Công nghệ sản xuất giấm ăn

Giấm gạo được làm từ rượu gạo hay rượu nếp. Loại giấm nầy được dùng rộng rãi ở các nước châu Á như Hàn Quốc, Nhật bản, Trung quốc và Việt nam. Giấm gạo có thể có màu trong suốt, vàng nhạt, đỏ hay đen. Giấm trắng có màu trong suốt đến vàng nhạt thường được làm từ rượu gạo. Đây là loại thông dụng nhất, được dùng ở hầu hết các nước châu Á. Nó có nồng độ acid acetic cao nhất trong các loại giấm gạo. Giấm đỏ được làm từ gạo Hồng do có mùi vị đặc trưng nhưng ít chua hơn giấm trắng. Loại giấm nầy được sản xuất ở Trung quốc nên được đồng bào ta gọi là giấm Tiều hay giấm Tàu. Ở Việt nam, giấm đỏ là một loại gia vị không thể thiếu trong những tiệm mì do người Việt gốc Hoa làm chủ. Loài người đã biết chế tạo và sử dụng giấm từ nhiều ngàn năm trước. Khoảng 5000 năm trước công nguyên, người Babylon đã biết dùng trái chà là để làm rượu và giấm. Vết tích của giấm đã được tìm thấy ở Ai Cập cổ đại từ 3000 năm trước công nguyên. Theo sự tích Thần Nông, giấm cũng được tìm thấy ở Trung Quốc từ đời nhà Hạ, 2000 năm trước công nguyên. 500 năm trước công nguyên, ở Hy lạp, Hippocrates, vị cha đẻ của ngành y học hiện đại, đã dùng giấm làm từ nước táo hòa với mật ong để trị những bệnh ho và cảm lạnh. Trong Thánh kinh Công giáo, giấm được miêu tả như là thứ gì đó không vui, nhưng Boaz cũng cho phép Ruth được chấm mẩu bánh mì của cô ấy vào giấm. Chúa Giê Su khi bị đóng đinh trên thập tự giá 2000 năm trước cũng được dâng giấm(Matthew 27:48; Mark 15:36). Trong truyền thống Hồi giáo cũng được kể giấm là 1 trong 4 gia vị thích nhất của tiên tri Muhammad, ông gọi đó là gia vị được ban phước (blessed seasoning) 1. Năm 1864, Louis Pasteur đã chứng minh giấm là kết quả từ một quá trình lên men tự nhiên. ............................. Giấm đen được làm từ gạo nếp than ít chua hơn cả giấm đỏ, nhưng có mùi vị nồng hơn. Loại giấm được dùng phổ biến ở miền nam Trung quốc để ướp thức ăn và làm nước chấm. ...............................

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & MÔI TRƯỜNG

BÀI BÁO CÁO

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN

GVHD : ThS LÊ PHƯƠNG CHUNG SVTH :

Trang 2

Page 2 of 58 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4

1 Tổng quan 5

1.1 Lịch sử 5

1.2 Khái niệm 6

1.3 Phân loại 6

1.4 Các phương pháp sản xuất 7

1.5 Các chủng vi sinh vật lên men .7

1.6 Bản chất của quá trình lên men 14

1.7 Khái quát về ứng dụng 20

2 Quy trình sản xuất 23

2.1 Nguyên liệu sản xuất 23

2.2 Quy trình 24

2.3 Thiết bị trong phương pháp lên men chìm 26

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 38

2.5 Một số hư hỏng của giấm 40

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

CÂU HỎI THẢO LUẬN 46

Trang 3

GVHD: ThS LÊ PHƯƠNG CHUNG

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Bảng 1.1: Bảng phân loại vi khuẩn Acetic theo Frateur (1950) 8

Hình 1.1: Đặc điểm hình thái của vi khuẩn Acetic 9

Hình 1.2: Vi khuẩn Acetobacter aceti 11

Hình 1.3: Vi khuẩn Acetibacter pasteurianum 12

Hình 1.4: Vi khuẩn Acetobacter xilinum 13

Hình 1.5: Vi khuẩn Acetobacter Schiitzenbachii 13

Hình 1.6: Sự ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình lên men 15

Hình 1.7: Quá trình chuyển hóa etanol thành axit acetic 17

Hình 1.8: Quá trình đầu được xúc tác bởi enzyme alcool-dehydrogenase 17

Hình 1.9: Phản ứng loại hydro 18

Hình 1.10: Liên kết hidro của acid acetic 19

Hình 1.11: Quá trình oxi hóa không hoàn toàn thành acid acetic 20

Hình 2 1 Quy trình sản xuất acid acetic quy mô công nghiệp 24

Hình 2 2 Thiết bị lên men với bộ đảo trộn cơ học dạng sủi bọt có sức chứa 100m 3 28

Hình 2 3 Bít kín trục của thiết bị lên men 31

Hình 2 4 Cấu tạo của thiết bị lên men có đảo trộn bằng khí động học và thông gió môi trường 32

Hình 2 5 Thiết bị cấy lên men trao đổi khối mạnh 36

Hình 2 6 Các sản phẩm trên thị trường 42

Trang 4

Page 4 of 58

LỜI NÓI 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 người 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 một 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, cũng như vai trò của chúng trong quá trình lên

men đặc biệt là quá trình lên men giấm, nhóm mình xin gửi tới các bạn bài thuyết trình

này, hy vọng sẽ giúp các bạn hiểu thêm về ngành công nghiệp sản xuất giấm trên thế giới

và Việt Nam hiện nay

Trang 5

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LÊN MEN TRONG SẢN XUẤT GIẤM ĂN

