Bản chất quá trình lên men acetic và ứng dụng

Là sự oxy hoá không hoàn toàn rượu thành acid acetic nhờ vi khuẩn acetic.C2H5OH + O2  CH3COOH + H2O3 giống: Acetobacter, Gluconobacter, GluconoacetobacterHình thái: gậy dạng đôi hoặc chuỗi, gram (), có thể chuyển động được hoặc không.Một số có thể tổng hợp được polysaccharide ngoại bào (levan, cellulose).Sinh sản vô tínhThuộc nhóm hiếu khí bắt buộc

LÊN MEN ACETIC & ỨNG DỤNG

I MỞ ĐẦU

• Là sự oxy hoá không hoàn toàn rượu thành acid acetic nhờ vi khuẩn acetic.

• Nhu cầu dinh dưỡng:

– Nitơ: không sử dụng nitơ hữu

cơ, sử dụng nitơ vô cơ (đặc

biệt là NH4+ ).

– Khoáng & các yếu tố sinh

trưởng: trong sản xuất công

acetaldehyde → acetate

• ƯD:

– Sản xuất acid acetic, dấm ăn

(Acetobacter aceti) – Sản xuất thạch dừa (A xylinum,

G xylinus), levan (G oxydans)

II SẢN XUẤT GIẤM

• ĐN: Là quá trình oxy hóa rượu thành acid acetic dưới tác dụng của vi khuẩn Trong công nghiệp thường gọi là lên men giấm.

• Giấm là dung dịch nước chứa 3% acid acetic

• Sản xuất giấm cũng được phát triển ở Anh, sinh lời đến nỗi năm 1693 Nghị viện thiết lập thuế trên giấm – bia

Phân loại

• Giấm cất (cũng gọi là giấm gạo): lấy lương thực, đường làm nguyên liệu chính, thông qua việc ủ vi sinh vật lên men Thành phần dinh dưỡng của nó có acid acetic, đường, axit hữu cơ, vitamin, muối vô cơ… rất tốt cho việc trao đổi chất trong cơ thể

• Giấm pha chế (giấm hóa học): thì lấy acid acetic tinh của thành phần hóa học làm nguyên liệu chính, thêm H2O pha loãng mà thành, không có thành phần dinh dưỡng khác Nếu

sử dụng acid acetic công nghiệp để sx giấm để chế biến thức

ăn đối với cơ thể là có hại

Thành phần

• Trong giấm có 18 loại acid amin cần thiết cho cơ thể, trong đó

có 8 loại acid amin thực vật cung cấp

• Giấm có thể giúp cho cơ thể hấp thụ và tiêu hóa thức ăn

• Hàm lượng acid hữu cơ trong giấm khá nhiều, giá trị thức ăn của giấm gạo càng cao Acid hữu cơ lấy acid acetic là thành phần chính còn có hơn 10 loại acid lactic, acid gốc ceton, acid citric, acid acetic…

• Ngoài ra, trong giấm có vitamin B1, B2, C…, Muối vô cơ trong giấm vô cùng phong phú Na, K, Ca, Fe, Cu, Zn, P…

• Bôi dấm vào vết đốt của muỗi, rệp sẽ giảm sưng và ngứa.

• Cho chút dấm vào nồi cháo đường vị ngọt sẽ đậm hơn.

• Người bị say xe uống một cốc nước ấm pha dấm sẽ thấy dễ chịu hơn.

• Cho một ít dấm vào nước tắm, sau khi tắm xong người sẽ thấy dễ chịu, hết mệt mỏi.

• Dấm sao với rau răng ngựa có thể trị bệnh trĩ đỏ, trĩ trắng.

• Cho chút dấm vào tương đậu nành, tương đậu sẽ có mầu sắc đẹp hơn, ngon hơn.

• Cho một hai giọt dấm vào kem đánh răng sẽ tẩy hết được vết han khói thuốc giúp răng trắng sạch Nhưng sau khi tẩy cao răng phải xúc miệng thật sạch.

Tác nhân lên men là vi khuẩn Acetic

• Hiện nay người ta đã tìm ra hơn 20 loài vi khuẩn acetic gọi

• Việc nghiên cứu vi khuẩn do

Pasteur thực hiện từ năm

1862 Khi ông dùng kính

hiển vi quan sát màng mỏng

xuất hiện trên rượu vang

chua Một số vi khuẩn điển

Cơ chế phản ứng lên men acetic

• Sự lên men acetic là quá trình là quá trình oxy hóa rượu etylic thành acid acetic dưới tác dụng của vi khuẩn nhóm

Acetobacter trong điều kiện hiếu khí.

