường được biến đổi thành rượu bằng

nấm men, giống nấm men thông thường dùng là S.cerevisiae , trong khi đó giai đoạn thứ hai, giống vi khuẩn Acetobacter (vi khuẩn acetic) oxi hóa rượu thành acid acetic.

1.2 Nguồn nguyên liệu:

1.1.1 Nguyên liệu

- Nguyên liệu sản xuất giấm bằng phương pháp lên men có thể từ :

+ nguyên liệu chứa tinh bột:khoai tây, gạo, khoai lang, lúa mì, lúa mạch…

+ nguyên liệu chứa đường: nước ép trái cây, trái cây ( dứa, chuối, táo ,lê…)

+ nguyên liệu chứa cồn: rượu vang, rượu táo, rượu mạnh…

- Tóm lại nguyên liệu sản xuất giấm rất đa dạng như sản xuất cồn nhưng ở Việt Nam chủ yếu từ chuối, dứa, gạo, rượu cất

- Ở bài báo cáo này chỉ đề cập đến nguyên liệu từ phế liệu rau trái như bã dứa, vỏ chuối, vỏ khoai tây…

- Vậy có thể chia nguyên liệu điều chế giấm từ 2 nguồn:

 Nguyên liệu là phế liệu các loại quả có chứa đường: bã dứa, chuối…

• Phế liệu các loại quả có chứa đường thu được sau khi sản xuất mứt, nước quả, quả muối chua, quả khô… mà còn chứa một lượng đường không dưới 8% thì có thể dùng để sản xuất giấm

• Các phế liệu này không thể chế biến ngay trong thời kỳ nhà máy đang sản xuất các mặt hàng chính nên người ta thường sấy khô chúng ( đến độ ẩm không quá 8%) rồi bảo quản trong các bao hoặc thùng

• Có thể bảo quản phế liệu ( bã ) trong các thùng, hộp hoặc bể có cho thêm nấm men khi điều kiện không khí xâm nhập khó khăn Trong trường hợp này rượu và acid cacbonic tạo ra do sự lên men đường bởi nấm men là yếu tố bảo quản

• Bã trong các thùng, hộp, bể được nén chặt bằng các dầm nén , hoặc các tấm gỗ, rôúi tưới đều dịch canh trường nấm men với lượng 2-3 l trên 100 kg bã Người ta sản xuất nấm men ở dạng canh trường thuần khiết, cũng như người ta dùng nấm men khoẻ lấy từ vang non Thời gian lên men bã là 6-7 ngày Bã sau khi lên men có thể được bảo quản được 2- 3 thang

 Nguyên liệu từ phế liệu chứa tinh bột: vỏ khoai tây

Bảng 1: Thành phần vỏ khoai tây

Thành phần

Hàm lượng (%)

1.1.2 Vi sinh vật lên men acid acetic

- Có rất nhiều loài vi sinh vật có khả năng lên men để tạo ra acid acetic Tất cả các vi khuẩn có khả năng lên men tạo ra acid acetic được gọi chung là vi khuẩn acetic Các loài vi sinh vật acetic không chỉ có khả năng lên men cồn để tạo thành acid acetic, mà còn có khả năng chuyển hóa được rượu propionic thành acid propionic và chuyển hóa rượu butyric thành acid butylic

- Các loài vi sinh vật acetic không thể oxy hóa được rượu bậc cao và rượu metylic

- Các loại vi sinh vật acetic là những loài hiếu khí mạnh Trong điều kiện môi trường đầy đủ và lượng oxy được cung cấp liên tục, chúng có thể tăng sinh khối sau 12 giờ gấp 17 triệu lần so với sinh khôi ban đầu

- Trong số 20 loài hiện đã được nghiên cứu kỹ, cho thấy khả năng có thể áp dụng vào thực tế sản xuất, các giống vi sinh vật sau đây được xem như có nhiều ưu điểm hơn cả

 Acetibacter acetic:

• Vi khuẩn này có hình dạng giống như vi khuẩn hình que khác, nhưng kích thước rất ngắn Chúng không thể tạo được bào tử và các tế bào thường tạo thành hình chuỗi có kích thước r ất dài Khi nhuộm iot tế bào chuyển hóa thành màu vàng Chúng chịu được nồng độ rượu 11%

V và trong điều kiện môi trường thuân lợi, chúng có khả năng tạo ra

được 6% acid acetic Nhiệt độ thích hợp nhất để acetobacter phát triển

là 34oC

 Acetobacter pasteurianum:

• Hình thái acetobacter pasteurianum giống acetobacter aceti, nhưng khi

ta nhuộm chúng với iod, tế bào sẽ cho màu xanh

• Khả năng chịu nông độ cồn của chúng thấp hơn của acetorbacter aciti

Trong điều kiện thuận lợi, chúng có khản năng tạo được 5-6% acid acetic

 Acetobacter orlcancuse:

• Hình thài vi khuẩn này giống hai vi khuẩn trên nhưng lại có kích thước nhỏ hơn nhiều Đặc biệt hai đầu của tế bào thường nhỏ lại Nhiều trường hợp người ta lẫn ộn vi khuẩn này với vi khuẩn kỵ khí

Clostridium Trong dịch rước cấy, chúng thường tạo ra một váng rất

mỏng trên bề mặt Váng vi khuẩn thường rất chắc; khi nhuộm với iod, tế bào sẽ chuyển sang màu vàng Vi khuẩn này chịu đựng được lượng cồn đến 12%V, và trong điều kiện lên men thích hợp, chúng có thể tạo

ra được 9,5% acid acetic

 Acetobacter xylinum:

• Vi khuẩn này khi phát triển trong môi trường thuận lợi có thể tạo ra 4,5% acid acetic và tạo ra một màng rất dày trên bề mặt môi trường Ở nhiều nước như Trung Quốc, Triều Tiên và Nhật Bản, người ta thường sử dụng vi khuẩn này cùng với nấm men để sản xuất ra loại nước uống rất đặc biệt

 Acetobacter Schiitzenbachii:

• Vi khuẩn này thuộc vi khuẩn hình que, nhưng kích thước của chúng dài hơn các giống đã trình bày ở trên Chúng không tạo ra bào tử, không có khả năng chuyển động và thuộc vi khuẩn gram (-)

• Khi phát triển ở môi trường lỏng, chúng tạo ra lớp màng dày nhưng không chắc Ở các nước trên thế giới, người ta thường sử dụng chúng để sản xuất giấm theo phương pháp chìm