1 Tổng quan

1.1 Lịch sử

Con người đã biết làm và sử dụng giấm từ hàng ngàn năm trước Khoảng 5000

năm trước công nguyên, người Babylon đã biết sử dụng trái chà là để làm rượu và giấm

Vết tích của giấm đã được tìm thấy ở Ai Cập cổ đại từ 3000 năm trước công nguyên

Theo sự tích Thần Nông, giấm cũng được tìm thấy ở Trung Quốc vào thời nhà Hạ, 2000

năm trước công nguyên 500 năm trước công nguyên ở Hy Lạp, Hippocrates – vị cha đẻ

của ngành y học hiện đại, đã dùng giấm làm từ nước táo hòa với mật ong để trị những

bệnh ho và cảm lạnh Trong truyền thống hồi giáo cũng được kể, giấm là 1 trong 4 gia vị

thích nhất của nhà tiên tri Muhammad, ông gọi đó là gia vị được ban phước

Giấm được dùng như vị thuốc, tác nhân phá hủy và chất bảo quản Vào thời

trung nguyên, những nhà luyện kim đổ giấm lên chì để tạo chì acetate

Thời kỳ phục hưng, làm giấm là nghề đem lại lợi nhuận ở Pháp Nước này đã

sản xuất gần 150 loại giấm có mùi vị từ việc bổ sung tiêu, cỏ ba lá, hoa hồng, thìa là, và

mâm xôi Sản xuất giấm cũng được phát triển ở Anh, sinh lời đến nỗi năm 1693 Nghị

viện thiết lập thuế trên giấm-bia Vào thời kỳ đầu ở Mỹ, sản xuất giấm rượu táo là nền

tảng của nông nghiệp và kinh tế hộ gia đình, được giá gấp 3 lần rượu táo thô truyền thống

Năm 1864, nhà hóa học Louis Pasteur đã chứng minh giấm là kết quả từ một quá

trình lên men tự nhiên, ông đã tìm ra lý do tại sao rượu lại trở thành giấm Ông khám phá

ra vi sinh vật sẽ biến rượu trở thành giấm và gọi đó là quá trình lên men giấm Sự biến đổi

có tỷ lệ 1:1 Loại rượu với lượng cồn nhất định sẽ cho ra giấm với nồng độ tương đương

Giấm cất ở Châu Á có lịch sử lâu đời hơn 2000 năm và có nhiều chủng loại Do

hoàn cảnh địa lý, nguyên liệu không giống nhau, giấm ăn ở các nước không giống nhau,

Trang 6

Page 6 of 58

phát triển dần theo nhu cầu Người ta đã chia theo hiệu lực và công dụng của giấm từ loại

đơn thuần gia vị phát triển thành dùng loại để nấu nướng, loại làm ngon cơm, loại giữ sức

khỏe và loại nước uống

1.2 Khái niệm

Giấm là một loại chất lỏng có tính acid yếu, sản xuất từ sự lên men của rượu, hoặc

từ các chất có chứa tinh bột hoặc đường Chủng vi khuẩn Acetobacter là tác nhân chính

trong quá trình lên men tạo thành acid acetic

Giấm có mùi thơm đặc trưng và có chút vị ngọt thanh Giấm có pH từ 4-5, chứa

khoảng 1-5% acid acetic tùy theo nhu cầu sử dụng, ngoài ra còn chứa các thành phần dinh

dưỡng khác như đường, protein, vitamin …

1.3 Phân loại

Giấm chia thành giấm cất (chưng) và giấm pha chế

- Giấm cất (cũng gọi là giấm gạo) lấy lương thực, đường làm nguồn nguyên liệu

chính, thông qua việc ủ vi sinh vật lên men Thành phần dinh dưỡng của nó có

acid acetic, đường, acid hữu cơ, vitamin, muối vô cơ rất tốt cho việc trao đổi

chất của cơ thể

- Giấm pha chế (giấm hóa học) thì lấy acid acetic tinh của thành phần hóa học

làm nguyên liệu chính, thêm nước pha loãng mà thành, không có thành phần

dinh dưỡng khác Nếu sử dụng acid acetic công nghiệp để pha chế giấm để ăn

đối với cơ thể là có hại

Ngoài ra, giấm cũng có thể được phân loại theo mục đích sử dụng:

- Loại nấu nướng: độ acid acetic 4-5% vị nồng thơm dịu, vốn có tác dụng tẩy

mùi tanh, giúp tươi thịt Đối với thịt, cá, hải sản…vô cùng thích hợp Nếu như

dùng giấm trắng cất, vẫn không thể ảnh hưởng màu sắc thức ăn vốn có

Trang 7

- Loại ngon cơm: Độ acid acetic 3 - 4%, vị khá ngọt thích hợp để trộn thức ăn,

nước chấm như trộn dưa chuột, điểm tâm…có tác dụng làm tươi giòn thức ăn

Loại giấm gạo hoa hồng, giấm gạo cất

- Loại bảo vệ sức khỏe: Độ acid acetic khá thấp, khoảng 3% Khẩu vị khá ngon,

mỗi buổi sáng sớm hay sau khi ăn uống 1 thìa là tốt, có thể tăng cường thân thể

và tác dụng phòng chống bệnh, loại giấm này có hơn 10 loại

- Loại nước uống: độ acid acetic 1% Loại thức uống này từ giấm gạo có vị chua

ngọt, dễ uống, thường cho thêm nước trái cây như táo, lê… cho thêm đá và gas

CO2

1.4 Các phương pháp sản xuất

Phương pháp truyền thống

- Đặc điểm:

+ Vi sinh vật tham gia vào quá trình lên men là những vi sinh vật từ tự nhiên

+ Thời gian lên men lâu, hiệu suất thấp, chất lượng và chủng giống không ổn định,

chất lượng không đồng đều

+ Thường sử dụng ở quy mô hộ gia đình, để sản xuất cho quy mô công nghệp là rất

khó khăn khi chất lượng không ổn định

Phương pháp hiện đại

Thời gian lên men nhanh, hiệu suất cao, chất lượng ổn định, chủ động trong tuyển

chọn và cải tiến chủng giống

Phương pháp lên men hiện đại giúp khắc phục nhược điểm của phương pháp lên

men truyền thống Vì vậy rất phù hợp để sản xuất theo quy mô công nghiệp

1.5 Các chủng vi sinh vật lên men

Trang 8

Page 8 of 58

Vi sinh vật là tác nhân quan trọng nhất quyết định đến sự thành công của một quá

trình lên men giấm Nếu không có vi sinh vật thì sẽ không xảy ra quá trình chuyển hóa

các chất để tạo thành acid acetic tự nhiên (Acid acetic có thể được tạo thành từ các phản

ứng hóa học và sản phẩm độc khi làm thực phẩm) Trong tự nhiên, có rất nhiều chủng vi

sinh vật có khả năng sinh ra acid acetic, chúng không chỉ có khả năng lên men cồn thành

acid acetic, mà chúng còn chuyển hóa được rượu propionic thành acid propionic và

chuyển hóa rượu butylic thành acid butylic Các loài vi sinh vật acetic không oxi hóa

được rượu bậc cao và rượu metilic Thường sử dụng là giống Acetobacter

Năm 1950, Frateur chia vi khuẩn acetic làm 4 nhóm theo bảng sau:

Bảng 1.1: Bảng phân loại vi khuẩn Acetic theo Frateur (1950)

Đặc điểm của của giống Acetobacter

Giống vi khuẩn Acetobacter thuộc họ Pseudomonadieae, phân bố rộng rãi trong tự

nhiên và có thể phân lập được các vi khuẩn này từ không khí, đất, nước, lương thực thực

phẩm, giấm, rượu, bia, hoa quả …

Trang 9

Đặc điểm hình thái

Hình 1.1: Đặc điểm hình thái của vi khuẩn Acetic

- Dạng hình que, tùy điều kiện nuôi cấy (thành phần môi trường nuôi cấy) mà

các vi khuẩn Acetobacter có thể sinh ra các tế bào có hình thái khác biệt dạng kéo dài

hoặc phình to ra

- Vi khuẩn Gram âm, không sinh bào tử

- Kích thước thay đổi tùy loài (0.3 – 0.6 x 1.0 – 8.0µm)

- Có thể di động (có tiên mao đơn hoặc chu mao), hoặc không di động (không

có tiên mao)

- Hiếu khí bắt buộc

- Có khả năng chịu được độ acid cao

- Tế bào đứng riêng lẻ hoặc kết thành từng chuỗi

- Có khả năng tạo thành váng trên môi trường lỏng, khả năng tạo thành váng

thay đổi tùy loại:

o Acetobacter xylinum: Tạo thành váng cellulose khá dày và chắc

o Acetobacter orleanoe: Tạo thành váng mỏng những chắc

o Acetobacter pasteurianum: Tạo thành ván khô và nhăn nheo

o Acetobacter suboxydans: Tạo thành ván mỏng dễ tan rã

Trang 10

Page 10 of 58

o Acetobacter curvum: Sinh acid acetic với nồng độ cao nhưng tạo thành

váng không chắc chắn

Đặc điểm sinh trưởng

- Phát triển tốt trong điều kiện hiếu khí bắt buộc, nhiệt độ 25 – 30oC, pH 5,4 –

5,8

- Tính chất đặc trưng của giống Acetobacter là khả năng oxy hóa rượu etylic

thành acid acetic ở pH 4,5

- Ngoài ra còn thực hiện quá trình oxi hóa acid acetic, oxi hóa lactate, chuyển

glucose thành gluconate, oxy hóa không hoàn toàn các hợp chất hữu cơ khác

(các loại đường và dẫn xuất của chúng) để tạo thành các hơp chất ketone hay

các acid hữu cơ tương ứng

- Nhu cầu dinh dưỡng của giống Acetobacter đối với nguồn C, N và chất sinh

trưởng cũng rất đa dạng Giống Acetobacter sử dụng đường, etylic và các acid

hữu cơ làm nguồn C, muối amon làm nguồn N

- Trong quá trình phát triển của vi khuẩn Acetobacter có nhu cầu đối với một số

acid amin như valin, alanine, prolin, isolosine

- Một số chất kích thích sinh trưởng như acid nicotinine, acid amin, folic và

biotin … có vai trò quan trọng trong sinh trưởng

- Acetobacter có khả năng đồng hóa muối NH4+ và phân giải pepton Một số loài

đòi hỏi acid amin nhất định như acid pantothenic và các chất khoáng K, Mg,

Ca, Fe, P, S … ở dạng muối vô cơ, hữu cơ hoặc hợp chất hữu cơ Do đó bia,

dịch tự phân nấm men, nước mạch nha, nước trái cây … là nguồn dinh dưỡng

rất tốt cho sự phát triển của vi khuẩn Acetobacter

Trong thực tế sản xuất giấm, trong 20 loài chỉ có một số loài sau đây có ưu điểm

hơn:

Acetobacter aceti

Trang 11

Hình que nhưng kích thước rất ngắn 0,4 – 0,8 và 1 – 1,2 mm, không di động,

thường xếp thành chuỗi dài Chúng không tạo được các bào tử và các tế bào thường hình

thành chuỗi có kích thước rất dài Chúng tạo thành khuẩn lạc to, sáng trên gelatin với dịch

lên men chứa 10% đường saccharose, tạo thành màn dày nhẵn không được nâng lên theo

thành bình Khi nhuộm iod tế bào chuyển thành màu vàng Chúng chịu được nồng độ

rượu 11%V, trong điều kiện thuận lợi chúng có khả năng tạo 6% acid acetic Nhiệt độ

thích hợp cho vi khuẩn này là 34o

C Nếu nhiệt độ cao quá 43oC sẽ gây ra hiện tượng co tế bào và tạo thành quả lê, thường phát triển trên bia

Hình 1.2: Vi khuẩn Acetobacter aceti

Acetibacter pasteurianum

Có hình thái giống với Acetobacter aceti, khi nhuộm iod tế bào chuyển màu xanh

Chúng chịu được nồng độ cồn thấp hơn Acetobacter aceti Trong điều kiện thuận lợi

chúng có khả năng tạo 5 – 6 % acid acetic Nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn này là 34o

C

Acetobacter pasteurianum tạo thành váng khô và nhăn nheo

Trang 12

Page 12 of 58

Hình 1.3: Vi khuẩn Acetibacter pasteurianum

Acetobacter orleaneuse

Hình thái vi khuẩn này giống hai vi khuẩn trên nhưng kích thước nhỏ hơn nhiều

Đặc biệt hai đầu tế bào thường nhỏ lại Khi nhuộm iod tế bào chuyển thành màu vàng

Chúng chịu được nồng độ cồn đến 20%V Trong điều kiện thuận lợi chúng có khả năng

tạo 9,5% acid acetic Acetobacter orleanoeuse tạo thành váng mỏng nhưng chắc

Acetobacter xilinum

Hình que 2 mm, đứng riêng lẽ hay xếp thành chuỗi không di động Các tế bào được

bao bọc bởi chất nhầy, tạo váng nhẵn khá dày, bắt màu xanh với thuốc nhuộm iod và

H2SO4 (phản ứng của hemicellulose) vì váng có chứa hemicellulose Trong điều kiện

thuận lợi chúng có khả năng tạo 4,5% acid acetic và tạo một màng rất dày trên bề mặt môi

trường, ngoài ra chúng còn có khả năng oxi hóa tiếp acid acetic thành CO2 và H2O

Trang 13

Hình 1.4: Vi khuẩn Acetobacter xilinum

Acetobacter schiitzenbachi

Hình thái vi khuẩn này giống vi khuẩn trên nhưng chúng dài hơn Thường được

dùng trong phương pháp lên men chìm Trong điều kiện thuận lợi chúng có khả năng tạo

11 – 12% acid acetic

Hình 1.5: Vi khuẩn Acetobacter Schiitzenbachii

Acetobacter curvum

Trong điều kiện thuận lợi chúng có khả năng tạo 10 – 11% acid acetic Nhiệt độ

thích hợp cho vi khuẩn này là 35 – 37o

Trang 14

Page 14 of 58

Acetobacter suboxydans

Vi khuẩn này chịu được độ cồn rất cao Nếu trong môi trường, ta 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 được tạo thành từ quá trình lên

men có thể đến 13% Nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn này khi lên men là 23 – 30o

C

Acetobacter suboxydans tạo thành váng mỏng dễ tan rã

Để đáp ứng được quy mô công nghiệp, không những đòi hỏi những chủng vi sinh

vật có khả năng sinh acid acetic mạnh mà chúng còn phải có khả năng chịu được các điều

kiện trong công nghiệp như : pH, nhiệt độ… Vì vậy, trong công nghiệp người ta thường

sử dụng loài Acetobacter aceti là nhiều nhất Vì chúng thỏa mãn các tiêu chí sau:

- Phải oxi hóa etylic tốt nhất

- Tạo sản phẩm nồng độ acid acetic cao, chịu được độ cồn và acid acetic cao

- Các tính chất ban đầu được giữ nguyên trong suốt quá trình lên men

- Các điều kiện phân lập, nuôi cấy, bảo quản giống đơn giản không tốn kém

1.6 Bản chất của quá trình lên men

- Các biến đổi trong quá trình lên men

Qua nghiên cứu có các yếu tố biển đổi trong quá trình lên men như: yếu tố vật lý,

hóa sinh, hóa học, sinh học …

Trang 15

Hình 1.6: Sự ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình lên men

Trước tiên về vật lý, nhiệt độ trong quá trình lên men tăng do quá trình trao đổi

chất của vi sinh vật tỏa nhiệt ra bên ngoài Khối lượng cơ chất giảm và khối lượng sản

phẩm tăng lên

Về hóa học thành, phần các hợp chất trong môi trường thay đổi Thành phần không

khí thay đổi do vi sinh vật giải phóng khí CO2 trong quá trình lên men

Ngoài ra, trong quá trình lên men số lượng của vi khuẩn cũng tăng lên Giai đoạn

đầu của quá trình lên men số lượng của các vi sinh vật tạp nhiễm gia tăng Nhưng càng về

sau khi nồng độ acid acetic trong dịch lên men ngày càng tăng thì một số vi sinh vật tạp

cũng bị ức chế và giảm số lượng

- Bản chất của quá trình lên men acid acetic

Lên men acid acetic là quá trình oxy hóa rượu thành acid acetic, nhờ vi sinh vật

trong điều kiện hiếu khí Trong quá trình lên men đòi hỏi phải có năng lượng để thực hiện

