công nghệ sản xuất acid acetic

Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Đề tài : Công nghệ sản xuất Acid Acetic GVHD: Liêu Mỹ Đông Nhớm SV thực hiện:Nhóm Danh sách sinh viên: Họ tên MSSV 1.Ngô Thị Thúy 2205162062 2.Nguyễn Ngô Thanh Trúc 2205162069 Nguyễn Thị Hằng 22051620 4.Võ Thị Hiền 2205162010 5.Trương Thị Hoài Thơ 2205162053 6.Danh Thị Ngọc Thắm 22051620 7.Nguyễn Thị Kim Phương 22051620 Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông Mục lục I Giới thiệu chung .4 1.1 Khái niệm acid acetic 1.2 Lịch sử phát acid acetic 1.3 Tính chất vật lý hóa học Acid Acetic 1.4 Các phản ứng hóa học .7 1.5 Các phương pháp sản xuất acid acetic 1.6 Cacbonyl hóa -ram nol 1.7 Oxy hóa axetaldehyt 10 1.8 Oxy hóa etylen 10 1.9 Lên men oxy hóa 11 1.10 Lên men kỵ khí 12 1.11 Các chủng vi sinh vật sử dụng để lên men .12 II Các yếu tố ảnh hưởng tới trình lên men giấm: 16 2.1 Ảnh hưởng nồng độ rượu: 16 2.2 Ảnh hưởng chủng vi sinh vật 16 2.3 Ảnh hưởng Oxy .17 2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ .17 2.5 Ảnh hưởng nồng độ acetic pH 17 2.6 Môi trường dinh dưỡng 18 III Phương pháp lên men chậm 18 3.1 Nguyên liệu sản xuất : nước nho 18 3.2 Cách tiến hành lên men: 18 IV Phương pháp lên men nhanh (phương pháp Đức) 19 4.1 Cấu tạo 19 4.2 Cách tiến hành: 20 4.3 Ưu điểm phương pháp: 21 4.4 Nhược điểm phương pháp: .21 V Một số dạng hư hỏng thường gặp trình lên men: 21 5.1 Giấm bị đục giảm độ chua: 21 5.2 Bọ giấm: 21 5.3 Ruồi giấm .22 Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông I Giới thiệu chung 1.1 Khái niệm acid acetic Acid acetic hay gọi etanoic, axit hữu (axit cacboxylic), mạnh axit cacbonic Phân tử gồm nhóm methyl (-CH3) liên kết với nhóm carboxyl (-COOH) Giấm tên thơng dụng Acid Acetic nhiều người biết, sử dụng hàng ngày, giấm acid acetic nồng độ từ 2–6% Hình 1.1 Cấu tạo phân tử Acid Acetic Giấm chất lỏng có tính axit sản xuất từ lên men ethanol ,giấm làm từ lên men chất có chứa tinh bột đường, ethanol kết trình lên men đường sau bị oxi hóa thành acid acetic vi khuẩn acid acetic Vi khuẩn acetobacter tác nhân q trình lên men acetic, mùi thơm đặc trưng, màu trắng đục vàng, dấm có pH từ 2.4 - 3.4, chủ yếu acid acetic, chứa đường, protein,… Giấm gạo hay gọi giấm cất, dùng lương thực, ngủ quả, đường làm ngun liệu nhờ q trình lên men vi khuẩn acetic Tùy theo vùng nguyên liệu nước khác cho loại giấm mang hương vị đặc trưng vùng miền Giấm pha chế hay gọi giấm hóa học sản xuất dựa nguyên liệu acid acetic tinh luyện, pha thêm nước mà thành, khơng có thêm thành phần dinh dưỡng khác loại thường dùng công nghiệp luyện kim sát khuẩn Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đơng Hình 1.2 Các loại giấm thông dụng 1.2 Lịch sử phát acid acetic Acid acetic biết đến từ giấm cho bia rượu vang tiếp xúc với khơng khí, phương pháp sản xuất acid acetic từ vi khuẩn sử dụng toàn cầu ngày Việc sử dụng acid acetic thuật giả kim kéo dài kỉ TCN, nhà triết học Hy Lạp Theophrastus miêu tả cách mà giấm phản ứng với kim loại tạo chất nhuộm sử dụng nghệ thuật, chì trắng (chì cacbonat) verdigris (xanh gỉ đồng), hỗn hợp muối đồng màu xanh gồm đồng(II) axetat Người La Mã cổ đại đung rượu chua chậu chì tạo loại xi-rô gọi sapa Sapa chứa nhiều chì axetat, chất gọi đường chì (sugar of lead) đường Saturn, làm nhiễm độc chì giới quý tộc La Mã Trong