• Trong điều kiện môi trường thuân lợi, chúng có khả năng tạo được 12% acid acetic

11- Acetobecter curvum

• Về cơ bản vi khuẩn này giống Acetobecter schiitzenbachii

• Trong môi trường lên men thuận lợi, vi khuẩn này có thể tạo ra được 10-11% acid acetic Vi khuẩn Acetobacter curvum tạo váng rất chắc trên bề mặt môi trường Nhiệt độ lên men tối ưu của vi khuẩn này là 35-37oC

 Acetobacter suboxydans

• Vi khuẩn Acetobacter suboxydans được sử dụng nhiều trong công

nghiệp sản xuât vitaminC Chúng có khả năng chịu đựng được nồng độ cồn rất cao Nếu trong môi trườngta cho thêm một lượng nhỏ các chất dinh dưỡng cần thiết, ví dụ như glucose, vi khuẩn này có thể chuyển hóa hoàn toàn cồn thành acid acetic Lượng acid acetic tạo được từ quá trình lên men có thể lên đến 13%

• Nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn lên men tiến hành ở 28-30oC Thời gian lên men xảy ra rất nhanh, chỉ cần 48 giờ, lượng acid acetic có thể đạt đến 13%

• Trong quá trình lên men cần phải thông khí liên tục vì vi khuẩn này cần oxy rất nhiều cho quá trình chuyển hóa cồn thành acid acetic và cho quá trình phát triển

1.3 Quy trình sản xuất

1.1.3 Quy trình 1:

Phế liệu(Nước quả, quả muối chua,…)

Trích ly

Chiết rút aceticLên men acetic Cho vào thùng gỗ sồi Làm trongLên men Thanh trùng

Mô tả quy trình công nghệ:

- Sau 8 - 14 giờ trích ly phế liệu, dịch trích ly cho chảy vào thùng, còn khối cặn bã được đem

đi ép; nước ép thu được đem trộn với dịch trích ly đầu ( tỷ lệ 1:1) và được đưa vào thanh trùng trong thiết bị trao đổi nhiệt Ơû trong thiết bị đun nóng làm việc liên tục, dịch được đun đến 85oC trong 2 - 3 phút, sau đó để nguội xuống 25oC và đưa đi lên men trong các thùng có dung tích 500 lít hoặc trong thùng hình nón dung tích 500 - 700 decalit có nắp kín Nấm men cái đã chuẩn bị từ trứơc được cho vào thùng với lượng 2% so với thể tích dịch trích ly chứa trong thùng Nhiệt độ lên men được giữ ở nhiệt độ giới hạn 18 - 25 oC, thời gian lên men khỏang 6-7 ngày Rượu đã lên men được để lắng hoặc được rót gạn lấy rượu rồi cho chảy vào thùng chứa Để làm trong rượu vang, người ta cho vào thùng keo tannin và gelatin hoặc tannin và casein, sau đó giữ trong kho lạnh có nhiệt độ 10 - 12oC trong 3 tháng

- Việc chế biến rượu thành giấm được làm trong các thùng gỗ sồi dung tích 150 – 300 lít, chứa đầy phoi bào gỗ hoặc lõi ngô nằm ngang thành nhiều lớp

- Hỗn hợp được thông khí qua lỗ có đường kính 3cm ở phía trước và phía sau thùng Từ hỗn hợp rượu đã thanh trùng, người ta tính toán và pha rượu như thế nào để đạt được tổng nồng độ acid và rượu là 9 - 10%, sau đó người ta cho vào thùng đến 1/3 dung tích rồi cho giống

vi khuẩn acetic hoạt động (từ 2-4 ngày) vào thùng với khoảng 25 lít cho 100 lít hỗn hợp Nhiệt độ luôn giữ ở nhiệt độ 25 - 35oC khi dịch trong thùng đạt được độ acid 8 - 9% ( qua 8-15 ngày) thì rút lấy giấm ra và lại thêm lượng rượu mới vào thùng Hàm lượng rượu trong giấm lấy ra không được lớn hơn 1%

- Mỗi ngày, mỗi thùng như thế có thể cho hiệu suất khoảng 0,08 - 0,14Kg acid acetic trên 100Kg dịch lên men, hoặc 1,1 - 2,8 lít giấm trên 100Kg dịch để lên men

- Giấm thành phẩm được rót vào các chai thủy tinh hoặc các thùng sạch và được tàng trữ không dưới 2 tháng, sau đó đem lọc và pha ( để có nồng độ từ 5 – 9%) rồi đóng chai và thanh trùng ở 65 - 70oC trong 20 - 30 phút

- Khi chế biến 1 tấn phế liệu quả táo, lê và các quả khác ( thu được khi sản xuất quả muối chua, nước quả, mứt) có lượng đường 8 - 10% sẽ thu lượng giấm 5% là 612 - 765 lít

- Từ phế liệu của quả nho có chứa 15 – 20% đường sẽ thu được 1139-1530 lít giấm trên 1 tấn phế liệu

1.1.4 Quy trình 2:

Bã khoai tây

Ép Bổ xung vôi

Men

Hiệu chỉnh độ cồn

- Khi chế biến khoai tây thì mật tinh bột, bã, dịch tế bào và nước ép là các phế liệu.

 Sử dụng bã khoai tây:

- Bã ra khỏi rây chuyền sản xuất chứa khoảng 94% ẩm

- Bã lớn và bã nhỏ chiếm khoảng 3-7% chất khô tuyệt đối của khoai tây tùy thuộc vào lượng tinh bột, vào loại khoai tây và mức độ nghiền Lượng tinh bột nằm trong bã dao động trong khoảng 40-60% tùy thuộc vào chất lượng của máy mài Trong bã có chứa các chất tan phi nitơ ( trừ tinh bột) là: dextrin, đường, chất pectin v.v… chiếm một lượng khoảng 3-3,5% trọng lượng chất khô Xenllulose có trong bã 13,1-15,7% tùy thuộc vào bề dày của khoai tây

Bảng 2: Thành phần bã khoai tây như sau

Thành phần Hàm lượng (%)

1.1.5 Quy trình 3:

Thuyết minh quy trình:

Để sản xuất dấm thì hàm lượng đường trong dịch quả phải đạt từ 8% trở lên Cứ 1000l dịch quả có độ đường 8 – 10% sẽ thu được 612 – 765l giấm có hàm lượng acid acetic 10% Sản xuất dấm từ dịch quả bao gồm các công đoạn:

