Dịch lên men sau khi qua generator đƣợc acid hóa một phần và sẽ đƣợc giấm hóa hoàn toàn sau khi đi qua generator lần thứ hai, ba... đặt nối tiếp với generator đầu.
- Generator tuần hoàn:
Dịch lên men sau khi đi qua generator đƣợc bơm tuần hoàn liên tục qua generator cho đến khi đƣợc giấm hóa hoàn toàn. Trong trƣờng hợp này vì vận hành kép nên dịch lên men ban đầu có thể không cần acid hóa hoặc có thể acid hóa tới 1% acid. Các generator tuần hoàn đƣợc sử dụng rộng rãi do nó có những ƣu điểm sau:
- Hoạt động với giá thành thấp
- Tƣơng đối đơn giản, dễ khống chế, điều khiển
- Tiết kiệm nhiều không gian, trang thiết bị (để sản xuất cùng một lƣợng acid acetic, trong cùng một khoảng thời gian cần ít đệm hơn)
Điều kiện cần thiết của phƣơng pháp này là duy trì nhiệt độ trong buồng oxy hóa ở một giới hạn nhất định, đảm bảo cho quá trình tạo acid mạnh nhất (tốt nhất là giữ cho phần trên ở 30°C, phần dƣới ở 33-34°C). Nhờ nhiệt độ này mà không khí bên ngoài không ảnh hƣởng đến sự làm việc của generator, do đó sản xuất không phụ thuộc vào thời tiết.
Khi tuần hoàn có thể giữ generator luôn làm việc với nồng độ acid cao, nhƣ vậy một mặt có thể tránh đƣợc sự tạp nhiễm, mặt khác luôn kích thích vi khuẩn phát triển và khi đó tốc độ tạo acid là rất cao, rút ngắn thời gian lên men.
Năng suất và hiệu suất của generator
Hai chỉ tiêu quan trọng nhất đặc trƣng cho quá trình làm việc của generator là năng suất và hiệu suất:
- Năng suất của generator đƣợc xác định bằng lƣợng giấm nhận đƣợc từ 1 m3
vật liệu bám trong thời gian lên men một ngày đêm.
- Hiệu suất lý thuyết theo cơ chế phản ứng là 103kg acid acetic từ 100kg rƣợu khan. Nhƣng thực tế ở các thiết bị lên men không có tháp ngƣng tụ chỉ đạt 75 kg acid acetic mà thôi, còn ở các thiết bị có ngƣng tụ thì có thể đạt 93 kg acid acetic (tƣơng ứng với 72,8 và 90,2%)
Hiệu suất của quá trình giấm hóa không cao (khoảng 90%) là do nhiều nguyên nhân gây ra, trong đó các nguyên nhân chính dẫn đến sự tổn thất trên là:
- Do oxy hóa không hoàn toàn rƣợu để đảm bảo còn lại trong giấm khoảng 0,2-
0,3% rƣợu nhằm tránh sự quá oxy hóa.
- Do quá oxy hóa, đặc biệt khi generator làm việc với nồng độ rƣợu thấp
- Do rƣợu và giấm bay hơi, đây là dạng mất mát lớn nhất trong các dạng mất
mát có thể mất từ 2-6% lƣợng rƣợu đƣa vào. Nhƣng có thể khắc phục đƣợc bằng cách đặt một thiết bị ngƣng tụ bao gồm hai thiết bị lọc khan đặt kế tiếp nhau sau tháp lên men để ngƣng tụ rƣợu, acid acetic và một số khí khác (có thể dùng than hoạt tính hoặc silicagel để nạp cho tháp lọc.
2.5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN SỰ LÊN MEN ACID ACETIC Ảnh hƣởng của oxy (sự thoáng khí) Ảnh hƣởng của oxy (sự thoáng khí)
Theo cơ chế phản ứng, giấm hóa là phản ứng dehydro hóa. Trong đó, oxy đóng vai trò là chất nhận hydro nên đòi hỏi phải có một lƣợng oxy cung cấp liên tục trong suốt quá trình lên men. Do đó, vai trò của oxy là rất lớn trong việc quyết định hiệu suất của quá trình lên men. Từ phƣơng trình tổng quát (1.1), theo tính toán lý thuyết thì để oxy hóa hết một mol rƣợu thì cần có một mol oxy tự do, tức là oxy hóa hết 1kg rƣợu khan thì cần 2,3 m3 không khí (trong đó O2 chiếm 20,9%). Do đó, trong sản xuất giấm điều kiện thoáng khí càng tốt thì quá trình lên men càng mạnh cho hiệu quả lên men và năng suất cao hơn.
Ảnh hƣởng của nhiệt độ
Nhiệt độ của môi trƣờng có ảnh hƣởng rất lớn đến hoạt động sinh lý của vi sinh vật, do đó nó sẽ ảnh hƣởng đến quá trình lên men. Nhiệt độ thích hợp để vi khuẩn acetic sinh trƣởng và phát triển mạnh đối với mỗi loài khác nhau là khác nhau. Nhìn chung, khoảng nhiệt độ để vi khuẩn acetic tồn tại và phát triển là khá rộng từ 15-34°C.
Nếu nhiệt độ quá thấp thì tốc độ lên men sẽ chậm, ngƣợc lại khi nhiệt độ quá cao sẽ làm tăng tổn thất do bay hơi rƣợu và acid acetic. Do đó, nhiệt độ thích hợp cho quá trình sản xuất là khoảng 30°C.
Nồng độ acid và nồng độ rƣợu - Nồng độ acid:
Thông thƣờng môi trƣờng acid (pH = 3) là điều kiện thuận lợi đối với sự phát triển của vi khuẩn acetic. Nhƣng acid acetic tích tụ trong môi trƣờng lên men đến một nồng độ nào đó sẽ gây tác động ngịch đến quá trình lên men. Nồng độ acid acetic cao sẽ ức chế hoạt động sinh lý của chính vi khuẩn. Khi trong dung dịch có khoảng 8% acid acetic thì hoạt động của vi khuẩn trở nên ngày càng giảm và ngừng hoạt động khi hàm lƣợng đạt 12-14%. Ở nồng độ này nếu tiếp tục cho lên men thì vi khuẩn sẽ sử dụng chính acid acetic tạo thành để làm cơ chất phản ứng, dẫn đến việc làm giảm nồng độ acid trong dịch lên men. Do đó, phải thu sản phẩm khi đạt đƣợc nồng độ acid này và phải thanh trùng ngay để ức chế quá trình lên men. Trong sản xuất acid acetic, thƣờng ngƣời ta cho vào cơ chất ban đầu một lƣợng acid acetic nhất định để acid hoá môi trƣờng nhằm thỏa mãn :
- Ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật có hại và không có lợi, vì môi trƣờng acid là một chất độc đối với nhiều vi sinh vật.
- Cho vào dung dịch lên men một lƣợng vi khuẩn cần thiết để bổ sung lƣợng
giấm. Lƣợng giấm đƣa vào là tùy theo yêu cầu của phƣơng pháp sản xuất.
Khi sản xuất acid acetic theo phƣơng pháp nhanh, cần đƣa vào dung dịch lên men một lƣợng acid acetic sao cho thõa mãn hai mục đích trên, đồng thời phải có nồng độ nhỏ hơn ngƣỡng có tác dụng ức chế cho chính bản thân vi khuẩn (ở nồng độ 8% acid acetic thì vi khuẩn hoạt động rất kém). Vì vậy, hàm lƣợng acid acetic có thể dao động trong giới hạn từ 1-7% (tính theo khối lƣợng).