được các hoạt động sống như sinh trưởng, sinh sản và phát triển Quá trình lên men bao

gồm có các 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

Trang 16

Page 16 of 58

trữ trong mạch cacbon 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 enzyme xúc tác quá trình

tách nguyên tử hydro khỏi cơ chất gọi là enzyme dehydrogenase Ngoài ra còn có quá

trình lên men giấm, rượu được oxy hóa thành acid acetic Ở đây sự chuyển hydro được

thực hiện nhờ sự xuất hiện của NADP (Nicotinamit adenin dinucleotit photphat dạng oxy

hóa) Hydro được NADP nhận (trở thành NADPH2) 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

- Cơ chế phản ứng của quá trình lên men axit axetic

Quá trình lên men nhờ một nhóm vi khuẩn được gọi là vi khuẩn acetic trong điều

kiện hiếu khí, khi đó chúng oxy hóa rượu etylic thành acid acetic

CH3CH2OH + O2 = CH3COOH + H2O + 117 kcal

Để chuyển hoá thành acid acetic, CH3CH2OH và O2 phải thẩm thấu vào thành tế

bào vi khuẩn, ở đây nhờ có enzyme của vi khuẩn xúc tác, CH3CH2OH được chuyển hoá

thành acid acetic theo một quá trình sau:

Trang 17

Hình 1.7: Quá trình chuyển hóa etanol thành axit acetic

Quá trình đầu xảy ra phản ứng xúc tác bởi enzyme alcool-dehydrogenase

Hình 1.8: Quá trình đầu được xúc tác bởi enzyme alcool-dehydrogenase

(C2H5OH + ½O2 -> CH3CHO (Acetaldehyde) + H2O) Sau sự hydrate hóa acetaldehyde diễn ra phản ứng loại hydro xúc tác bởi aldehyde

- dehydrogenase lần hai:

Trang 18

Page 18 of 58

Hình 1.9: Phản ứng loại hydro (CH 3 CHO + H 2 O -> CH 3 CH(OH) 2 (Hydrate acetaldehyde))

CH 3 CH(OH) 2 + ½ O 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 CO2 và H2O theo

phương trình sau:

CH3COOH + 2O2 = 2CO2 + 2H2O 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 nhằm tránh hiện tượng “quá oxy hoá” Hydro được NADP nhận và

qua các citocrom của chuỗi hô hấp được chuyển cho O2 (chất nhận)

Trang 19

Hình 1.10: Liên kết hidro của acid acetic

Hình ảnh vi sinh vật sử dụng cơ chất etanol và chuyển thành acid acetic NADP2

xuất hiện trong quá trình được chuyển hóa qua chuỗi hô hấp để thu năng lượng Quá trình

này cùng được coi là oxy hóa không hoàn toàn Cơ chất bị phân giải không hoàn toàn,

trong đó oxy là chất nhận hydro

Trang 20

Page 20 of 58

Hình 1.11: Quá trình oxi hóa không hoàn toàn thành acid acetic

1.7 Khái quát về ứng dụng

Acid acetic là một loại acid hữu cơ được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và trong

sản xuất công nghiệp Trong công nghệ thực phẩm người ta sử dụng giấm theo nhu cầu

giấm dùng nấu 4-5%, giấm ăn 3-4%, giấm bảo vệ sức khỏe 1-2% 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

Và đối với giấm trong nông nghiệp có thể sử dụng giấm như một loại thuốc diệt cỏ…

Còn trong công nghiệp đặc biệt là gỗ người ta sử dụng giấm để làm chất chống

đông mủ cao su …

Ngoài ra giấm còn được sử dụng trong y dược:

- Ngăn chặn tiểu đường

Tiểu đường được mô tả là lượng đường trong máu cao kể cả trước và sau bữa ăn

Tiểu đường được chia làm 2 loại Ở bệnh tiểu đường tip 1, lượng đường trong máu vượt

quá mức cho phép là do cơ thể không tiết đủ insulin để làm giảm lượng đường trong máu

Trang 21

Ở dạng tiểu đường tip 2, lượng insulin cơ thể vẫn ở mức ổn định, tuy nhiên lượng đường

trong máu vẫn cao do cơ thể không có đáp ứng với insulin Lượng đường huyết trong máu

có thể giảm xuống 19% và 34% lần lượt ở bệnh nhân tiểu đường tip 1 và 2 khi được điều

trị kết hợp với giấm (Jonhston và cộng sự, 2004) Những nghiên cứu gần đây cũng cho

thấy hiệu quả rõ rệt khi sử dụng giấm để điều trị bệnh tiểu đường ở cả động vật và người