• Phương trình tổng quát:

C 2 H 5 OH + O 2 → CH 3 COOH + H 2 O + 117 Kcal

• Phản ứng xảy ra trong tế bào của vi khuẩn Muốn phản ứng được xảy ra, C2H5OH và O2 phải được thẩm thấu vào trong tế bào Khi đó các enzyme oxy hóa có trong tế bào của vi khuẩn tham gia oxy hóa rượu tạo thành CH3COOH CH3COOH được tạo thành sẽ thoát ra khỏi tế bào và tan trong dung dịch môi trường

• Trong sự oxy hóa ethanol thành acid acetic, chuyển hóa thực chất là 1 sự sử dụng cơ chất Ở đây NADPH2 xuất hiện được chuyển hóa qua chuỗi hô hấp để thu năng lượng, song cơ chất không bị phân giải hoàn toàn do vậy quá trình cũng còn được gọi là sự oxy hóa không hoàn toàn Loại chuyển hóa này

có thể trải qua nhiều bước

• Các phản ứng được dùng để sản xuất giấm ăn nhờ:

CH3CH2OH / A suboxidans → CH3CHO + 2H

• Sau sự hydrate hóa acetaldehyde sẽ diễn ra 1 loại H2 lần thứ 2

CH3CH(OH)2 → CH3COOH + H2O

Những điều kiện cần cho lên men acetic

vi khuẩn lên men

2 Nồng độ a.acetic

• Trong quá trình lên men nồng độ a.acetic tạo ra có ảnh hưởng đến sự lên men của vi khuẩn Khoảng 8% thì vi khuẩn hoạt động yếu, từ 12-14% vi khuẩn bị đình chỉ hoạt động

3 Nhiệt độ lên men: phù hợp là 30-340C

4 Thoáng khí:

• Lên men acetic là lên men hiếu khí do vậy rất cần oxy và sự thoáng khí Quá trình oxy hóa chỉ xảy ra khi vi khuẩn tiếp xúc trực tiếp với không khí

• Tính trung bình cứ 1kg rượu khan cần 2,3m3 không khí Trong điều kiện yếm khí thì vi khuẩn acetic sẽ sử dụng chất dinh dưỡng mà không tạo ra giấm

Phương pháp lên men chậm

(PP orleand hay Pháp)

• Đây là phương pháp thủ công lâu đời, chủ yếu sản xuất dấm

từ rượu vang Dịch lên men pha theo tỉ lệ: rượu 4% : acetic 2% hay rượu 3% : a.acetic 3%

• Dịch lên men cho vào thùng gỗ và cho lên men trong không khí, trên bề mặt sẽ tạo màng vi khuẩn acetic

• Quá trình lên men kết thúc sau vài tuần khi nồng độ rượu còn 0,3-0,5% thì lấy giấm ra và cho dịch lên men mới vào

• Sản xuất theo phương pháp này giấm thơm ngon nhưng tốc

độ lên men chậm

Phương pháp lên men nhanh

(PP Đức)

• Người ta cho dịch men chảy liên tục qua thùng hình trụ cao 6-9m Trong thùng có chứa vỏ dăm bào gỗ, hoặc than gỗ, than cốc, lõi bắp… để sát trùng dụng cụ và acid hóa môi trường cũng như đưa vi khuẩn vào người ta thường dùng giấm mới sản xuất để tráng qua dụng cụ trước khi cho dịch lên men chảy qua

• Môi trường được đưa từ trên xuống, chảy qua lớp chất mang

có chứa các tế bào vi khuẩn Cồn sẽ thẩm thấu vào tế bào vi khuẩn, không khí được đưa từ dưới đáy thiết bị lên trên, thẩm thấu vào trong tế bào vi khuẩn Vi khuẩn tiến hành quá trình oxy hóa rượu thành CH3COOH sẽ thẩm thấu qua màng tế bào ra ngoài và theo dung dịch xuống đáy thiết bị lên men

Người ta thu nhận từ đáy thiết bị lên men.

• Quá trình lên men được thực hiện ở nhiệt độ 24-37 o C Thời gian lên men kéo dài 8-10 ngày

• Trong trường hợp dịch lên men cuối cùng chứa lượng acid acetic thấp, người ta tiến hành tái lên men bằng cách bơm chúng ngược lại từ trên xuống.

• Thùng lên men có lỗ thông hơi, thoáng khí Theo phương pháp này sản phẩm có nồng độ a.acetic 9% và tốc độ lên men khá nhanh và liên tục.

Phương pháp nâng cao nồng độ acid

acetic trong dịch lên men

• Hàm lượng acid acetic có trong dịch lên men khoảng 5-10%, 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

2 Phương pháp chưng cất bằng muối:

• Người ta sử dụng một cấu tử 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

3 Phương pháp chưng cất - trích ly:

• Thực hiện trên cơ sở những cấu tử phân ly 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

• 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.

• Người ta thường thu hồi cấu tử phân ly để sử dụng lại.

• Các cấu tử phân ly có tính chọn lọc cao, nên trong quá trình chưng cất cần chọn đúng chất phân ly.

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.

• Nguyên liệu: chứa ethanol: cồn, rượu, vang, bia, rượu trái cây… bổ sung N vô cơ & các yếu tố sinh trưởng.

– Ưu: chất lượng cao

– Nhược: thời gian lâu, giá

thành cao

• Phương pháp nhanh (Đức):

– Chảy nhỏ giọt qua cột (vỏ bào, lõi ngô…) trong thùng lên men hình trụ → tăng

sự tiếp xúc giữa vi khuẩn

và oxy.

– Dịch lên men (6% acid acetic + 3% ethanol) → 8- 9% giấm

– Hiệu suất cao, thời gian ngắn

Dấm ăn Cuka Aren (Indonesia)

• Nguyên liệu: nhựa lấy từ cuống hoa cây Aren (Arenga pinnata)

• Vi sinh vật: Acetobacter sp.

• Cách làm: nước cây Aren thu trực tiếp từ chổ cắt trên cuống hoa cho vào ống tre → lên men tự nhiên ở to thường trong ống tre 8 ngày → Cura Aren

• Yêu cầu thành phẩm: dd màu trắng, mùi dấm điển hình

• Thời hạn sử dụng: vài tháng

• Sản xuất: gia đình

Dấm ăn Cuka Nipah (Malaysia)

• Nguyên liệu: nước cây Nipa fruticans (thuộc họ dừa)

• Vi sinh vật: Acetobacter sp.

• Cách làm: nước cây mới lấy → cho vào vại sành, phủ vải →

lên men tự nhiên 2-3 tuần ở to thường → để chín tiếp 40 ngày

ở to thường → Cuka Nipah

• Yêu cầu thành phẩm: dd màu trắng, chua, thơm mùi trái cây,

pH 2,5-2,7; độ acid (acid acetic) 4,5-4,7%

• Thời hạn sử dụng: vài tháng

• Sản xuất: gia đình

Dấm ăn Sirca (Pakistan)

• Nguyên liệu: rỉ đường, trái cây hoặc gạo

• Vi sinh vật: Saccharomyces cerevisiae, Acetobacter sp.

• Cách làm: rỉ đường trộn nước, nước trái cây hoặc gạo nấu chín giã nhỏ → lên men 20-30oC/1 tháng → giữ ở to phòng 3-6 tháng → lọc lấy nước bỏ cái → thanh trùng → Sirca

• Yêu cầu thành phẩm: dd màu nâu, mùi acid, pH 3-3,4; acid acetic 4-5,7%

• Thời hạn sử dụng: 1-2 năm

• Sản xuất: công nghiệp nhỏ 5000 tấn/năm

Suka, Sukang puti suya, Sukang iloko

(Philippines)

• Nguyên liệu: nước dừa (nước hoa quả, dung dịch đường 15%, nước vo gạo)

• Vi sinh vật: Saccharomyces cerevisiae, Acetobacter rancens.

• Cách làm: nước dừa hoặc các NL khác → lọc → thanh trùng

65oC/30’ → để nguội → cấy giống → lên men 28-31oC/3 tuần

→ để chín 28-31oC/1 tháng hoặc lâu hơn → lọc → thanh trùng

→ Suka

• Yêu cầu thành phẩm: màu sáng hoặc sáng vàng, đôi khi đục, mùi thơm, acid acetic 4-6%

• Thời hạn sử dụng: hơn 1 năm

• Sản xuất: công nghiệp

III SẢN XUẤT NATA DE COCO

• ĐN: Thạch dừa (nata de coco) là một loại thức ăn phổ biến có nguồn gốc từ Philippin, được tạo ra từ

sự lên men nước dừa bởi vi khuẩn Acetobacter

Thạch dừa Nata de coco, Nata de pina

(Philippines)

