VI KHUẨN ACETIC VÀ LÊN MEN GIẤM

Thế giới vi sinh vật rất đa dạng và phong phú

ĐỀ TÀI : VI KHUẨN ACETIC VÀ LÊN MEN GIẤM

TP.HỒ CHÍ MINH,THÁNG 05 NĂM 2011

Cùng với đó là lời cảm ơn tới ban giám hiệu trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh đã cho chúng em môi trường học tập đầy đủ :đội ngủ giáo viên tận tình với nghề, cơ sở vật chất, trang thiết bị hiện đại và nguồn tài liệu vô giá từ thư viện nhà trường.

Lời mở đầu:

Thế giới vi sinh vật rất đa dạng và phong phú Chúng ở quanh ta và ở mọi nơi, thậm chí có cả ở trong cơ thể con người Chúng có cả những mặt lợi và mặt hại Nếu chúng ta biết chúng, hiểu chúng và sử dụng chúng vào mục đích có lợi sẽ giúp cho cuộc sống con người tốt hơn và ngược lại nó sẽ đem lại hậu quả không tốt, có khi còn phương hại đến môi sinh, môi trường và cuộc sống con người

Từ thời cổ xưa, con gnười đã biết ứng dụng hoạt tính có lợi của vi sinh vật phục

vụ đời sống của mình Nhưng cũng phải 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 kết quả thì việc ứng dụng vào sản xuất vi sinh vật mới phát triển mạnh và trở thành mọt ngành công nghệ phục vụ cho cuộc sống con người

Ngày nay vi sinh vật được ứng dụng nhiều trong cuộc sống, nhất là trong thực phẩm, y học chăn nuôi thú y…Chính vì vậy công nghệ vi sinh ngày càng phát triển và hiện đại Để giúp các bạn hiểu thêm về ngành công nghệ vi sinh,đặc biệt là quá trình lên men giấm, nhóm mình xin gửi tới các bạn bài tiểu luận này, hy vọng sẽ giúp các bạn hiểu đựơc nhiều điều mới lạ và bổ ích Trong quá trình làm tiểu luận không tránh đựơc những thiếu sót, rất mong được nhiều ý kiến đóng góp phê bình của các bạn

MỤC LỤC

Lời mở đầu 4

I Giới thiệu chung 6

II.Quá trình lên men 10

1.Cơ chế lên men 10

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 12

3 Phương pháp lên men acetic 13

3.1 Phương pháp chậm 13

3.2 Phương pháp nhanh 14

4 Quá trình sản xuất giấm ăn 15

III Những sinh vật gây hại dấm 18

1 Giấm bị đục và giảm độ chua 18

2 Hiện tượng lươn giấm 18

3 Bọ giấm 19

4 Ruồi giấm 19

IV Ứng dụng 20

Tài liệu tham khảo 22

I Giới thiệu chung:

Giấm là một chất lỏng có tính axit sản xuất từ sự lên men của ethanol ,giấm

được làm từ sự lên men của các chất có chứa tinh bột và đường, ethanol là kết quả đầu tiên của quá trình lên men đường sau đó bị oxi hóa thành acid acetic bởi vi khuẩn acid acetic Vi khuẩn acetobacter là tác nhân chính trong quá trình lên men acetic, mùi thơm đặc trưng, màu trắng đục hoặc hơi vàng, dấm có pH từ 2.4-3.4, chủ yếu là acid acetic, ngoài ra còn chứa một ít đường, protein,…

Giấm gạo hay còn gọi là giấm cất, dùng lương thực, ngủ quả, đường làm nguyên

liệu chính nhờ quá trình lên men của vi khuẩn acetic Tùy theo vùng nguyên liệu ở

mỗi nước khác nhau sẽ cho ra các loại giấm mang hương vị đặc trưng từng vùng miền

Giấm pha chế hay còn gọi là giấm hóa học được sản xuất dựa trên nguyên liệu chính là axit axetic tinh luyện, pha thêm nước mà thành, không có thêm thành phần dinh dưỡng khác loại này thường dùng trong công nghiệp luyện kim hoặc sát khuẩn

- Là những trực khuẩn gram âm, không sinh bào tử, hô hấp hiếu khí bắt buộc, xếp đôi hay tạo thành từng chuỗi, thường tạo thành lớp màng trên bề mặt, có loài có khả năng chuyển động và có loài không.