kỷ thứ 8, Jabir Ibn Hayyan (Geber) người cô đọng acid acetic từ giấm cách chưng cất Trong thời Phục Hưng, acid acetic băng điều chế cách chưng cất khô axetat kim loại định (loại phổ biến đồng(II) axetat) Nhà giả kim thuật Đức kỷ thứ 16 Andreas Libavius miêu tả cách chưng cất thế, ông so sánh acid acetic tạo phương pháp với từ giấm Sự có mặt nước giấm làm ảnh hưởng đến tính chất acid acetic mà nhà hóa học vài kỷ cho acid acetic băng acid acetic giấm hai chất khác Nhà hóa học Pháp Pierre Adet chứng minh chúng mộtt Năm 1847, nhà hóa học Đức Hermann Kolbe lần tổng hợp acid acetic từ vật liệu vô Chuỗi phản ứng gồm q trình clo hóa cacbon đisulfua thành cacbon tetraclorua, Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic Trang Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông sau q trình nhiệt phân thành tetracloretylen clo hóa nước tạo thành axit tricloraxetic, cuối phản ứng oxy hóa khử vơ cách điện phân tạo thành acid acetic Năm 1910, hầu hết acid acetic sản xuất từ việc chưng cất gỗ từ sản phẩm trung gian rượu chưng cất từ gỗ Loại rượu cho tác dụng với canxi hydroxit tạo canxi axetat, sau cho canxi axetat tác dụng với axit sulfuric thu axit axetic Lúc này, Đức sản xuất khoảng 10.000 axit aetic băng, khoảng 30% số sản xuất thuốc nhuộm indigo 1.3 Tính chất vật lý hóa học Acid Acetic Acetic acid CH3COOH chất lỏng, không màu, vị chua, tan vô hạn nước Nguyên tử hidro (H) nhóm carboxyl (−COOH) axit cacboylic axit axetic cung cấp ion H+ (proton), làm cho chúng có tính chất axit Axit axetic axit yếu, thuộc nhóm axit monoprotic, có Ka 4,75 Nó tạo gốc liên kết axetat (CH3COO−) Dung dịch 1,0 M (tương đương nồng độ giấm gia đình) có pH 2,4, cho thấy 0,44% phân tử axit axetic bị phân ly Hình 1.3 Sự phân ly Acid Acetic Liên kết hai phân tử acid acetic, đường đứt nét thể liên kết hydro Cấu trúc tinh thể acid acetic cho thấy phân tử nhị trùng liên kết liên kết hiđrơ Các chất nhị trùng phát dạng 120 °C Chúng có mặt pha lỏng dung dịch loãng dung mơi khơng có liên kết hydro, mức độ định axit axetic tinh khiết, bị phá vỡ dung mơi có liên kết hydro Enthalpy phân ly chất ước tính khoảng 65,0–66,0 kJ/mol, entropy phân ly Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông khoảng 154–157 J mol−1 K−1 Cách thức nhị trùng axit cacboxylyc thấp khác Acid acetic lỏng dung mơi protic dính ướt (phân tử phân cực), tương tự ethanol nước Với số điện mơi trung bình khoảng 6,2, hồ tan không hợp chất phân cực muối vơ loại đường mà có khả hòa tan hợp chất không phân cực dầu, nguyên tố lưu huỳnh iốt Nó hòa trộn với dung môi phân cực không phân cực khác nước, chloroform, hexan Đối với ankan cao phân tử (từ octan trở lên) axit axetic khả trộn lẫn cách hồn tồn, khả trộn lẫn tiếp tục giảm số n-ankan lớn Tính chất hòa tan độ trộn lẫn acid acetic làm cho ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp 1.4 Các phản ứng hóa học Acid acetic ăn mòn kim loại sắt, mangan kẽm sinh khí hydro muối kim loại tương ứng gọi axetat Nhôm tiếp xúc với oxy tạo thành màng mỏng nhơm oxit bề mặt làm ramn có khả chống lại cách tương đối ăn mòn axit, điều cho phép bình chứa nhơm dùng để vận chuyển acid acetic Các axetat kim loại điều chế từ acid acetic bazo tương ứng, phản ứng phổ biến “natri bicacbonat + giấm” Chỉ trừ crôm(II) axetat, hầu hết axetat lại hòa tan nước