Sản xuất Acid acetic

Sản xuất Acid acetic Nội dung chính Phân loại Giới thiệu một số loại giấm Tác nhân vi sinh vật Kỹ thuật sản xuất Acid acetic Biến động sinh hóa Một số ứng dụng quan trọng của Acid acetic Phân loại giấm Gồm 2 loại: Giấm có thành phần giấm cất (chưng) Giấm pha chế (giấm hóa học) Giấm cất Lấy lương thực, đường làm nguyên liệu chính, thông qua việc ủ vi sinh vật lên men. Thành phần dinh dưỡng của nó có axit axetic, đường, axit hữu cơ, vitamin, muối vô cơ… rất tốt cho việc trao đổi chất cơ thể Giấm pha chế Lấy acid axetic từ tổng hợp hóa học làm nguyên liệu chính , thêm H2O pha loãng mà thành, không có thành phần dinh dưỡng khác Giấm trắng Làm từ bã bia hoặc đường mật. Chủ yếu được dùng để ngâm chua các loại thực phẩm. Giấm mạch nha Giấm mạch nha được làm từ loại bia không mùi. Trong quá trình chế biến giấm, người ta cho thêm đường caramel Thường được dùng để làm chua các loại rau xanh và trái cây Giấm gạo Được làm từ nguyên liệu chính là rượu gạo Giấm táo Được làm từ nguyên liệu chính là rượu táo Giấm rượu Bất kỳ loại rượu nào cũng có thể dùng để làm giấm Chất lượng rượu càng cao thì hương vị của giấm càng thơm ngon Giấm thơm Về cơ bản, giấm thơm vẫn được chế biến từ giấm rượu Nhưng có cho thêm một số thành phần khác để tạo mùi thơm như tỏi, chanh hoặc tiêu xanh… Tác nhân vi sinh vật Vi khuẩn Acetobacter là tác nhân chính của quá trình lên men acetic Hiện tại có 6 giống: Acetobacter, Gluconobacter, Acidomonas, Gluconacetobacter, Asaia, Kozakia Thuộc họ Acetobacteraceae Hình que, gram âm Tế bào đứng 1 mình, cặp hoặc chuỗi dài Một số di động bằng tiên mao, 1 số không Hình thức sinh sản là nhân đôi Phát triển tốt trong điều kiện hiếu khí bắt buộc, nhiệt độ 25-30oC, pH 5,4-5,8. Tính chất đặc trưng của vi khuẩn acetic là khả năng oxy hóa rượu etylic thành acid acetic ở pH 4.5. Một số đặc điểm chung của vi khuẩn acetic Acetobacter Quan trọng nhất là Acetobacter aceti Có khả năng oxy hóa ethanol thành acid acetic nhờ enzyme alcohol dehydrogenase - ADH và acetaldehyde dehydrogenase - ALDH Oxy hóa nhanh chóng và hoàn toàn các cơ chất như glucose hay ethyl alcohol -> over - oxidizing Có khả năng phát triển ở môi trường chứa ethanol là nguồn C duy nhất Gluconobacter Quan trọng nhất là Gluconobacter oxydans Cũng có khả năng oxy hóa ethanol thành A.acetic nhưng không oxy hóa tiếp tạo CO2 và H2O như nhóm Acetobacter -> under oxidizing Không thể phát triển ở môi trường chí có ethanol là nguồn C duy nhất Gluconacetobacter Có khả năng tổng hợp mạnh polysaccharide ngoại bào – EPE exopolysaccharide Để quá trình lên men giấm đạt hiệu quả cao, ta chọn những chủng vi khuẩn thỏa điều kiện: 1. Phải oxy hoá etylic tốt nhất. 2. Tạo giấm có nồng độ acid acetic cao, chịu được độ cồn và acid cao. 3. Các tính chất ban đầu được giữ nguyên trong suốt quá trình lên men. 4. Các điều kiện phân lập, nuôi cấy, bảo quản giống đơn giản không tốn kém. Kỹ thuật sản xuất Acid acetic Bản chất của quá trình lên men là lên men hiếu khí, vì thế phải tạo điều kiện tối đa để vi khuẩn tiếp xúc được với oxy và cồn. Để giải quyết tốt vấn đề này có 4 phương pháp khác nhau: Phương pháp lên men chậm. Phương pháp lên