+ Thanh trùng dịch quả: 85oC trong 2 – 3 phút

+ Làm nguội: 25 – 35oC

+ Lên men thu rượu vang: 18 – 25oC trong 6 – 7 ngày, nấm men Saccharomyces (2% thể tích dịch quả)

+ Gạn lọc làm trong rượu vang

+ Lên men rượu vang thu dấm: nồng độ cồn 10 – 13%; vi khuẩn acetic (Acetobacter aceti, A.pasteurianum, A.xylium…); pH không quá 4.5 – 5.0; bổ sung supephotphat, amoni photphat, kali cacbonat; thời gian lên men 8 – 10 ngày, nhiệt độ 24 – 37oC Dấm thu được hàm lượng cồn không quá 0.5%, nồng độ acid acetic 10.5%

+ Tàng trữ để ổn định phẩm chất: 1 – 2 tháng

+ Lọc, pha trộn thành dấm 5 – 9% acid acetic

+ Đóng chai, thanh trùng: 65 – 70oC trong 20 – 30 phút

1.1.6 Nâng cao hàm lượng acid acetic:

- Sau khi lên men, hàm lượng acid acetic trong dịch lên men thường không cao Hàm lượng này nằm trong khoảng 5 - 10% Acid acetic có trong dịch men thường lẫn với các chất khác,

do đó, dịch sau lên men chỉ có thể sử dụng để chế biến thực phẩm Trong nhiều ngành cần sử

dụng acid acetic, người ta yêu cầu hàm lượng acid acetic trong dung dịch phải cao và có độ tinh khiết Chính vì thế việc nâng cao hàm lượng acid acetic trong dịch lên men và làm sạch acid acetic là việc làm rất cần thiết.

- Trong thực tế sản xuất acid acetic, người ta thường sử dụng những phương pháp sau để nâng cao hàm lượng và tinh chế acid acetic.

1.1.6.1 Phương pháp chưng cất

• Người ta sử dụng phương pháp chưng cất thông thường để nhận acid acetic có hàm

lượng cao hơn Phương pháp này rất đơn giản và dễ thực hiện Tuy nhiên phương

pháp này thường tiêu hao nhiều năng lượng và hàm lượng acid acetic không cao

1.1.6.2 Phương pháp chưng cất bằng muối

• Người ta thường sử dụng có khả năng phân ly mạnh làm thay đổi trạng thái cân bằng lỏng – hơi Trong chưng cất có sự tham gia của muối CaCl2 hoặc CH3COONa hiệu suất thu nhận acid acetic thường rất cao Phương pháp này có ưu điểm:

+ Tốn ít năng lượng+ Sản phẩm đạt độ tinh khiết cao

• Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm:

+ Phải hoàn nguyên cấu tử phân ly nên tốn thiết bị cho quá trình này

+ Gây ăn mòn thiết bị

• Nguyên lý hoạt động:

Acid loẫng CH3COONa

H2O CaCl2

10 11

12 1314

15

acid 50%

acid 10%

+ Ở bậc 1, cấu tử phân ly là CaCl2 có tác dụng làm tăng độ bay hơi của acid acetic Sản phẩm chính của bậc một là acid trung bình nồng độ khoảng 50% dùng làm hỗn hợp đầu cho bậc hai Cấu tử phân ly bậc hai của CH3COONa có tác dụng làm tăng độ bay hơi tương đối của nước

+ Sản phẩm chính bậc hai là acid acetic tinh khiết có nồng độ 90% khối lượng Toàn bộ

hệ thống thiết bị làm việc liên tục ở áp suất thường Các loại sản phẩm trung gian tuần

hoàn trong hệ thống sản phẩm hệ thống là nước (có chứa acid acetic không dáng kể) và acid acetic tinh khiết nồng độ cao

+ Hệ thống làm việc như sau: Acid acetic 5-10% đo vào đĩa tiếp liệu của tháp 1 Dung

dịch CaCl2 được hòa tan ở thùng khuấy 9, vào thùng chứa 11 và đi vào đĩa trên cùng của tháp 1

+ Hơi từ đỉnh tháp 1 đi vào thiết bị ngưng 5.Từ thiết bị 5, một phần lỏng (acid 50%) đi vào tháp chưng 2

+ Phần còn lại đi vào hai thùng khuấy 9 để hòa tan muối Sản phẩm đáy vào thiết bị bốc hơi 15, từ đó phần acid thu được sau thiết bị 6 trộn với hỗn hợp đầu để đi vào tháp 1 CaCl2 được hoàn nguyên ở 16 Kết thúc bậc 1

Hình 1:Sơ đồ tháp chưng cất

1 Tháp chưng cất bậc 1 2 Tháp chưng cất bậc 2

3 Tháp chưng 4,5,6,7 Thiết bị ngưng8,9 Thiết bị khuấy 10,11,12 Thiết bị chứa13,14 Thùng thông áp 15 Thiết bị bốc hơi

16 Hoàn nguyên CaCl2 17 Hoàn nguyên CH3COONa

+ Sau bậc 1, acid 50% đi vào tháp chưng 2 Hơi từ đỉnh tháp 2 đi vào thiết bị ngưng 4 Một phần lỏng sau ngưng (sp) có nồng độ acid 10% tuần hoàn về tháp 1 Phần còn lại (lượng hồi lưu) vào thùng khuấy 8 để hòa tan CH3COONa Dung dịch muối đi vào thùng 10 rồi vào tháp 2 ở đĩa trên cùng Sản phẩm đáy vào tháp chưng 3 Acid tinh khiết được lấy vào thùng chứa 12 sau thiết bị ngưng 7.