Mg(r) + CH3COOH(l) → (CH3COO)2Mg(dd) + H2(k) NaHCO3I + CH3COOH(dd) → CH3COONa(dd) + CO2(k) + H2O(l) Axit axetic tạo phản ứng hóa học đặc trưng nhóm axit cacboxylic tạo nước ethanoat kim loại phản ứng với kiềm; tạo ethanoat kim loại phản ứng với kim loại; tạo ethanoat kim loại, nước cacbon dioxit phản ứng với cacbonat bicacbonat Phản ứng đặc trưng tạo thành ethanol, tạo thành dẫn Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông xuất axetyl clorua cách thay nhóm –OH –Cl Các dẫn xuất thay khác anhydrit axetic; anhydrit tạo theo phản ứng trùng ngưng rách phân tử nước từ hai phân tử axit axetic Các este axit axetic tương tự tạo este hóa, amit Khi nung 440 °C, axit axetic phân hủy tạo cacbon dioxit metan, tạo ethenon nước Acid acetic nhận biết mùi đặc trưng Phản ứng biến đổi màu muối axit axetic cho tác dụng với dung dịch sắt(III) clorua, phản ứng tạo màu đỏ đậm sau axit hóa Khi nung nóng axetat với arsen trioxit tạo cacodyl oxit, chất nhận biết có mùi 1.5 Các phương pháp sản xuất acid acetic Acid acetic sản xuất theo hai phương pháp sinh học tổng hợp Ngày nay, lượng axit sản xuất theo phương pháp sinh học chiếm khoảng 10% sản lượng giới, phương pháp quan trọng dùng để sản xuất giấm, theo luật độ tinh khiết thực phẩm số quốc gia quy định giấm sử dụng thực phẩm phải có nguồn gốc từ sinh học Khoảng 75% axit axetic sản xuất công nghiệp dùng để sản xuất theo phương pháp cacbonyl hóa ramnol Khoảng 15% lại sản xuất từ phương pháp thay khác Tổng sản lượng axit axetic giấm ước tính khoảng triệu tấn/năm, khoảng nửa số sản xuất Hoa Kỳ Sản lượng châu Âu khoảng triệu tấn/năm giảm, Nhật Bản sản xuất khoảng 0,7 triệu tấn/năm Khoảng 1,5 triệu tái chế hàng năm, nâng tổng sản lượng thị trướng giới lên 6,5 triệu tấn/năm Hai nhà sản xuất acid acetic giấm lớn Celanese Cơng ty hóa BP Các nhà sản xuất lớn khác Millennium Chemicals, Sterling Chemicals, Samsung, Eastman, Svensk Etanolkemi 1.6 Cacbonyl hóa -ram nol Hầu hết acid acetic giấm sản xuất phương pháp cacbonyl hóa -ram nol Trong quy trình này, -ram nol cacbon monoxit phản ứng với tạo axit aextic theo phương trình: CH3OH + CO → CH3COOH Quá trình liên quan đến chất trung gian iodometan, diễn theo bước Chất xúc tác, thường phức chất kim loại, dùng bước Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông CH3OH + HI → CH3I + H2O CH3I + CO → CH3COI CH3COI + H2O → CH3COOH + HI Bằng cách theo điều kiện phản ứng, -ram nol- axetic tạo từ vật liệu Bởi -ram-nol cacbon monoxit hàng hóa nguyên liệu, cacbonyl hóa -ram nol thời gian dài phương pháp sản xuất axit axetic ưa chuộng Henry Drefyus British Celanese xây dựng nhà máy sản xuất theo phương pháp vào năm 1925 Tuy nhiên thiếu vật liệu chứa hợp chất gây ăn mòn áp suất cao (khoảng 200 atm hơn) khơng khuyến khích thương mại hóa phương pháp Phương pháp cacbonyl hóa ramnol thương mại đầu tiên, sử dụng chất xúc tác coban, cơng ty hóa chất Đức BASF phát triển năm 1963 Năm 1968, chất xúc tác gốc rhodi (cis− [Rh(CO)2I2]−) phát vận hành cách hiệu phả áp suất thấp mà khơng có sản phẩm phụ Nhà máy cử dụng chất xúc tác cơng ty hóa chất Hoa Kỳ Monsanto xây dựng năm 1970, cacbonyl hóa -ram nol với xúc tác rhodi trở thành phương pháp phổ biến dùng để sản xuất (xem công nghệ Monsanto) Vào cuối thập niên 1990, Cơng ty hóa chất BP thương mại hóa chất xúc tác Cativa ([Ir(CO)2I2]−), chết từ rutheni Công nghệ Cativadùng chất xúc tác iridi hiệu thay phần lớn công nghệ Monsanto, thường dùng nhà máy sản xuất 1.7 Oxy hóa axetaldehyt Trước thương mại hóa cơng nghệ Monsanto, hầu hết acid acetic sản xuất cách oxy hóa axetaldehyt Phương pháp phương pháp quan trọng thứ hai sử dụng khơng thể cạnh tranh với phương pháp carbonyl hóa ramnol Axetaldehyt sản xuất cách oxy hóa butan naphtha nhẹ, hydrat hóa etylen Khi butan naphtha nhẹ nung khơng khí có mặt ion kim loại khác mangan, coban, crom, peroxit sau phân hủy tạo axit axetic theo phương trình phản ứng: 2C4H10 + 5O2 → 4CH3COOH + H2O Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông Phản ứng đặc trưng kết hợp nhiệt độ áp suất chỉnh sau cho đủ nóng để giữ butan dạng lỏng Các điều kiện phản ứng đặc trưng 150 °C 55atm Các sản phẩm phụ tạo ra, butanon, etyl axetat, axit formic, axit propionic Các sản phẩm có giá trị thương mại, điều kiện phản ứng thay để tạo số lượng sản phẩm nhiều Tuy nhiên, việc phân tách axit axetic khỏi hỗn hợp làm cho phương pháp tốn Cùng điều kiện sử dụng chất xúc tác tương tự việc oxy hóa butan, axetaldehyt bị oxy hóa oxy khơng khí tạo axit axetic: CH3CHO + O2 → CH3COOH Sử dụng chất xúc tác đại, phản ứng tạo acid acetic 95% Các sản phẩm phụ etyl axetat, axit formic, formaldehyt có điểm sơi thấp acid acetic nên dễ tách chúng cách chưng cất 1.8 Oxy hóa etylen Axetaldehyt điều chế từ etylen theo phản ứng Wacker, sau oxy hóa nên bên Trong thời gian gần đây, việc chuyển đổi etylen thành acid acetic qua theo bước, chi phí rẻ cơng ty Showa Denko thương mại hóa, cơng ty xây dựng nhà máy oxy hóa etylen Ōita, Nhật Bản năm 1997 Quá trình sử dụng chất xúc tác kim loại palladi với hỗ trợ axit heteropoly axit tungstosilicic Nó xem phương pháp cạnh tranh với phương pháp carbonyl hóa ramnol nhà máy nhỏ (100–250 ngàn tấn/năm), tùy thuộc vào giá địa phương etylen 1.9 Lên men oxy hóa Trong lịch sử nhân loại, axit axetic, dạng giấm, tạo từ vi khuẩn acid acetic thuộc chi Acetobacter Khi cung cấp đủ oxy, vi khuẩn tạo giấm từ thực phẩm sinh cồn khác Các loại sử dụng rượu táo, rượu vang, loại ngũ cốc, gạo, mạch nha khoai tây lên men Phản ứng hóa học chung vi khuẩn thực là: C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đơng Dung dịch rượu lỗng trộn với Acetobacter giữ nơi thống khí, ấm tạo giấm vòng vài tháng Các phương pháp sản xuất giấm công nghiệp, người ta tăng tốc độ phản ứng cách cung cấp nhiều oxy cho vi khuẩn Các lô giấm sản xuất phương pháp lên men lỗi q trình làm rượu vang Nếu hèm rượu nho lên men nhiệt độ cao, acetobacter phát triển lấn án nấm men có mặt tự nhiên nho Vì nhu cầu giấm cho mục đích ẩm thực, y tế, vệ sinh gia tăng, người bán rượu nho học nhanh chóng cách sử dụng vật liệu vơ khác để sản xuất giấm tháng hè nóng trước nho sẵn sàng để sản xuất rượu vang Phương pháp chậm, nhiên, lúc thành công, người bán rượu khơng hiểu q trình Một cơng nghệ thương mại đại “phương pháp nhanh” “phương pháp Đức”, ứng dụng Đức năm 1823 Trong phương pháp này, trình lên men diễn tháp bọc gỗ bào than Các chất cung cấp cồn cung cấp từ đỉnh tháp, khơng khí cung cấp từ lên thơng khí tự nhiên bơn đối lưu Việc cung cấp khơng khí cải thiên trình làm giảm bớt thời gian điều chế giấm từ vài tháng vài tuần Ngày nay, hầu hết giấm sản xuất thùng để ngầm Otto Hromatka Heinrich Ebner sử dụng