(Salbe và cộng sự, 2009) Ở chuột, tác động của giấm ăn lên đường huyết đã được nghiên

cứu, lượng đường trong máu giảm khi cho chuột ăn ở chế độ ăn bình thường sau đó uống

một lượng tinh bột chứa 2% giấm ăn (Ebihara và Nakajima 1998) Ở người lượng insulin

đáp ứng dưới ngưỡng giảm 20% sau khi sử dụng đường sucrose chung với giấm ăn

(Brighenti và cộng sự 1995) Có rất nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh tác dụng

giảm lượng đường huyết của giấm Giấm có khả năng ngăn cảng sự tiêu hóa hoàn toàn

của cacbonhydrate hoặc làm tăng tốc độ rỗng hóa của dạ dày Ngoài ra giấm ăn còn giúp

tăng cường khả năng hấp thụ đường của tế bào để điều hòa lượng đường trong máu

- Ngăn chặn ung thư

Ung thư là căn bệnh gây tử vong chính trên toàn thế giới chiếm 8,2 triệu ca tử

vong (2012) trên toàn thế giới theo tổ chức WHO và đang không ngừng tăng lên hằng

năm Thông thường trong cơ thể có sự cân bằng giữa quá trình phân chia và quá trình tự

chết của tế bào, sự cân bằng trên được kiểm soát chặt chẽ nhờ các hệ thống trong cơ thể

như quá trình apoptosis Sự đột biến của các DNA làm mất đi sự cân bằng trên gây nên sự

phân chia mất kiểm soát của các tế bào thuộc khu vực đó gây nên ung thư Ung thư là căn

bệnh cực kì nguy hiểm, là nỗi ám ảnh của thế giới Chúng hủy hoại cơ thể từ từ tạo nên

những đau đớn về mặt thể xác và tinh thần cho cả bệnh nhân cũng như người thân

Kurosu là một loại giấm ăn của Nhật Bản có chứa một lượng hợp chất phenolic có khả

năng ngăn chặn các tế bào ung thư (Shimoji và cộng sự 2004) Những tác động của giấm

Kurosu đã được nghiên cứu rất kĩ Giấm ăn có khả năng ức chế các dòng tế bào ung thư

ruột kết ung thư tuyến vú, ung thư bàng quang, ung thư phổi (Nanda và cộng sự, 2004)

Trang 22

Page 22 of 58

Các loại giấm mía, giấm táo và các sản phẩm lên men rượu và giấm từ mía và táo cũng có

những tác dụng chống ung thư đáng chú ý

- Chống béo phì

Béo phì là căn bệnh nguy hiểm dẫn đến nhiều loại bệnh khác như tiểu đường,

tim mạch Theo tổ chức thế giới WHO thì đến năm 2020 béo phì và các bệnh sẽ là nguyên

nhân gây nên hai phần ba tổng số bệnh tật trên thế giới Việc sử dụng thực phẩm chứa quá

nhiều năng lượng cộng với sự lười biếng vận động là nguyên nhân chính gây nên bệnh

béo phì Giấm ăn có khả năng giảm hệ số chuyển hóa thức ăn của cơ thể người Chúng

còn gây ra cảm giác chán ăn Johnson và Buller đã nghiên cứu trên 3 điều kiện (đối

chứng, chế độ ăn chứa giấm và chế độ ăn chứa dầu phộng) kết quả chỉ ra rằng việc sử

dụng giấm và dầu phộng có khả năng giảm hệ số chuyển hóa thức ăn từ 200 đến 275 calo

trên ngày và giảm từ 0.5 đến 1 pounds với đôi chứng

- Điều trị tim mạch

Tăng huyết áp hay cao huyết áp là nguy cơ lớn dẫn đến những rối loạn cho tim

mạnh và một mối nguy hiểm đối với sức khỏe Ước tính có khoảng 20% dân số thế giới ở

độ tuổi trưởng thành bị ảnh hưởng của tăng huyết áp Việc tăng huyết áp có thể gây ra

những hậu quả nghiêm trọng cho cơ thể như nhồi máu cơ tim, đột quỵ Mức độ nguy

hiểm sẽ tăng lên gấp bội nếu bệnh nhân mắc thêm các bệnh như tiểu đường, xơ vữa động

mạch…Việc sử dụng các pholyphenol chống oxi hóa tự nhiên có khả năng làm giảm các

bệnh liên quan tới tim mạch Pholyphenol có trong giấm táo có khả năng chống lại sự oxi

hóa của các lipoprotein có phân tử lượng thấp có trong thành mạch máu (Ross 1999)

Fusimi và cộng sự, 2006, đã chỉ ra rằng khi sử dụng 0.3% acid acetic bổ sung vào thức ăn

giàu cholesteron cho chuột thì lượng cholesteron không tăng mà còn giảm kèm theo đó là

sự giảm của triglycerol Giấm ăn còn có khả năng ức chế Enzyme angiotensis-I

converting (ACE) có chức năng chuyển đổi engiotensin I thành engiotensin II

Trang 23

engiotensin II là nguyên nhân gây co thành mạch máu làm tăng huyết áp trong máu lên

cao

Tác dụng điều trị như là thuốc: giấm ăn có khả năng giảm các cơn đau cơ do tập

luyện quá sức Chúng có khả năng phân giải các chất độc tích tụ trong cơ, các acid hình

thành do quá trình hô hấp thiếu oxi của cơ thể …

2 Quy trình sản xuất

2.1 Nguyên liệu sản xuất

Nguyên liệu lên men giống thường chia làm 2 nhóm chính sau:

- Nguyên liệu chứa nhiều tinh bột: Gạo, ngô, lúa mì, đại mạch …

- Nguyên liệu chứa đường: Mật ong, nho, táo, điều …

Trong công nghiệp, thường dùng ethanol tinh luyện Ethanol được sản xuất bằng

cách lên men từ mật rỉ hay từ tinh bột Quá trình lên men chuyển trực tiếp từ cồn thành

acid acetic Còn các nguyên liệu khác thì:

- Nguyên liệu có tinh bột (đường hóa)  Đường (rượu hóa)  Rượu (vi khuẩn/

oxi hóa)  Acid acetic

- Nguyên liệu có đường (rượu hóa)  Rượu (vi khuẩn/ oxi hóa)  Acid acetic

Chỉ tiêu ethanol dùng trong sản xuất:

 Cảm quan: chất lỏng, không màu, không tạp chất và có mùi vị đặc trưng của

ethanol được sản xuất từ ngũ cốc và đường

 Thành phần hóa học: hàm lượng ethanol ở 20oC là 95%V, thời gian oxi hóa hơn

20 phút, hàm lượng acid chuyển ra acid acetic trong 1l ethanol 100o

là dưới 18mg, hàm lượng este chuyển ra este etylaxetat trong 1l ethanol 100o

dưới 50mg, hàm lượng rượu bậc cao, theo tỉ lệ hỗn hợp isopentanol : isobutanol (3:1) trong 1l ethanol 100o là dưới

60mg, hàm lượng methanol dưới 0.1%V, không có hàm lượng fufurol

Trang 24

Trang 25

- Thuyết minh quy trình:

Phối trộn lên men:

Quá trình sản xuất giấm ăn: Quá trình sản xuất giấm ăn hay lên men acetic gồm có

những giai đoạn sau:

1) Chuẩn bị môi trường

2) Lên men

3) Hoàn thành thành phẩm

Nguyên liệu dùng để sản xuất là gạo Nghiền gạo thành bột Sau đó đem hồ hóa bột

gạo trong thiết bị hồ hóa Lọc dịch đã hồ hóa để loại tạp chất Bổ sung nấm men

Saccharomyces vào dịch trên trước khi làm giấm Quá trình lên men rượu tự nhiên kéo

dài 7 ngày, 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 acetic là 10 - 13%, trường

hợp cao hơn sẽ ức chế giống vi khuẩn acetic 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

Hỗn hợp rượu sau lên men lần 1 phối trộn với đường và nước để bổ sung nguồn

cacbon và giảm nồng độ rượu thích hợp Bổ sung chủng giống lên men acetic, sục khí O2

60l/h Lên men giấm bằng phương pháp lên men chìm trong 1 ngày

Bảo quản

Giấm thu được sau khi lên men gọi là giấm tươi, giấm có ít hoặc nhiều vẩn đục do

chứa vi khuẩn acetic và các chất phân hủy từ nguyên liệu ban đầu nên cần được xử lý

trước khi tiêu thụ

+ Phương pháp thanh trùng Pasteur

Trang 26

Page 26 of 58

Các loại giấm sản xuất từ rượu vang hay dịch ép trái cây thường tạo tủa dưới đáy

chai sau một thời gian bảo quản Người ta thanh trùng bằng cách đun sôi ở 75o - 80oC

trong 30 đến 40 giây, nếu thanh trùng ở nhiệt độ cao thì giấm bị đục và sẽ ảnh hưởng đến

mùi vị

+ Sử dụng chất chống oxy hóa (Sulfite)

SO2 là chất chống oxy hóa được phép sử dụng trong bảo quản thực phẩm với hàm

lượng thấp hơn 10mg/l SO2 được thêm vào dạng khí trước khi đóng chai SO2 có tác dụng

làm giảm vận tốc oxy hóa các chất có gốc aldehyte, aceton tự do trong giấm

Lão hóa

Thời gian mà giấm hình thành, hoàn thiện bên trong thùng, các thay đổi thời gian

phụ thuộc vào hóa chất, tính chất vật lý và cảm quan

Màu của giấm dao động từ màu vàng, nâu đen trong quá trình lão hóa do sự tích tụ

của các hợp chất, chủ yếu là melanoidins, từ các phản ứng xúc tác của các emzyme không

như đường xuống cấp, tính acid

Độ nhớt: Các tính chất chảy của giấm được xác định bởi lực hấp dẫn cụ thể và về

số lượng trọng lượng phân tử cao melanoidins, một lớp không đồng nhất của biopolymers

đã hình thành và tích lũy trong quá trình lão hóa

Đóng chai

Giấm thành phẩm dùng trong gia đình được chứa trong chai nhựa hoặc chai thủy

tinh và bảo quản bằng cách gắn xi trên nắp chai

Giấm sử dụng trong chế biến bảo quản thực phẩm được chứa trong những thùng có

dung tích lớn và kín

2.3 Thiết bị trong phương pháp lên men chì m

Trang 27

Phụ thuộc vào các phương pháp ứng dụng để đánh giá hoạt động thiết bị lên men

dùng để cấy chìm vi sinh vật và được chia ra một số nhóm theo các dấu hiệu sau:

