Vấn đề cơ bản của phƣơng pháp nhanh là diện tích bề mặt tiếp xúc pha giữa pha lỏng, pha khí và màng vi sinh vật. Do đó, bằng cách bổ sung các vật liệu xốp làm vật liệu bám (có độ nhám lớn), mà trên đó có màng vi khuẩn che phủ. Hiệu quả của phƣơng pháp này cao do bề mặt hoạt động sinh học tính theo thể tích lên men lớn.
Dựa trên nguyên lý đó, từ trƣớc đến nay đã có nhiều phƣơng pháp để sản xuất acid acetic theo phƣơng pháp nhanh, sau đây là một số phƣơng pháp chủ yếu:
Phƣơng pháp trống quay
Ngƣời ta thiết kế thiết bị lên men có dạng hình trụ nằm ngang bên trong một thùng chứa dung dịch lên men hở nắp. Thiết bị hình trụ này đƣợc bọc một lớp vật liệu có khả năng thấm nƣớc, có khả năng giữ vi sinh vật và có cấu trúc sao cho nhận đƣợc một lƣợng không khí lớn nhất đối với vật liệu đệm chứa trong đó.
Một nửa thiết bị này nằm trong lòng dung dịch lên men, nửa còn lại nằm trên dung dịch lên men và đƣợc tiếp xúc với không khí. Do đó, khi vận hành (cho thiết bị quay tròn) luôn có một nửa thiết bị tiếp xúc với không khí.Ngƣời ta thiết kế số vòng quay thích hợp sao cho trong quá trình tiếp xúc không khí, các vi khuẩn giấm trên đệm có thể oxy hóa triệt để rƣợu có trong dịch lên men.
Nhìn chung phƣơng pháp có ƣu điểm là đơn giản, dễ vận hành. Nhƣng nhƣợc điểm là năng suất không cao, thiết bị tƣơng đối cồng kềnh, thời gian lên men kéo dài.
Vật liệu đệm
Trục quay
Dịch lên men
Phƣơng pháp nhúng
Thiết bị lên men là thùng thẳng đứng, bên trong có một hay nhiều giỏ bằng gỗ sồi hoặc hoàng diệp liễu chứa đầy chất mang (mạt cƣa, lõi bắp, than củi hay vật liệu cellulose có khả năng giữ vi khuẩn trên đó). Các giỏ có thể nâng lên hoặc hạ xuống
Ngƣời ta chuẩn bị và đổ môi trƣờng vào đầy ½ thùng lên men. Vi sinh vật sẽ đƣợc làm bám dính vào các vật liệu đựng trong giỏ. Giỏ chứa vật liệu vi sinh vật sẽ đƣợc nhúng xuống dung dịch lên men rồi lại nhấc chúng ra khỏi dung dịch. Khi chiếc giỏ chứa chất mang có vi sinh vật thấm đầy môi trƣờng và đƣợc nhấc lên không khí, quá trình oxy hóa rƣợu đƣợc xảy ra. Thao tác này lặp đi lặp lại nhiều lần cho đến khi rƣợu trong thùng lên men đƣợc giấm hóa hoàn toàn.
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là dễ thực hiện, thiết bị đơn giản, lên men nhanh. Nhƣng nhƣợc điểm phƣơng pháp này là năng suất thấp, rất dễ bị nhiễm vi sinh vật lạ.
Phƣơng pháp dịch chuyển
Thiết bị lên men của phƣơng pháp này gồm một thùng, bên trong có một cái phao và bên ngoài lắp với hai thùng phản ứng đặt bên cạnh thùng chính. Khi phao chứa đầy nƣớc hoặc các vật nặng khác, khối dịch lên men chứa trong thùng chính bị ép phải dịch chuyển vào hai thùng phản ứng bên cạnh chứa đầy vỏ bào có vi khuẩn giấm bám trên bề mặt. Khi những đệm trong thùng phản ứng đã bão hòa dịch lên men, phao đƣợc lấy ra và dịch lên men lại tràn về thùng chính. Phƣơng pháp này đơn giản nhƣng cồng kềnh, năng suất thấp, khó điều chỉnh quá trình nén đẩy chất lỏng từ thùng chính sang thùng phản ứng, không khí dễ bị nhiễm bẩn.
Vật liệu đệm
Dịch lên men
Hình 2.7. Thiết bị lên men nhanh bằng phƣơng pháp nhúng
Phƣơng pháp cố định (hay phƣơng pháp germentor)
Trong phƣơng pháp này thùng phản ứng (generator) là một thùng hình trụ thẳng đứng bằng gỗ (hoặc cả vật liệu chống ăn mòn) bên trong có tráng một lớp parafin. Đồng thời có đổ đầy những vật liệu bám có màng vi khuẩn giấm che phủ. Phần vật liệu bám này đƣợc giới hạn giữa hai đáy giả cách đáy trên và đáy dƣới 25 cm có khoan những lỗ nhỏ để phân phối đều khí và lỏng. Ở đáy trên có những lỗ để tƣới dịch lên men vào và cho không khí đi ra. Không khí đƣợc hút vào generator qua những lỗ nhỏ đƣợc khoan xung quanh thành dƣới đáy giả. Để cho không khí vào mà lỏng không ra đƣợc, các lổ đƣợc khoan dƣới những góc nhọn với đƣờng nằm ngang.
Hai pha khí lỏng đi ngƣợc chiều nhau tiếp xúc trong generator sẽ đƣợc vi khuẩn chuyển hóa thành giấm. Nếu chiều cao generator đủ lớn, dịch lên men chỉ cần đi qua một lần là đƣợc giấm hóa toàn bộ. Nếu quá trình lên men tốt, nhiệt độ phần làm việc của generator cao hơn nhiệt độ ở ngoài từ 10-12°C tạo điều kiện cho thông khí tự nhiên.
Nhìn chung ba phƣơng pháp đầu không đƣợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất, phƣơng pháp cuối cải tiến nhất và đƣợc cải tiến không ngừng do nó có những ƣu điểm: năng suất tƣơng đối lớn, thiết bị tƣơng đối gọn, có thể tiến hành sản xuất trong mọi điều kiện vì có sự thông khí tự nhiên không phụ thuộc vào nguồn điện. Với những ƣu điểm trên, việc lựa chọn thiết bị lên men theo phƣơng pháp cố định để sản xuất acid acetic phục vụ cho chế biến mủ cao su là hợp lý nhất.
06 01 02 03 04 04 05 05 07
Hình 2.8. Thiết bị lên men nhanh theo phƣơng pháp cố định (generator thông khí tự nhên)