năm 1949 Trong phương pháp này, rượu lên men thành giấm bồn đảo liên tục, oxy cung cấp cách thổi bọt khí qua dung dịch Sử dụng ứng dụng đại phương pháp này, giấm chứa 15% axit axetic chế vòng 24 giờ, chí đạt độ giấm 20% vòng 60 1.10 Lên men kỵ khí Các lồi vi khuẩn kỵ khí bao gồm thuộc chi Clostridium, chuyển đổi đường thành axit axetic cách trực tiếp mà không cần phải qua bước trung gian tạo thành etanol Phản ứng chung mà vi khuẩn thực biểu diễn: C6H12O6 → CH3COOH Trên quan điểm nhà hóa học cơng nghiệp, điểm đáng ý vi khuẩn acetogen tạo axit axetic từ hợp chất chứa cacbon , cacbon monoxit, hay hỗn hợp cacbon dioxit hydro: Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông CO2 + H2 → CH3COOH + H2O Khả Clostridium chuyển hóa trực tiếp loại đường tạo acid acetic với chi phí đầu vào thấp, có nghĩa vi khuẩn có khả tạo axit axetic hiệu phương pháp oxy hóa etanol Acetobacter Tuy nhiên, vi khuẩn Clostridium chịu axit Acetobacter Ngay hầu hết chủng Clostridium chịu axit tạo giấm đạt vài phần trăm acid acetic, so với chủng Acetobacter tạo giấm với nồng độ axit lên đến 20% Hiện tại, chi phí để sản xuất giấm Acetobacter cao dùng Clostridium sau tách Kết là, vi khuẩn acetogenic biết đến rộng rãi từ năm 1940, việc sử dụng quy mơ cơng nghiệp loại vi khuẩn giới hạn vài ứng dụng 1.11 Các chủng vi sinh vật sử dụng để lên men Vi khuẩn lactic vi khuẩn lấy lượng từ trình oxy hóa ethanol để tạo thành acid acetic trình lên men Hiện người ta biết đến hàng chục lồi vi khuẩn axetic thuộc họ Acetobacter Chúng có đặc điểm chung sau đây: - Là trực khuẩn gram âm, không sinh bào tử, hô hấp hiếu khí bắt buộc, xếp đơi hay tạo thành chuỗi, thường tạo thành lớp màng bề mặt, có lồi có khả chuyển động có lồi khơng - Có nhiều rau - Nguồn dinh dưỡng cacbon: oxi hoá rượu etylic hay rượu khác thành axit tương ứng Có khả 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 lên men từ 3,5 đến 4,5 Chúng gồm loài sau đây: a Acetobacter aceti Là trực khuẩn hình que ngắn, khơng sinh bào tử, khơng chuyển động chúng có khả liên kết với thành chuỗi dài Chúng bắt màu vàng với iot có khả chịu nồng độ cồn cao (11%) tích tụ 6% axit axetic Nhiệt độ phát triển tối ưu chúng 34 °C, Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang 10 Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông nhiệt độ lên 40 °C xảy tượng co tế bào tạo hình lê Thường thấy chúng phát triển bia Hình 1.4 Acetobacter aceti b Acetobacter Pasteurianum Hình thái giống với Acetobacter acetic nhuộm màu với iot, tế bào có màu xanh Khả chịu nồng độ cồn thấp Acetobacter acetic điều kiện môi trường thuận lợi chúng có khả tạo Acid Acetic – 6% Hình 1.5 Acetobacter Pasteurianum c Acetobacter orleanense Hình thái vi khuẩn giống với loại vi khuẩn kích thước nhỏ nhiều Đặc biệt hai đầu tế bào thường nhỏ lại, nhiều trường hợp người ta nhầm lẫn vi khuẩn với vi khuẩn kỵ khí Clostridium Trong dịch nước cấy chúng thường tạo thành váng mỏng bề mặt Váng vi Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic Trang 11 Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông khuẩn thường chắc, nhuộm với I ốt tế bào thường chuyển sang màu vàng Có khả tồn nồng độ cồn từ 11 ÷ 12% tích lũy acid acetic đến 9,5% d Acetobacter schiitzenbachi 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 khơng Vì vậy, giống dung để sản xuất giấm