+ Dung dịch muối từ đáy tháp 3 đi vào khu hoàn nguyên 17 Ở đó thu được CH3COONa và acid acetic loãng trở về trộn với hỗn hợp đầu để chưng

+ Áp suất trong tháp được đảm bảo bằng hệ thống áp 13, 14 Hệ thống phải tuyệt đối kín Các bình thông áp còn có nhiệm vụ bào đảm an toàn khi có sự cố

1.1.6.3 Phương pháp chưng cất – trích ly

• Phương pháp này được thực hiện trên cơ sở những cấu tử phân tử có độ bay hơi nhỏ hơn cấu tử đã có trong hỗn hợp Cấu tử phân ly này sẽ kết hợp với một cấu tử có trong dung dịch tạo ra một hỗn hợp khó bay hơi và thoát ra ở dưới đáy tháp chưng cất

• Cấu tử phân ly cần có tính chất hòa tan chọn lọc và không được hòa tan cấu tử cần

tách thường dung các dung môi hữu cơ như isopropyl eter để trích ly acid acetic

Đặc điểm của phương pháp này như sau:

• Sử dụng một cấu tử trung gian để làm thay đổi độ bay hơi tương đối của các cấu tử trong hỗn hợp

• Sau khi trích ly để thu hồi cấu tử cần tách ở dạng nguyên chất, phải tách dung môi

ra, thường bằng phương pháp chưng luyện (nếu cấu tử hòa tan cũng bay hơi) hoặc bằng phương pháp cô đặc (nếu cấu tử hòa tan không bay hơi)

• Vì vậy các cấu tử phân ly có tính chọn lọc cao, nên trong quá trình chưng cất cần chọn đúng chất phân ly, có nhiệt dung riêng bé, hoặc kết tinh nếu cấu tử cần tách có tính hòa tan hạn chế

• Người ta thường dùng tháp trích ly có tấm ngăn trong quá trình trích ly acid acetic

Đây là loại tháp hình trụ có các tấm ngăn, trong đó pha nhẹ đi từ dưới lên, pha nặng đi từ trên xuống Tấm ngăn có thể là hình vành khăn hay hình viên phân Bề mặt của tấm ngăn bằng khoảng 70% bề mặt ngang của tháp Khoảng cách giữa các tấm ngăn từ 0.1 – 0.15m Đường kính của tháp khoảng 0.9 – 1.8m

• Phương pháp trích ly thì phức tạp hơn chưng luyện, thường ít được dùng

Hình 2: Phương pháp trích ly 1.1.6.4 Phương pháp chưng cất chân không

• Phương pháp này rất phức tạp Tuy nhiên phương pháp này có ưu điểm là thu nhận được sản phẩm có chất lượng cao

• Nhìn chung độ cô đặc acid acetic cao nhất có thể sản xuất thường là 10-15%, mặc dù mức cao nhất là 18% Chưng cất để cô đặc acid acetic thì vô cùng khó khăn, mặt

dù phương pháp chưng cất phân đoạn có thể sản xuất giấm 20% từ 10% ban đầu Thông thường phương pháp chưng cất truyền thống thì đơn giản, nồng độ thu được thấp Cô đặc bằng cách ép nước ra ngoài được ghi bởi Glauber năm 1657 Một phương pháp làm lạnh giấm và lọc các tinh thể băng được mô tả bởi Wenzelberger (1956), và phương pháp được phát triển bởi Chemeetron Corp của Kentucky cô đặc đến 20% từ 12% bằng làm lạnh và ly tâm phân ly (1968) Một sự lựa chọn gần đây

có thể cô đặc acid acetic đến 87% bằng cách tách nước dùng hydrateforming

(trichloroflouromethane) lỏng ở nhiệt độ thấp sau đó chưng cất phân đoạn (Davies, 1980)

Chất lỏng nặngChất lỏng nhẹ

Chất lỏng nhẹ

Vịng tâm

Vịng ngồiChất lỏng nhẹ

1.4 Chỉ tiêu chất lượng

- Tiêu chuẩn chất lượng quan trọng của giấm chính là hàm lượng acid acetic Khi các tiêu chuẩn mới vừa được thiết lập, lượng acid acetic tối thiểu là 4% (w/v) như ở Mĩ

Lượng này được đề nghị sử dụng ở Anh bởi Ủy ban về tiêu chuẩn thực phẩm (Food Standards Committee) (1971), mặc dù các chai giấm thông thường ở Anh chứa khoảng 5% Bộ luật tiêu chuẩn và bộ luật của CIPV (Committee of the Manufacturers of Fermentation Vinagar) thì lại đề nghị lượng tối thiểu trong giấm từ rượu vang là 6% và 5% cho các loại còn lại Độ chua tổng cộng của giấm được xác định dễ dàng bằng cách chuẩn độ bằng NaOH chuẩn, sử dụng phenolphthalein làm thuốc thử Độ chua

của acid không bay hơi phản ánh thật hơn về hàm lượng acid acetic, có thể được xác

định bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước hay dựa trên lượng chất bã còn lại sau khi cho bay hơi

- Nhiều phương pháp đã được đề nghị dựa trên hiểu biết về sự tạo nhiều sản phẩm phụ

khác ngoài acid acetic Đơn giản nhất nhưng không phải là đáng tin nhất là xác định

pH Các chất đệm không bay hơi trong giấm làm cho giá trị pH của nó cao hơn trong

acid acetic Vd: pH của acid acetic 5% vào khoảng 2.46, trong khi ở giấm cùng mức độ

là khoảng 2.8 – 3.2 Giấm từ rượu nguyên chất và giấm chưng cất được tách làm 2 phần gồm 1 phần không bay hơi có pH sai biệt rất lớn và 1 phần không ủ không thể xác định bằng phương pháp này Thông thường, ở giấm đã pha thì không thể xác định

được giấm từ rượu nguyên chất và acid acetic chỉ bằng pH.

- Giấm còn bao gồm nhiều thành phần thứ cấp khác được hình thành từ các cơ chất riêng biệt trong quá trình lên men rượu và lên men giấm góp phần tạo mùi vị và hương thơm cho nó Phép ghi sắc khí lỏng có thể tách và phát hiện lượng lớn các chất bay hơi thường xuất hiện trong quá trình lên men rượu Trong 16 hợp chất được phát hiện thì chỉ có acid propionic, isobutyric, và acetoin tăng lên trong quá trình lên men giấm Các chất khác được tìm thấy trong vật liệu lên men giấm là những thành phần

phổ biến trong thức uống có cồn Vi khuẩn lên men acid acetic oxi hóa rượu tạo ra

lượng tương ứng acid hay ketone và sự sinh ra acetoin từ acetaldehyde và pyruvate hay lactate thì đã được xác định rõ ràng

- Các nhà khoa học đã nghiên cứu và khám phá ra một số hợp chất amino acid khó bay hơi trong giấm Theo số liệu thống kê về lượng giấm được tiêu thụ, chỉ tiêu về hương

vị là tiêu chí được đánh giá quan trọng nhất Một số huơng vị đặc biệt của giấm gạo