• Nguyên liệu: nước dừa, đường 10%, DAP (dihydrogen ammonium phosphat) 0,5%; acid acetic đậm đặc 0,1-0,8%,

giống 10%

• Vi sinh vật: Acetobacter xylinum

• Yêu cầu thành phẩm: SP rắn chắc, màu trắng hoặc kem phụ thuộc vào gia vị, pH 3,9-5,5, nước 63,7%; calo 146, lipid 0,2%; carbohydrate 36,1%; Ca 12mg, P 2mg, Fe 0,5mg trong 100g

• Thời hạn sử dụng: 1 năm ở to phòng

• Sản xuất: gia đình

Nước dừa

– Dừa được sử dụng sản xuất nata

là nước dừa già vào khoảng

11-12 tháng tuổi

– Nước dừa là loại nước giải khát phổ biến vì chứa nhiều chất dinh dưỡng như: đường, protein, lipid, vitamin, và khoáng nhưng với nồng độ rất loãng

TroKNaCaMgFeCuPSProteinDầu béo

Tỉ trọng

4.712.080.023.121.52.93.00.010.043.73.40.550.741.02

Thành phần hoá học của nước dừa

Các vitamin có trong nước dừa

STT Acid amin Hàm lượng

(% khối lượng/ amin tổng số)

14.512.754.184.514.123.62.832.412.051.230.911.17

Các acid amin có trong nước dừa.

• A.xylinum có hình que dài

khoảng 2μm, gram âm, đứng riêng lẽ hoặc xếp thành chuỗi,

có khả năng di động nhờ tiên mao.

• Hiếu khí bắt buộc.

• Có khả năng tạo váng hemicellulose khá dày, bắt màu với thuốc nhuộm Iod và

H2SO4

• A.xylinum sinh trưởng ở điều

kiện pH<5, nhiệt độ khoảng 28-32 o C và có thể tích luỹ 4.5% acid acetic

Acetobacter xylinum

Vi khuẩn A.xylinum

Một số loại có khả năng tạo thành váng

trên môi trường lỏng

Có khoảng 20 loài thuộc giống Acetobacter đã được phân lập,

trong đó có nhiều loài có ý nghĩa kinh tế

Khả năng tạo thành váng thay đổi tuỳ loại:

Loài Khả năng tạo thành váng

Acetobacter xylinum Tạo thành váng cellulose khá dày và chắc

Acetobacter orleanoe Tạo thành váng mỏng nhưng chắc.

Acetobacter pasteurianum Tạo thành váng khô và nhăn nheo.

Acetobacter suboxydans Tạo thành váng mỏng dễ tan rã.

Acetobacter curvum Sinh acid acetic với nồng độ cao nhưng tạo

thành váng không chắc chắn.

Chuẩn bị giống để sản xuất

• Giống Acetobacter xylinum được

nuôi trong môi trường thạch

• Tiến hành nhân giống, có thể qua

1 cấp hoăc hai cấp hoặc nhiều hơn tuỳ theo qui mô sản xuất

• Nếu thành phần môi trường nhân giống như trên nhưng không có Agar gọi là môi trường dịch thể

• Môi trường được khử trùng ở

100 ° C trong 30 phút Để nguội đến 30 ° C, cấy giống theo tỉ lệ 10%

• Lắc hay sục khí trong thời gian 18-

20 giờ Sau đó giống được đưa vào sản xuất.

Thành phần môi trường cấy giống sản

xuất nata de coco

Nước dừa Lọc Trộn đều Đun sôi 10-45’

Để nguội Cho acid acetic Cấy giống

Lên men 28-31 o C 9-15 ngày NATA DE COCO

Giai đoạn 1: nước dừa → thạch thô

Giai đoạn 2: thạch thô → nata de coco

Bảo quản thạch dừa

• Ức chế vi khuẩn và nấm men bằng cách sử dụng nồng độ đường cao Với nồng độ đường khoảng 70-80% nó sẽ tạo ra một áp suất thẩm thấu cao, sẽ hoàn toàn có thể ức chế được hoạt động của vi khuẩn và nấm men Phương pháp bảo quản này được áp dụng đối với sản phẩm mứt thạch dừa

• Sử dụng muối natribenzoate: Với nồng độ muối sử dụng khoảng 0.05-0.1%, sản phẩm thạch dừa có thể giữ được phẩm chất ban đầu sau 4 tháng