- Có nhiều trong rau quả

- Nguồn dinh dưỡng cacbon: oxi hoá rượu etylic hay các rượu khác thành axit tương ứng Có khả năng sử dụng glucose

- Nguồn dinh dưỡng nitơ: sử dụng muối amoni hay peptone

- Có hai ngưỡng pH: pH thích hợp từ 5,4 đến 6,8, pH thích ứng cho sự lên men từ 3,5 đến 4,5

Chúng gồm các loài sau đây:

Acetobacter aceti: là trực khuẩn hình que ngắn, không sinh bào tử, không chuyển

động và chúng có khả năng liên kết với nhau thành chuỗi dài Chúng bắt màu vàng với iot và có khả năng chịu nồng độ cồn khá cao (11%) và tích tụ được 6% axit axetic Nhiệt độ phát triển tối ưu của chúng là 34oC, nếu nhiệt độ lên quá 40oC sẽ xảy

ra hiện tượng co tế bào và sẽ tạo ra hình quả lê Thường thấy chúng phát triển trong bia

Acetobacter

Acetobacter pasteurianum: là trực khuẩn ngắn, hình thái gần giống loài trên, chỉ

khác là chúng bắt màu xanh thẫm với iot Tạo thành khuẩn lạc hình nhăn nheo trên môi trường đặc Có khả năng tích tụ 6,2% axit axetic

Acetobacter orleanense: là trực khuẩn không chuyển động, có kích thước trung

bình Khi tăng nhiệt độ chúng tạo thành tế bào hình dài hoặc hình sợi hoặc không tạo hình Thường thấy chúng phát triển trong dịch nho loãng Có khả năng tồn tại ở nồng

độ cồn từ 11 ÷ 12% và tích luỹ axit axetic đến 9,5%

Acetobacter xylinum: là trực khuẩn không chuyển động Khi lên men tạo màng

dấm dày như sữa trên bề mặt dung dịch, màng này chứa nhiều hemixenluloza nên khi nhộm với I2 và H2SO4 thì cho màu xanh Chúng tích tụ được 4-5% acid axetic và có nhược điểm là oxi hóa tiếp tục acid acetic thành CO2 và H2O nên làm giảm hiệu suất thu hồi Chúng được sử dụng trong ngành sản xuất nước uống lên men có ga

Acetobacter xylinum có bao nhầy cấu tạo bởi cellulose

Acetobacte Kutzin guanum: Khi nhộm I2 cho màu xanh thẫm, tạo thành màng nhầy,không bền dính vào thành bình

Acetobacter schiitzenbachii: hình que tương đối dài kết hợp thành chuỗi, không

sinh bào tử, không chuyển động, gram âm Các tế bào già tạo thành màng chặt nhưng không chắc Vì vậy, giống này có thể dung để sản xuất giấm theo phương pháp chìm

và có thể tạo thành 11,5-12% acid acetic trong dung dich nuôi cấy Nhiệt độ tối thích

là 280C

Acetobacter curvum: có đặc tính tương tự như Acetobacter schiitzenbachii, tạo

thành acid cao, không tạo màng chắc, không làm bẩn vỏ bào và làm đục giấm Nhiệt

độ tối thích 35-370C, nâng nhiệt độ quá giới hạn này giống sẽ phát triển yếu và tạo thành acid kém

Acetobacter suboxydans: được dung trong công nghiệp vitamin để sản xuất

ascobic (vitamin C)

II.Quá trình lên men:

Trong lịch sử nhân loại, axit axetic, ở dạng giấm, đã được tạo ra từ các vi khuẩn acid acetic thuộc chi Acetobacter Khi cung cấp đủ ôxy, các vi khuẩn này có thể tạo ra giấm từ các thực phẩm sinh cồn khác nhau Các loại được sử dụng như rượu táo, rượu vang, và các loại ngũ cốc, gạo, mạch nha hoặc khoai tây lên men Phản ứng hóa học chung nhất do các vi khuẩn thực hiện là:

C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O

Dung dịch rượu loãng trộn với Acetobacter và giữ ở nơi thoáng khí, ấm sẽ tạo ra giấm trong vòng vài tháng Các phương pháp sản xuất giấm công nghiệp, người ta tăng tốc độ phản ứng bằng cách cung cấp nhiều ôxy cho vi khuẩn

1.Cơ chế lên men:

Quá trình lên men nhờ một nhóm vi khuẩn được gọi chung là vi khuẩn acetic, chúng oxy hóa rượu etylic thành acid acetic Để chuyển hoá thành acid acetic, rượu phải thẩm thấu qua thành tế bào Ở đây sẽ xảy ra quá trình chuyển hoá rượu thành acid acetic rồi thẩm thấu ra ngoài môi trường bên ngoài

Hydro được NADP nhận và qua các xitocrom của chuỗi hô hấp được chuyển cho

O2 (chất nhận)

Từ trước đến nay chúng ta xếp quá trình này thuộc lên men hiếu khí nhưng thực chất đây là một quá trình chuyển hóa: vi sinh vật sử dụng cơ chất etanol và chuyển thành acid acetic NADPH2 xuất hiện trong quá trình này có lẽ được chuyển hóa qua chuỗi hô hấp để thu năng lượng Quá trình này cũng được coi là oxy hóa không hoàn toàn.Cơ chất bị phân giải không hoàn toàn, trong đó oxy là chất nhận hydro.

Trong lên men acetic cơ chất dinh dưỡng chủ yếu là cồn etanol với nồng độ trên dưới 10% trong môi trường Ngoài ra còn có thêm một ít đường, nguồn N vô cơ hoặc hữu cơ, cũng như các chất khoáng khác.v.v

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men

Nhiệt độ

Tuỳ theo từng loài mà nhiệt độ tối ưu cho quá trình oxi hoá khác nhau Trong sản xuất người ta thường dùng những loài vi khuẩn có nhiệt độ thích ứng cho quá trình oxi hoá rượu thành axit axetic từ 30÷40oC

Nồng độ axit

Tuỳ thuộc từng loài, đa số quá trình lên men bị ức chế khi nồng độ axít đạt hơn 8% và khi nồng độ axit axetic từ 12÷14% thì quá trình lên men hoàn toàn bị ngừng hoạt động

Oxi

Quá trình lên men axetic là quá trình oxi hoá không hoàn toàn vì vậy bắt buộc phải cung cấp vừa đủ lượng oxi để oxi hoá rượu thành axit axetic Tránh trường hợp oxi hoá axit axetic thành CO2 và H2O nếu thừa oxi hoặc không oxi hoá hết rượu thành axit axetic nếu thiếu oxi

Trong thực tế sản xuất cần cung cấp 2,5m3 không khí khi oxi hoá 1 kg rượu khan thành axit axetic Cần thông gió và vô trùng không khí khi cung cấp oxi cho quá trình lên men

Môi trường dinh dưỡng

Nếu chỉ có rượu thì vi khuẩn axetic không thể sống được nên cần bổ sung một số chất dinh dưỡng khác Trong 100 lít rượu 10% cồn cần 500g đường glucose hay tinh bột đã thuỷ phân, 25g superphotphat, 25g sunfat amôn, ngoài ra còn bổ sung thêm một số chất sinh trưởng khác

3 Phương pháp lên men acetic:

Có hai phương pháp lên men acetic: chậm và nhanh

3.1 Phương pháp chậm:

Phương pháp chậm còn gọi là phương pháp Orlean hoặc phương pháp Pháp Phương pháp này dùng nước hoa quả làm nguyên liệu với giống Acetobacter orleaneuse Phương pháp này dùng cho hiệu suất thấp, thời gian dài nhưng thích hợp cho công việc làm giấm ở gia đình hoặc sản xuất giấm ở quy mô nhỏ trong các xí nghiệp dùng rượu lại, dịch đường, nước quả hoặc bia hỏng, rượu vang kém chất lượng… cho lên men