Nhật Bản được tạo nên bởi hoạt tính của chủng Acetobacter và một số phản ứng quang

hoá

- Có rất nhiều phương pháp lên men nhanh khác nhau tạo sản phẩm giấm loãng đã được đề nghị Khi chưng cất giấm, quang phố ánh sáng hấp thu lớn cực đại ở bước sóng từ 270 - 285nm Những vật liệu gia vị không ủ thể hiên sự hấp thụ ánh sáng rất ít trong dãy này, nhưng trong một vài trường hợp sự hiện diện của những hợp chất không

màu trong caramel (dùng để tạo màu) mà lý ra đã mất, đôi khi chưng cất vẫn chưa được giải thích rõ ràng Giá trị áp suất thẩm thấu của điểm đóng băng giảm nhanh và chênh lệch rất rõ rệt giữa vật liệu gia vị không ủ và giấm, nhưng không thể dựa vào nó để phân biệt sự khác nhau giữa các loại giấm

- Acid acetic trong giấm có chứa hàm lượng rất lớn đồng vị phóng xạ C14, cao hơn rất nhiều so với giấm được sản xuất bằng phương pháp nhân tạo Nguyên nhân là do hệ vi sinh vật trong giấm có thể sử dụng được lượng CO2 trong khí quyển Đo lượng đồng vị phóng xạ trong giấm được coi như một phương pháp kiểm định giấm Mặc dù lợi ích của phương pháp này còn khá hạn chế, nhưng sự thật là rất khó phân biệt sự khác nhau giữa

giấm, acid acetic thu nhận được từ sự chưng cất gỗ hay sự lên men rượu ethanol.

1.5 Ứng dụng:

- 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 nhất của acid acetic bao gồm :

1.1.7.Ứng dụng trong chế biến mủ cao su.

• Trong sản xuất mủ cao su, người ta rất sợ hiện tượng đông đặc của mủ trước khi đưa đi chế biến Để chống đông mủ cao su, người ta thường dùng NH3 3% Lượng NH3 được sử dụng tùy theo loại mủ đem sơ chế

• Mủ đổ xông khói, người ta sử dụng lượng NH3 là 0,6 -1 g/l mủ

• Mủ đánh đông không pha loãng, người ta thường sử dụng lượng NH3 là 0,3 – 0,6 g/l

• Khi đổ mủ vào xô hoặc thùng chứa, người ta thường dùng NH3 để chống đông Theo đó, mủ được pha loãng với nước đến độ cao su thô (DRC) khoảng 14%, pH = 4,7 Tuy nhiên, tùy theo hệ thống máy cán, ngươiø ta có thể thay đổi pH hoặc độ cao su thô cho thích hợp

• Ví dụ:

+ DRC từ 25 – 30% để chế biến cao su tờ xông hơi (IRC)

+ DRC khoảng 15%, pH 5 - 5,2 để chế biến cao su SVR

+ Sau khi pha loãng và khuấy trộn mủ với NH3, người ta cho thêm vào dung dịc acid acetic 2,5% với lượng là 3,5 – 10 kg/tấn dung dịch mủ cao su, khi cho acid vào, người ta khuấy liên tục

+ Nhu cầu về acid acetic trong chế biến mủ cao su là hết sức lớn Hiện nay, nước ta vẫn phải nhập acid acetic từ bên ngoài

1.1.8 Ứng dụng acid acetic trong công nghệ thực phẩm

• Với hàm lượng acid acetic từ 5 – 10%, người ta gọi dung dịch này là dấm ăn Dấm 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 dấm ăn được sử dụng trong công nghệ thực phẩm rất lớn, do đó, việc sản xuất dấm ăn không chỉ mang tính chất thủ công mà đã trở thành một ngành sản xuất theo quy mô công nghiệp ở nhiều nước trên thế giới

1.1.9 Ứng dụng trong y học

• Giấm táo và mật ong rừng là món ăn, vị thuốc có giá trị dinh dưỡng cao, phòng và chữa được nhiều bệnh Giấm táo chứa nhiều muối khoáng của trái cây Mật ong có nhiều loại axit, muối khoáng, có tác dụng diệt vi khuẩn cao như diệt vi khuẩn thương hàn trong 48 giờ; vi khuẩn phó thương hàn A và B trong 24 giờ Ngoài ra, trong giấm táo, mật ong có nhiều kali (potassium), nó hút nước mạnh giúp làm giảm huyết áp, chữa khỏi chứng chảy nước mắt nước mũi ở người già, thấp khớp, thần kinh không ổn định, căng thẳng

1.1.10 Ứng dụng trong công nghiệp khác

• Acid acetic còn được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp sản xuất chất màu, dung môi hữu cơ, tổng hợp chất dẻo tơ sợi 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

• Khi luộc gà hay vịt, muốn thịt mau mềm trước khi cắt tiết vài giờ, bạn nên cho chúng uống vài thìa giấm

• Tủ lạnh dùng để chứa thức ăn lâu ngày sẽ có mùi hôi, muốn hết hôi, bạn hãy rửa tủ thật sạch với xà phòng sau đó xả lại nước lạnh và cuối cùng tráng lại bằng nước có pha chút giấm

• Quần áo giặt với nước có pha chút giấm sẽ tươi màu và mềm mại hơn

• Quần áo hay đồ đạc có dính kẹo cao su, hãy dùng giấm để tẩy chúng

• Hãy dúng miếng giẻ vào giấm để lau cho đồ đạc và nền nhà sáng bóng lên, có thể đánh bóng cho đồ đồng (Hì… nhà ai dùng bếp gas, hãy lấy giấm để lau chùi sẽ nhanh sạch phải

1.6 Nơi sản xuất, cung cấp và giá cả

1.1.12 Công ty sản xuất:

a) Solidairity International Chemical Industry (Hồng Kông)

• Website: www.xcqy.com.cnb) Huzhou Shenda Chemical (Trung Quốc)

• Website: www.shendachem.comc) Haiqiang Chemicals (Trung Quốc)

• Website: www.haiqiangchem.comd) Duksan Pure Chemicals (Hàn Quốc)

• Website: www.duksan.co.kr

1.1.13 Công ty phân phối:

a) Công Ty Trách Nhiệm Hữu Hạn Thương Mại Và Dịch Vụ Thuận Phong

• Văn Phòng Biên Hoà : Số 126 C Xa Lộ Hà Nội Phường Tân Hiệp Thành Phố Biên Hoà ,Tỉnh Đồng Nai