Theo phương pháp nuôi cấy - các thiết bị hoạt động liên tục và gián đoạn

Theo độ tiệt trùng - các thiết bị kín và các thiết bị không đòi hỏi độ kín nghiêm

ngặt

Theo kết cấu - các thiết bị lên men có bộ khuếch tán và tuabin, có máy thông gió

dạng quay, có bộ đảo trộn cơ học, có vòng tuần hoàn bên ngoài; các thiết bị lên men dạng

tháp, có hệ thông gió kiểu phun

Theo phương pháp cung cấp năng lượng và tổ chức khuấy trộn, thông gió - các

thiết bị cung cấp năng lượng cho pha khí, pha lỏng và pha tổng hợp

Trong công nghiệp vi sinh thực tế hầu như tất cả các quá trình nuôi cấy sản xuất ra

các chất hoạt hoá sinh học được tiến hành bằng phương pháp gián đoạn trong các điều

kiện tiệt trùng

Nuôi cấy các vi sinh vật phần lớn được tiến hành trong các điều kiện tiệt trùng Độ

tiệt trùng của quá trình được đảm bảo bằng phương pháp tiệt trùng thiết bị lên men, các

đường ống dẫn, cảm biến dụng cụ; nạp môi trường dinh dưỡng tiệt trùng và giống cấy

thuần chuẩn vào thiết bị lên men đã được tiệt trùng; không khí tiệt trùng để thông gió

canh trường và chất khử bọt tiệt trùng; các dụng cụ cảm biến tiệt trùng trong thiết bị lên

men để kiểm tra và điều chỉnh các thông số của quá trình; bảo vệ vật đệm kín trục của bộ

chuyển đảo, các đường ống công nghệ và phụ tùng trong quá trình nuôi cấy

Thiết bị lên men có bộ đảo trộn cơ học dạng sủi bọt

Dạng thiết bị lên men này được sử dụng rộng rãi cho các quá trình tiệt trùng để

nuôi cấy vi sinh vật - sản sinh ra các chất hoạt hoá sinh học

Trang 28

Page 28 of 58

Dạng thiết bị lên men này là một xilanh đứng được chế tạo bằng thép X18H10T

hay kim loại kép có nắp và đáy hình nón (hình 10.1) Tỷ lệ chiều cao và đường kính bằng

2,6:1 Trên nắp có bộ dẫn động cho cơ cấu chuyển đảo và cho khử bọt bằng cơ học; ống

nối để nạp môi trường dinh dưỡng, vật liệu cấy, chất khử bọt, nạp và thải không khí; các

cửa quan sát; cửa để đưa vòi rửa; van bảo hiểm và các khớp nối để cắm các dụng cụ kiểm

tra

Hình 2 2 Thiết bị lên men với bộ đảo trộn cơ học dạng sủi bọt có sức chứa 100m 3

Trang 29

1- Động cơ; 2- Hộp giảm tốc; 3- Khớp nối; 4- Ổ bi; 5- Vòng bít kín; 6- Trục; 7-

Thành thiết bị ; 8- Máy khuấy trộn tuabin; 9- Bộ trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn; 10- Khớp

nối; 11- Ống nạp không khí; 12- Máy trộn kiểu cánh quạt; 13- Bộ sủi bọt; 14- Máy khuấy

dạng vít; 15- Ổ đỡ; 16- Khớp để tháo; 17- Áo; 18- Khớp nạp liệu; 19- Khớp nạp không

khí

Khớp xả 16 ở đáy của thiết bị dùng để tháo canh trường Bên trong có trục 6 xuyên

suốt Các cơ cấu chuyển đảo được gắn chặt trên trục Cơ cấu chuyển đảo gồm có các

tuabin 8 có đường kính 600 - 1000 mm với các cánh rộng 150 - 200 mm được định vị ở 2

tầng, còn tuabin hở thứ ba được gắn chặt trên bộ sủi bọt 13 để phân tán các bọt không

khí Bộ sủi bọt có dạng hình thoi được làm bằng những ống đột lỗ Ở phần trên của bộ sủi

bọt có khoảng 2000 - 3000 lỗ theo kiểu bàn cờ

Động cơ - bộ truyền động làm quay trục 6 và các cơ cấu đảo trộn 8, 12, 14 Sử

dụng bộ giảm tốc và bộ dẫn động có dòng điện không đổi để điều chỉnh vô cấp số vòng

quay trong giới hạn 110 - 200 vòng/ phút

Thiết bị lên men được trang bị áo 17, gồm từ 6 - 8 ô Mỗi ô có 8 rãnh được chế tạo

bằng thép góc có kích thước 120- 60 mm Diện tích làm việc của áo 60 m2 Bề mặt làm

việc bên trong 45m2 gồm ống xoắn 9 có đường kính 600 mm với số vít 23 khi tổng chiều

cao của ruột xoắn 2,4 m

Thiết bị lên men được tính toán để hoạt động dưới áp suất dư 0,25 MPa và để tiệt

trùng ở nhiệt độ 130 – 140oC, cũng như để hoạt động dưới chân không Trong quá trình

nuôi cấy vi sinh vật, áp suất bên trong thiết bị 50 kPa; tiêu hao không khí tiệt trùng đến 1

m3/ (m3/phút) Chiều cao cột chất lỏng trong thiết bị 5 - 6 m khi chiều cao của thiết bị

hơn 8m

Để đảm bảo tiệt trùng trong suốt quá trình (giữ được hơi), các trục của cơ cấu

chuyển đảo phải có vòng bít kín Các vòng bít kín được tính toán để hoạt động ở áp suất

Định dạng
Số trang	58
Dung lượng	2,19 MB