theo phương pháp chìm tạo thành 11 - 12% acid acetic dung dich ni cấy Nhiệt độ tối thích 280C e Acetobacter curvum Có đặc tính tương tự Acetobacter schiitzenbachii, tạo thành acid cao, không tạo màng chắc, không làm bẩn vỏ bào làm đục giấm Nhiệt độ tối thích 35-37 0C, nâng nhiệt độ giới hạn giống phát triển yếu tạo thành acid f Acetobacter suboxydans Được dùng công nghiệp vitamin để sản xuất arscobic (vitamin C) Hình 1.6 Vi khuẩn Acetobacter Suboxydanst g Acetobacter Xylinum Là trực khuẩn không chuyển động Khi lên men tạo màng dấm dày sữa bề mặt dung dịch, màng chứa nhiều hemixenluloza nên nhộm với I H2SO4 cho màu xanh Chúng tích tụ 4-5% acid acetic có nhược điểm oxi hóa tiếp tục acid acetic thành CO H2O nên làm giảm hiệu suất thu hồi Chúng sử dụng ngành sản xuất nước uống lên men có ga Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic Trang 12 Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông Acetobacter xylinum có bao nhầy cấu tạo cellulose: Hình 1.5 Vi khuẩn Acetobacter Xylinum tạo màng nhầy + Acetobacter Kutzin guanum: nhộm I2 thẫm, tạo nhầy,không cho màu thành bền Khi xanh màng dính thành bình II Các yếu tố ảnh hưởng tới trình lên men giấm: 2.1 Ảnh hưởng nồng độ rượu: Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang 13 vào Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đơng Tùy thuộc vào lồi,, nồng độ rượu phù hợp cho trình lên men từ 6-15%, thường trung bình 13% Khi hết rượu, chúng oxi hóa axit axetic thành CO2 H2O để cung cấp lượng cho trình sinh trưởng phát triển vi khuẩn Để tránh trường hợp cần phải kiểm tra nồng độ rượu thường xuyên để dừng q trình lên men nồng độ rượu 0,3- 0,5% 2.2 Ảnh hưởng chủng vi sinh vật Chủng VSV có ảnh hưởng lớn tới q trình lên men Hoạt lực VSV trình lên men định tới hiệu suất chuyển hóa chất tạo sản phẩm Vì vậy, để trình lên men giấm đạt hiệu cao yêu cầu chủng VSV sử dụng trình lên men đáp ứng số yêu cầu: o Chủng có khả chuyển hóa ethylic tốt tạo acid acetic với hiệu suất cao o Chủng có khả chịu độ cồn acid cao o Các tính chất ban đầu giữ nguyên suốt trình lên men Các điều kiện phân lập, nuôi cấy, bảo quản giống đơn giản không tốn nhiều phù hợp với điều kiện Việt Nam 2.3 Ảnh hưởng Oxy Sự chuyển hóa etanol thành axit axetic phản ứng oxy hóa oxy khí chất tiếp nhận hydro Do vậy, sản xuất oxy hóa rượu xảy trường hợp vi khuẩn tiếp xúc trực tiếp với oxy khơng khí Trong điều kiện yếm khí vi khuẩn lên men giấm sử dụng chất dinh dưỡng mà không tạo thành axit axetic Như vậy, chế độ cung cấp oxy nhân tố điều chỉnh trình lên men 2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ Acetobacter thuộc nhóm ưa ấm, nhiệt độ thích hợp cho chúng từ 25-32 0C Nhiệt độ thấp trình lên men xảy chậm, nhiệt độ cao ức chế hoạt động đến mức độ đình sinh sản tế bào làm tăng tổn thất vi khuẩn hiệu suất trình lên men giảm bay acetic etylic Nhiệt độ thích hợp cho q trình sản xuất giấm 22-350C, nhiệt độ tối ưu 23-270C 1.3.3.4 Ảnh hưởng nồng độ etylic dịch lên men Etylic sử dụng chất chủ yếu trình lên men giấm với hàm lượng thích hợp 5-12% thể tích Nồng độ rượu cao ức chế hoạt động hệ vi khuẩn dẫn tới làm giảm hiệu suất lên men Khi khơng có etylic để làm chất vi khuẩn axetic lại sử dụng acid acetic mơi trường để tiếp tục oxy hóa tạo lượng cung cấp cho hoạt động chúng, làm cho hàm lượng axetic giảm Để tránh