• Văn Phòng Hồ Chí Minh: Đặt Tại Tháp C Toà Nhà Thuận Plaza ,Phòng 25.03 Số 190 Đường Hồng Bàng Phường 15 Quận 5 Thành Phố Hồ Chí Minh

• Website:www.tpchemical.comb) Công Ty Cổ Phần Hóa Chất Mới Việt Nam

• Địa chỉ : Số 1 ngõ 76/7 Phố An Dương, Phường Yên Phụ, Quận Tây Hồ, Thành phố Hà Nội

• Website: www.vietnamchemtech.com

1.1.14 Giá cả: 620 – 640 USD/ tấn sản phẩm (Theo nguồn ICIS)

2 ACID CITRIC

2.1 Giới thiệu

- Acid citric hay còn gọi là acid limonic có công thức hóa học là C6H8O7 , Là acid rất phổ biến trong thực vật, đăïc biệt có nhiều trong họ citrus như cam, chanh…

- Công thức cấu tạo của acid citric:

- Các tính chất vật lý cơ bản của acid citric:

• Nhiệt độ nóng chảy: 153 oC

• Chỉ số khúc xạ: nD 20 = 1.493

• Sức căng bề mặt/không khí (ở 30 oC): 69,5 dynes/cm

• pK=3.14 (pK 1=3.09 ; pK2=4.74,pK3=5.41)

2.2 Nguồn nguyên liệu

2.2.1 Nguyên cơ chất:

2.2.1.1 Nguồn C:

- Acid citric là acid chủ yếu trong các loại quả họ citrus và dứa Trong sản xuất rau quả và nhất là chế biến dứa, phế thải trong quá trình xử lý nguyên liệu chiếm một tỉ lệ khá lớn Do đó việc tận dụng phế liệu trong nhà máy chế biến dứa là một vấn đề rất đáng quan tâm nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và mang lại lợi nhuận cao cho nhà sản xuất Ngày nay ở Hawaii, người ta đã có thể sản xuất lượng lớn acid citric từ phế liệu dứa

- Phế liệu trong chế biến đồ hộp dứa gồm có:

• Hai đầu quả dứa: 15 – 20% khối lượng quả

• Vỏ, lõi, mắt, miếng vụn trong quá trình gọt: 40 – 50%

• Bã dứa: 40 – 50% khối lượng dứa đem ép

- Hiệu suất dịch quả khi ép vỏ khoảng 40%, ép lõi 45%, ép mắt, dứa vụn 55%

HO

H2C

H2C

COOHCOOHCOOHC

Bảng 3: Thành phần trong nước ép phế liệu

Chỉ sốLoại nước dứa

Hàm lượngchất khô(%)

Hàm lượngđường chung(%)

Hàm lượngacid chung(%)Từ thịt quả

Từ vỏTừ lõi

10 – 15

7 – 10

6 -9

8 – 135.5 – 8.5

4 - 8

0.5 – 0.70.6 – 0.70.2 – 0.3

2.2.1.2 Nguồn Nitơ

- Vô cơ NH4+, NO

-3

- Nguồn khoáng: mangan (<2µg), sắt(<1mg)

- Môi trường Currie: NH4NO3(2-2.2g/l), 0.25g/l)

KH2PO4(0.75-1g/l),MgSO4.7H2O(0.2-2.2.2 Vi sinh vật sử dụng trong công nghệ sản xuất acid citric

- Acid citric chủ yếu được tổng hợp nhờ loài nấm sợi Hình như các loài nấm men và các loài vi khuẩn không có khả năng này Các loài nấm sợi có khả năng tổng hợp

acid citric bao gồm: Citromycesglader, citromyees fferianus, chitromyees Conidiophone, Penicillium lutcum, Penicillium glaucum, Aspergillus niger, Aspergillus Oryzae, Aspergillus batatac, Aspergillus awamari Aspergillus welchii.

- Trong các giống vi nấm kể trên Aspergillusniger là nấm sợi được ứng dụng nhiều vào

sản xuất acid citric, để đáp ứng được 3 yêu cầu cơ bản về giống dùng trong sản xuất acid citric là:

+ Có khả năng tạo acid rất mạnh

+ Có khả năng chịu được môi trường acid khi lượng acid citric tăng cao

+ Ít tạo ra những acid hữu cơ khác như acid oxalic, acid gluconic, acid fumaric

2.3 Quy trình sản xuất

2.3.1 Các giai đoạn của quá trình lên men:

Quá trình sản xuất acid citric bằng phương pháp lên men có thể chia ra ba giai đoạn sau:

- Chuẩn bị dung dịch lên men

- Lên men

- Xử lý dịch đã lên men để thu acid citric

2.3.1.1 Chuẩn bị dịch lên men:

- Nguyên liệu chủ yếu để lên men citric là đường Ngoài ra N2, P, S, Zn, Fe và Mg cũng là những thành phần rất quan trọng của môi trường lên men Người ta đã chứng tỏ rằng hiệu suất của acid citric sẽ cao khi màng nấm mỏng và khi có hình thành bào

H2SO 4

tử nhưng rất yếu Và điều đó thường xảy ra khi hàm lượng muối trong môi trường là cực tiểu.

- Nitơ là thành phần quan trọng nhất thường được đưa vào môi trường lên men dưới dạng NH4Cl, NH4NO3 Hiệu suất của quá trình lên men là cực đại nếu hàm lượng nitơ có trong dịch lên men là 0,07%

- Phospho cũng là nguyên tố rất quan trọng Thiếu P, hệ sợi nấm tạo thành yếu và sẽ thiên về tổng hợp ra acid gluconic Còn khi không có P thì hệ sợi nấm lại không phát triển Thường hàm lượng P2O5 khoảng 0,016 – 0,021% là thích hợp để cho hiệu suất cao

- Lưu huỳnh thường được đưa vào môi trường lên men dưới dạng muối magie sulfat, kẽm sulfat và sắt sulfat Lượng S thích hợp là 71,1ml/l tăng lượng S cao hơn sẽ giảm khả năng tổng hợp acid citric của hệ sợi

- Các nguyên tố khác như Mg, Zn, và Fe cũng không kém quan trọng Loại trừ Zn ra khỏi môi trường thì hầu như không tổng hợp ra được acid citric Hiệu suất của acid citric sẽ rất cao nếu như Zn, Fe, Mg có mặt với hàm lượng giới hạn