3.2 Phương pháp nhanh:

Phương pháp nhanh còn gọi là phương pháp Đức hiện nay được áp dụng chủ yếu trong công nghệ sản xuất giấm ăn trên thế giới với các thùng lên mem bằng gỗ hình trụ (generator) tới 10m3 hoặc lớn hơn trong đó đặt các phôi bào gỗ giẽ Giống dùng ở đây là Acetobacter schiitzenbachii hoặc Acetobacter curvum được nhiễm vào phoi bào Cho dịch lên men chảy qua các phoi bào nhiều lần, vi khuẩn acetic tiếp xúc với môi trường lên men và oxy hóa rượu thành acid Như vậy nhờ phoi bào dòng môi trường chảy chậm, quanh co, diện tích tiếp xúc với vi khuẩn rất lớn Hơn nữa, để tăng hiệu quả oxy hóa người ta phun môi trường thành bụi và thổi không khí vào thùng lên menqua các lờp phoi bào từ dười lên trên Mỗi làn môi trường qua lớp phoi bào bị nóng lên vì phản ứng oxy hóa và vi khuẩn hô hấp tỏa nhiệt Vì vậy, trước khi cho môi trường phun thành bụi lần sau cần phải làm lạnh Môi trường có thể cho qua lớp phoi bào nhiều lần để cho vi khuẩn tiếp xúc và oxy hóa hầu hết rượu trong đó để biến

thành giấm (rượu etylic dư khoảng 0,1-0.2%) Nhiệt độ lên men trong khoảng

24-370C tùy theo giống vi khuẩn Thời gian lên men khoảng 8-10 ngày

Ngoài hai phương pháp này người ta còn chú ý đến phương pháp lên men chìm kiểu hiện đại Phương pháp này ngày càng có ý nghĩa lớn Các nồi lên men đặc biệt được thông khí mạnh (acetator), khi thay thế từng phần dịch dinh duỡng cũng được thông khí đầy đủ rồi Sau khi etanol được chuyển thành acid acetic thì cũng rút bớt phần lớn và đưa dịch mới vào nồi lên men tiếp tục Với phương pháp lên men như vậy gần như là lên men bán liên tục Các chủng Acetobacter suboxydans tỏ ra thích hợp với phương pháp lên men này, chúng có thể chuyển hóa toàn bộ etanol thành acid acetic với điều kiện là nồng độ cồn 12% trong môi trường có thêm một ít glucoza

và sục khí rất mạnh Lên men ở 28-320C khoảng 2 ngày

4 Quá trình sản xuất giấm ăn:

Quá trình sản xuát giấm ăn hay lên men acetic gồm có những giai đoạn sau:

1) Chuẩn bị môi trường, 2) Lên men, 3) Hoàn thành phẩm.

Nguyên liệu dùng để sản xuất là các loại nước quả (chưa hoặc đã lên men rượu), rượu và bia kém phẩm chất, các loại dịch đường, nhưng chủ yếu vẫn là các loại rượu Trong đó, nước nho và rượu nho là nguyên liệu sản xuất dấm có chất lượng cao Rượu etylic là nguồn nguyên liệu được dùng phổ biến trong công nghiệp lên men axetic Các loại quả chín được ép lấy nước và các loại dịch đường có lẫn nấm men rượu sẽ xảy ra quá trình lên men rượu, biến các loại đường thành rượu etylic và thu được dịch rượu nhẹ Cũng có trường hợp người ta bổ sung nấm men Saccharomyces vào các loại dịch trên trước khi làm giấm Quá trình lên men rượu tư nhiên (hoặc có thêm rượu nhẹ) kéo dài 2-3 tuần, xác men lắng xuống phía dưới và ta gạn lấy dịch trong có nồng độ rượu thấp để cho lên men acetic

Nồng độ rượu thích hợp cho lên men axetic là 10-13%, trường hợp cao hơn sẽ ức chế giống vi khuẩn axetic phát triển và một phần rượu không bị oxy hóa thành giấm, còn trường hợp rượu quá thấp sẽ xảy ra hiện tượng oxy hóa triệt để biến giấm thành