tượng oxy hố tiếp Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang 14 Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông tục acid axetic thành CO2 H2O cần có lượng rượu lại sản phẩm khoảng 0.3-0.5% so với yêu cầu 2.5 Ảnh hưởng nồng độ acetic pH Trong sản xuất giấm người ta thường cho vào chất ban đầu lượng acid acetic định để axit hóa môi trường nhằm: Ngăn chặn phát triển vi sinh vật loại Đưa pH thích hợp cho vi khuẩn hoạt động Mơi trường pH =3 thích hợp cho vi khuẩn axetic Khi nồng độ axetic tăng dần làm cho pH giảm hạn chế hoạt động vi khuẩn Nồng độ acid ban đầu khoảng 2-6% Hàm lượng cao hạn chế sinh trưởng vi khuẩn giảm khả lên men Nồng độ acid acetic 8% ức chế hoạt động vi khuẩn lớn Nồng độ 12-14% vi khuẩn ngừng hoạt động 2.6 Mơi trường dinh dưỡng Nếu có rượu vi khuẩn axetic khơng thể sống nên cần bổ sung số chất dinh dưỡng khác Trong 100 lít rượu 10% cồn cần 500g đường glucose hay tinh bột thủy phân, 25g superphotphat, 25g sunfat amon, bổ sung thêm số chất sinh trưởng khác III Phương pháp lên men chậm 3.1 Nguyên liệu sản xuất : nước nho Vật chứa lên men: thùng gỗ hình trống, giống thùng lên men ưu vang Giống vi khuẩn: A Orleaneuse - - 3.2 Cách tiến hành lên men: Cho acid acetic vào thùng gỗ 1/5 theo thể tích thùng, sau cho nước ép nho vào thùng cho tổng thể tích nước nho acid acetic đạt ½ thể tích thùng gỗ tiến hành lên men nhiệt độ thường trình lên men bề mặt cạnh tường có lớp váng trắng lớp tế bào vi khuẩn lên bề mặt Thời gian lên men thường kéo dài vài ngày cạnh tường lên men hàm lương cồn cạnh tường 0.2-0.3% kết thúc q trình lên men Nồng độ acid acetic lúc đạt 5-6% hàm lượng acid acetic lúc thấp, dễ bị oxi hóa tiếp làm giảm độ acid Vì người ta phải trùng đem tiêu thụ Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang 15 Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông  Ưu điểm: Sản phẩm giấm theo phương pháp thường thơm ngon dễ sản xuất phù hợp với ngành chế biến thực phẩm  Nhược điểm: thời gian bảo quản ngắn thời gian lên men kéo dài, suất thấp IV Phương pháp lên men nhanh (phương pháp Đức) Phương pháp tạo bề mặt tiếp xúc pha lỏng khí lớn nhờ bổ sung vật liệu bám thiết bị lên măng nên suất hiệu cao Đã khắc phục nhược điểm phương pháp lên men chậm người Pháp thực 4.1 Cấu tạo - Người ta thiết kế thùng lên men lớn, hình trụ, thường có kích thước sau: + Chiều cao thùng 2,5-6m + Đường kính đáy thùng 1,2-3m - 4.2 Tỷ lệ đường kính đáy so với chiều cao khoảng 1/2 thích hợp Người ta tạo bề mặt tiếp xúc lớn vi khuẩn acetobacter với khơng khí để thúc đẩy nhanh q trình oxy hóa etanol Bề mặt tạo cách:Trong thùng chất đầy phôi bào hay lõi bắp Phôi bào hay lõi bắp xem chất mang, giữ vi sinh vật trình lên men Nhờ mà vi sinh vật khơng theo vào sản phẩm cuối Ngoài ra, đáy thiết bị người ta lắp đặt hệ thống phân phối khơng khí đưa từ lên Môi trường lên men đưa từ xuống Cách tiến hành: Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang 16 Ứng dụng công nghệ sinh học - - - GVHD: Liêu Mỹ Đông Đầu tiên người ta dùng acid acetic có nồng độ 3-5% chảy qua lớp phôi bào hay lõi bắp để vừa có tác dụng trùng vừa có tác dụng axit hóa vật liệu chất mang để giống vi sinh vật dễ thích nghi q trình lên men.sau dùng nước vô trùng rửa qua nạp giống vi khuẩn acetic vào Vi khuẩn acetic bám vào phôi bào hay lõi bắp Tiếp người ta cho