- Như vậy các nguyên tố vô cơ là nhân tố điều chỉnh sự tân tạo acid citric rất quan trọng

- Trong các đường làm nguyên liệu thì saccharose (chứa trong rỉ đường) và glucoza kỹ thuật là tốt hơn cả Đường củ cải tạo điều kiện cho hệ sợi nấm sinh trưởng tốt và hiệu suất acid cao Hiệu suất acid cực đại khi nồng độ đường trong dịch lên men tương đối lớn (25%) Nồng độ đường cao hơn, quá trình lên men bị ức chế Khi hết glucid thì hệ sợi nấm bắt đầu sử dụng đến acid citric Khi đó phần lớn (85%) acid được hệ sợi dùng cho hô hấp:

C6H8O7 + 4,5O2 → 6CO2 + 4H2O

- Sự thoáng khí của môi trường lên men có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất, vì tất cả nấm mốc có hệ sợi đều là cơ thể hiếu khí điển hình Sự tổng hợp nên các sản phẩm oxy hóa khác nhau là nhờ các sản phẩm của sự phân ly mạch carbon của glucid Các phản ứng phân giải đầu tiên không phụ thuộc vào sự có mặt của oxy không khí Còn các phản ứng phân giải thứ đến là những phản ứng oxy hóa có oxy phân tử tham gia Nấm mốc cần một lượng oxy lớn trong thời gian phát triển của mình Sự thoáng khí được thực hiện bằng cách thông gió cho buồng lên men

- Oxy khi có nồng độ vuợt quá hàm lượng bình thường của nó trong không khí (21%) sẽ làm chậm sự sinh trưởng của nấm mốc nhưng lại kích thích sự sinh tổng hợp acid citric Còn khi không khí có oxy kéo dài, hệ sợi sẽ nấm sẽ bị chết Như vậy lượng không khí nhiều hay ít đều không thuận lợi cho sự lên men citric Oxy cần cho sự hô hấp và cho sự tổng hợp acid citric.

- Nhiệt độ có ảnh hưởng đến cường độ sinh trưởng và tạo acid của nấm mốc Nhiệt độ tối ưu do tính chất của vi sinh vật cũng như do yêu cầu trong các giai đoạn của chu trình sản xuất quyết định Nhiệt độ thấp hơn sẽ tạo ra acid gluconic, nhiệt độ cao hơn sẽ ngừng quá trình tạo ra acid citric

- Có thể lên men bằng phương pháp nuôi cấy bề mặt hoặc bằng phương pháp nuôi cấy chiều sâu

2.3.1.3 Xử lý dịch đã lên men

- Dung dịch đã lên men là một hỗn hợp các acid limonic, acid gluconic, acid oxalic, đường chưa bị lên men và các tạp chất vô cơ (trong đó acid citric 40 – 50g/l, acid gluconic 3g/l, acid oxalic 1g/l, đường chưa lên men 70g/l)

- Trung hòa dung dịch bằng phấn Dựa vào độ hòa tan khác nhau của các muối tạo thành để tách muối canxi citrat Citrat hòa tan ít trong nước sôi, nhưng hòa tan trong nước lạnh, canxi oxalat không hòa tan, còn canxi gluconat thì hòa tan ở bất kì nhiệt độ nào Lọc để tách kết tủa canxi citrat ra

- Phân ly canxi citrat bằng acid sulfuric để tạo ra acid citric Cô đặc và kết tinh acid citric

2.3.2 Các phương pháp lên men sản xuất acid citric:

Hiện nay vẫn tồn tại hai phương pháp sản xuất acid citric từ nấm sợi Aspergillus niger: phương

pháp lên men bề mặt và phương pháp lên men chìm

2.3.2.1 Phương pháp lên men bề mặt:

- Phương pháp lên men bề mặt ứng dụng nhiều vào những năm đầu của thế kỷ XX, theo đó các vi sinh vật phát triển hẳn trên bề mặt môi trường nằm giữa pha rắn và pha khí hoặc nằm giữu pha lỏng và pha khí

- Như vậy, phương pháp lên men bề mặt có thể sử dụng hai loại môi trường: môi trường bán rắn, còn gọi là môi trường xốp và môi trường lỏng

 Lên men bề mặt với môi trường bán rắn:

- Phương pháp này ít được áp dụng vì hiệu suất thu không cao và khá phức tạp ở khâu chiết, tách acid citric

- Trước kia người ta dùng môi trường cám mì, cám gạo có trộn khoảng 15 - 25% trấu để tăng độ xốp của môi trường Ngoài ra, trong một số cơ sở người ta còn dùng môi trường khác từ sắn, khoai tây, bắp…

- Môi trường làm nguyên liệu phải được nghiền nhỏ đến kích thước vừa phải Sau khi nghiền xong môi trường phải được làm ấm đến độ ẩm khoảng 60 - 65% và đem hấp thanh trùng bằng hơi nóng Môi trường làm xong phải được làm nguội và chuẩn bị cho quá trình nuôi cấy

- Trước đó ta phải chuẩn bị giống Quá trình này còn gọi là giai đoạn thu nhận bào tử giống.

- Có 2 phương pháp thu nhận:

• Phương pháp thứ nhất

+ Chuẩn bị 3 - 4 bình tam giác dung tích 150 ml, cho vào đó khoảng 50g cám để có độ ẩm 60% Hấp thanh trùng và để nguội

+ Từ ống giống Aspergillus niger gốc, ta chuyển toàn bộ khuẩn lạc bằng cách cho

vào mỗi ống nghiệm 10ml nước vô trùng, khuấy đều cho bào tử giống trong ống nghiệm hòa trộn trong nước Bằng phương pháp vô trùng chuyển toàn bộ sang các bình tam giác đã chuẩn bị môi trường sẵn Lắc đều cho môi trường trộn đều bào tử Nuôi chúng trong tủ ấm có nhiệt độ 30 - 37oC, trong thời gian

3 ngày Khi thấy trong bình tam giác toàn là bào tử màu đen là kết thúc giai đoạn nuôi cấy