CO2 và nước

Trong môi trường dinh dưỡng, ngoài rượu etylic, cần phải có đủ các chất đảm bảo cho vi khuẩn sống và hoạt động, gồm có các nguồn cacbon, nitơ, các chất khoáng: K, Mg, Ca, Fe, P, S…

Nguồn cacbon ở đây có thể là đường, nguồn nitơ là các axit amin, pepton hoặc muối amon Các chất khoáng dùng ở dạng muối vô cơ hoặc hợp chất hữu cơ Nước mạch nha, bia, nước hoa quả, dịch nấm men… là những nguồn dinh dưỡng rất tốt đối với vi khuẩn axetic Nhưng sử dụng các nguồn này phải cẩn thận, vì dùng với liều lượng cao sẽ làm cho vi khuẩn phát triển mạnh, kém khả năng lên men hoặc tạo điều kiện cho các vi sinh vật khác phát triển

Trong sản xuất người ta thường dùng môi trường có thành phần như sau: cứ 100 lít cồn tuyệt đối thêm 25 gam superphotphat, 25 gam amon sunfat, 0,9 gam kali cacbonat, 500 gam glucoza hoặc dịch đường thủy phân từ tinh bột tương đượng với

lượng đường glucoza Có thể dùng sacroza thay cho glucoza Nước pha thành

800-1000 lit môi trường

Vi khuẩn acetic thường tiêu hóa rất ít các chất dinh dưỡng Để có được dấm có chất lượng cao và tránh hiện tượng nhạt ở phoi bào cần phải bổ sung các chất dinh dưỡng làm nhiều lần, nhưng mỗi lần với lượng thấp Nếu trường hợp lên men bị yếu, thì có thể bổ sung vào môi trường dịch malt hoặc bia

Môi trường nhân giống hoặc lên men cần được axit hóa bằng chính axit axetic nhằm kích thích giống phát triển và ức chế các vi khuẩn khác

Trong quá trình lên men nhanh có thể dùng hệ vi khuẩn acetic thuần khiết tự nhiên, có nghĩa là lúc đầu tạo điều kiện cho một số loài cùng một nhóm nhiễm từ không khí phát triển luôn luôn ở môi trường acid acetic Nhưng trong sản xuất còn dùng các chủng thuần khiết và thu được hiệu quả cao Các chủng thường dùng là Acetobacter schiitzenbachii hoặc Acetobacter curvum 86 và 96 Trước khi cho lên men ở thùng lớn cần phải nhân giống ở bình tam giác và thùng nhỏ Trong bình tam giác có dịch đường nồng độ 5-60Bx và 3-5% rượu Thùng nhân giống có cấu tạo giồng thùng lên men nhưng nhỏ hơn Các phoi bào đã vô trùng trong thùng nhân giống được acid hóa bằng acid acetic 6-9% Cách làm như sau: trong thùng nhỏ xếp các phoi bào đã được nấu sơ bộ đã diệt trùng, rôi tẩm ướt phoi bào bằng dung dịch axit axetic Thanh trùng thùng có phoi bào ở nồi hấp1atm trong 30 phút Làm nguội tới 300C, cấy giống từ bình tam giác sang Sau khi cấy giống người ta đổ vào thùng nhân giống hỗn hợp 6% acetic và 3% rượu etylic Nuôi ở 300C khoảng 5-7 ngày Sau

đó chuyển dịch giống sang thùng lên men Trước khi cấy chuyền giống này, thùng lên men được rửa sạch, xếp phoi bào và cho hơi nóng đi qua, rồi thấm ướt phoi bào bằng dung dịch acetic 6%, hấp ở 700C trong 15 phút Phương pháp lên men nhanh với chủng thuần khiết có nhiều ưu điểm: Quá trình lên men ngắn ngày, dễ kiểm tra, giá thành hạ

Trong quá trình sản xuất nếu lên men liên tục không nghỉ thì có thể không phải nhân giống lại Ở các thùng lên men chậm khi đạt được độ chua của giấm cần thiết, người ta rút dịch ra khỏi thùng và lại cho thêm dịch mới Trong khi thao tác không