dòng mơi trường từ xuống qua hệ thống phân phối vòi hoa sen buồng tắm Mơi trường phân phối chảy chậm qua thùng lên men (gọi generator) bên có đồ đẩy vật liệu bám có màng vi khuẩn bề mặt, cồn thẩm thấu vào tế bào vi khuẩn Cùng lúc đó, khơng khí ngược chiều từ lên oxi thẩm thấu vào tế bào vi khuẩn, dịch lên men chuyển hóa nhanh nhờ vi khuẩn Vi khuẩn tiến hành oxi hóa rượu thành CH 3COOH Sao CH3COOH thẩm thấu qua màng tế bào theo dịch xuống đáy thiết bị lên men Người ta thu nhận sản phẩm từ đáy thiết bị lên men Nếu generator đủ cao, điều kiện vận hành khống chế tốt cần cho dịch lên men qua tháp lần thu giấm đặc đáy Tuy nhiên, thổi khí từ lên nên xảy q trình làm rượu etylic acid acetic trình lên men Mơi trường dùng lên men thường có thành phần sau: + Rượu khan:100 lít Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic Trang 17 Ứng dụng công nghệ sinh học - GVHD: Liêu Mỹ Đông + Glucose : 500g + Supephotphat: 5g + Carbonate kali: 0,9 g Hoặc mơi trường sau: + Rượu khan:100 lít + Glucose : 700g + Diphotphatphatamon: 125g + Diphotphat kali: 50g + Sulphatmagie:20g Quá trình lên men thực nhiệt độ 24-37oC Thời gian lên men kéo dài 6-10 ngày Trong trường hợp dịch lên men cuối chứa lượng acid acetic thấp, người ta tiến hành tái lên men chúng cách bơm chúng ngược lại từ xuống Mơ hình thiết bị lên men giấm 4.3 4.4 - Ưu điểm phương pháp: Thời gian lên men nhanh Thiết bị tương đối đơn giản, không cần nhiều thiết bị cho trình,năng suất cao, ổn định Giấm thu có hàm lượng cao (thường đạt 10 -11-%) Nhược điểm phương pháp: Hiệu suất không cao rượu(C2H5OH) acid (CH3COOH) Dùng vật liệu bám phải phù hợp V Một số dạng hư hỏng thường gặp trình lên men: 5.1 Giấm bị đục giảm độ chua: Trong sản xuất giấm, thường xảy q trình oxy hóa: Q trình oxy hóa C2H5OH thành CH3COOH q trình có lợi cho sản xuất Q trình oxy hóa CH3COOH thành CO2 H2O q trình có hại cho sản xuất Ngun nhân xảy trình nấm men Mycoderma, A.Xylinum, A Aceti gây tượng giấm đục tạo cặn 5.2 Bọ giấm:   Trong sản xuất giấm, người ta thường thấy loại bọ giấm:  Loại to, màu trắng, có kích thước 0,8 – 1,5 mm Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang 18 Ứng dụng công nghệ sinh học  GVHD: Liêu Mỹ Đơng Loại nhỏ, màu nâu, có kích thước 0,3 – 0,4 mm Bọ giấm làm thay đổi chất lượng giấm Nhiều bọ giấm xuất với lượng lớn ăn lươn giấm 5.3 Ruồi giấm Ruồi giấm thường có màu nâu đỏ, có kích thước khoảng 2,5 – 3mm Ruồi giấm thường phát triển phần trên, phần thiết bị lên men Chúng làm giảm acid acetic, sinh ấu trùng ăn vi khuẩn lactic thường vật trung gian lây nhiễm vi sinh vật gây hại giấm Chúng phát triển mạnh có oxy hóa mạnh Chúng đồng hóa rượu, acetic loại vi khuẩn Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang 19 ... giấm .22 Nhóm 9: Công nghệ sản xuất Acid Acetic Trang Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đông I Giới thiệu chung 1.1 Khái niệm acid acetic Acid acetic hay gọi etanoic, axit... dùng công nghiệp luyện kim sát khuẩn Nhóm 9: Cơng nghệ sản xuất Acid Acetic Trang Ứng dụng công nghệ sinh học GVHD: Liêu Mỹ Đơng Hình 1.2 Các loại giấm thơng dụng 1.2 Lịch sử phát acid acetic Acid. .. 1.5 Các phương pháp sản xuất acid acetic Acid acetic sản xuất theo hai phương pháp sinh học tổng hợp Ngày nay, lượng axit sản xuất theo phương pháp sinh học chiếm khoảng 10% sản lượng giới, phương