+ Tiếp đó, cũng môi trường như trên nhưng được chuẩn bị vào khay nhôm hoặc inox Tải đều khi cho 10% môi trường giống từ bình tam giác đã nuôi ở trên vào Chiều dày khối trộn khoảng tử 3 - 5cm Để trong phòng có nhiệt độ ổn định là 32oC Nuôi trong khoảng 3 - 4 ngày khi bào tử màu đen xuất hiện kín bề mặt môi trường, đem sấy ở nhiệt độ < 40oC ta thu được giống bào tử sẵn sàng cho quá trình sản xuất đại trà

• Phương pháp thứ 2

+ Người ta nuôi trong môi trường lỏng giống Aspergillus niger Môi trường để thu

nhận bào tử có thành phần như sau:

+ Dung dịch nước malt có nồng độ chất khô 3 - 5%

- Quá trình lên men bề mặt được thực hiện như sau:

+ Trộn cám với nước theo tỷ lệ 1:1 Hấp thanh trùng ở 1at trong 30 phút và tãi đều ra khay, sau khi làm nguội sẽ được trộn giống với tỷ lệ 0,3 - 0,5% Chiều dày của khối cám + bào tử giống khoảng 3 - 5cm Tiến hành nuôi ở nhiệt độ ổn

định là 30 - 32oC trong 4 - 5 ngày Thời gian lên men kết thúc khi bào tử nấm sợi mới bắt đầu xuất hiện nhiều nhưng chưa hoàn toàn chuyển qua màu đen.+ Phương pháp nuôi cấy bề mặt để thu nhận acid citric trên môi trường bán rắn hiện nay không còn áp dụng ở các nước châu Aâu nữa Tuy nhiên, ở nhiều nước vẫn phương pháp này vẫn còn được áp dụng và thay cám bằng bột khoai mì Cứ 3 – 4kg bột khoai mì người ta thu được 1kg acid citric.

 Lên men theo phương pháp bề mặt trên môi trường lỏng:

- Trong phương pháp nuôi cấy này người ta sử dụng một trong những công thức môi trường sau đây:

Môi trường 1:

Saccharose 150g(15%)MgSO4 0,25g(0,025%)KH2PO4 0,5g(0,05%)Nước 1000ml( thêm vào vừa đủ 100%)

Môi trường 2: (môi trường Curie)

- Người ta thay đường bằng mật rỉ Mật rỉ sử dụng trước khi làm môi trường Xử lý mật

rỉ gồm 3 vấn đề cần giải quyết:

• Xử lý màu

• Xử lý hệ keo có trong mật rỉ

• Xử lý sắt nếu mật rỉ chứa sắt.

- Mật rỉ đường cần phải được xử lý màu và hệ keo bằng cách cho dịch qua than họat tính để hấp phụ và pha loãng để điều chỉnh hệ keo của dịch mật rỉ Nếu trong mật rỉ có Fe3+ người ta cho vào mật rỉ sau pha loãng K4{Fe(CN)6}

- Tiếp theo ta hiệu chỉnh hàm lượng đường và pH để thuận lợi cho quá trình lên men Hàm lượng đường được hiệu chỉnh ở hàm lượng từ 14 - 15% về khối lượng

- Ngoài ra để quá trình lên men thuận lợi cho vi sinh vật người ta bổ sung MgSO4, NH4NO3, KH2PO4 và điều chỉnh pH từ 2,2 - 6 tùy thuộc vào thành phần các chất bổ sung mà điều chỉnh pH cho hợp lý

- Quá trình chuẩn bị giống đã được trình bày ở mục trên

- Môi trường lên men phải được lọc ky õvà thanh trùng, làm nguội, phân phối vào các khay, nuôi ở nhiệt độ 28 - 32oC trong thời gian từ 48 - 72 giờ Quá trình lên men trên

bề mặt của dịch lỏng nhờ lớp váng dày ở trên đó là khuẩn lạc của nấm Aspergillus niger.

- Acid citric sẽ được thẩm thấu qua màng tế bào vào môi trường Kết thúc quá trình lên men, người ta lấy phần dịch lên men đem đi lọc để thu acid citric và tiếp tục lên men mẻ mới

2.3.2.2 Lên men theo phương pháp chìm:

- Trong công nghệ sản xuất acid citric theo phương pháp chìm, người ta sử dụng môi trường giống như môi trường lỏng dùng trong phương pháp lên men bề mặt

- Quá trình được thực hiện trong các thiết bị lên men có cánh khuấy và có hệ thống thổi khí liên tục Người ta tiến hành lên men ở 28 – 320C trong thời gian 6 – 7 ngày

- Trong qúa trình lên men, người ta thường phải sử dụng CaCO3 để điều chỉnh pH vì acid citric được tạo thành sẽ làm giảm pH xuống 1 – 1,5 Việc điều chỉnh này còn có ý nghĩa là người ta chuyển acid citric thanh xitrat canxi lắng xuống

- Kết thúc quá trình lên men, người ta sử dụng H2SO4 để tách acid citric ra Tiến hành cô đặc và kết tinh acid citric

4Fe3+ + 3{Fe(CN)6}3- Fe4{Fe(CN)6}3

2.3.3 Quy trình sản xuất acid citric từ phế liệu dứa (tương tự với chanh):

- Đem phế liệu dứa ép lấy nước hoặc trích ly chất hòa tan rồi mới ép Thường trích ly và ép 3 lần để lấy dịch quả được triệt để Cho lên men nước ép trong 4 – 5 ngày để phân hủy đường và pectin có trong nước ép Lọc trong rồi đổ dung dịch vôi tôi nóng vào Đun sôi trong vài phút để canxi citrat kết tủa và lắng xuống Gạn nước trong rửa sạch phần cặn (muối xitrat) bằng nước sôi

- Sau đó cho H2SO4 (360 Be) vào, đun sôi trong 30phút và để yên trong 3 giờ để hoàn thành quá trình phân giải canxi citrat thành acid citric Đem lọc, loại bỏ phần cặn là canxi sunfat sau khi đã rửa sạch cặn Cô đặc dung dịch acid citric thu được trong chân không đến 400 Be, rồi để kết tinh trong 3 – 5 ngày Phân li bằng máy li tâm, được acid citric kết tinh

- Đem tinh chế acid bằng nước sạch và than hoạt tính, được acid citric tương đối tinh khiết

2.4 Chỉ tiêu chất lượng

2.4.1 Citric acid monohydrate (C 6 H 8 O 7 H 2 O)

Bảng 4: Tiêu chuẩn chất lượng Citric acid monohydrate

Thành phần hoá

học

Đơn vị