men nhanh. Phương pháp lên men chìm. Phương pháp kết hợp. Acid acetic được hình thành qua chuỗi phản ứng 4 giai đoạn gồm 1. Biến đổi tinh bột thành đường bởi enzyme amylase 2. Biến đổi yếm khí đường thành rượu ethanol bởi quá trình lên men của nấm men, 3. Biến đổi rượu ethanol thành acetaldehyde bị hydrate hoá 4. Khử hydro thành acid acetic bởi enzyme aldehyde dehydrogenase  Những yêu cầu kỹ thuật Nồng độ axetic        Þ Axit axetic sinh ra sẽ gây ảnh hưởng ức chế đến sinh lý của vi khuẩn axetic. Nếu nồng độ của axit axetic đạt 8% sẽ ức chế hoạt động của vi khuẩn và nếu nồng độ axit axetic 12-14% sẽ ức chế toàn bộ của vi khuẩn. Những yêu cầu kỹ thuật Nồng độ rượu        Þ Thông thường người ta sử dụng nồng độ rượu từ 11-13%. Nếu trong môi trường không có rượu thì vi khuẩn tiếp tục oxy hóa axit axetic để thu nhận năng lượng dùng cho sự sống. Vì thế trong sản xuất, người ta thường giữ lại độ rượu trong môi trường là 0,3-0,5%. Những yêu cầu kỹ thuật Nhiệt độ      Þ  Tùy theo từng loài mà nhiệt độ tối ưu cho quá trình oxy hóa là khác nhau. Nhưng trong sản xuất, người ta dùng những loài vi sinh vật thích ứng cho quá trình oxy hóa là 30-40oC Những yêu cầu kỹ thuật Độ thoáng khí      Þ Oxy là một yếu tố quan trọng cho quá trình lên men giấm. Quá trình oxy hóa chỉ xảy ra khi trong môi trường vi khuẩn được tiếp xúc với không khí. Càng được thoáng khí khả năng oxy hóa càng tốt. Nguyên liệu Các nguyên liệu chứa đường như nước ép trái cây, nước dừa, nước mía, ... Nguyên liệu chứa tinh bột và cồn công nghiệp Quy trình sản xuất Quy mô gia đình 1 chén rượu 1 chén đường 5 chén nước con giấm chuối sứ chín Đường, nước Con giấm Vật đựng là hủ sành, keo thủy tinh phải rửa thật sạch ,úp lại cho thật khô thật hết nước Đem hũ, keo có con cái giấm rồi cho rượu, nước sôi để nguội, chuối xiêm chín muồi chẻ đôi vào Rồi đem hủ để vào chổ mát Khoảng trên 20 ngày thì giấm chua. Tùy theo yêu cầu ta sẽ lấy bớt con giấm để gầy giấm tiếp tục. Ưu điểm Có vị chua thanh và ngon Dể làm Khuyết điểm Lượng acid tạo thành thấp Cơ chất sót lại nhiều Thời gian lên men lâu Quy mô công nghiệp Sử dụng Phương pháp lên men nhanh Thiết bị lên men là một tháp trụ dạng phun Trong tháp được chất đầy phoi bào hay lõi bắp, được xem như chất mang, giữ vi sinh vật trong quá trình lên men, nhờ đó mà vi sinh vật không đi theo vào sản phẩm cuối cùng. Môi trường được đưa vào từ trên xuống. Ở đáy thiết bị, người ta cho lắp một hệ thống phân phối, không khí vô trùng đưa từ dưới lên. Đầu tiên, người ta dùng axit axetic có nồng độ 3-5% chảy qua lớp phoi bào để thanh trùng và giúp vi sinh vật giống dễ thích nghi trong quá trình lên men. Sau đó, dùng nước vô trùng rửa qua và nạp giống vi khuẩn axetic vào. Vi khuẩn axetic sẽ bám vào phoi bào.  Môi trường được đưa từ trên xuống, không khí được đưa sục từ dưới lên. 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 24-37oC. Thời gian lên men kéo dài 8-10 ngày. Trong trường hợp dịch lên men cuối cùng chứa lượng axit axetic thấp, người ta tiến hành tái lên men bằng cách bơm chúng ngược lại từ trên xuống Ưu điểm Lượng acid tạo thành nhiều, hàm lượng cao Thời gian nhanh Khuyết điểm Sự thất thoát cơ chất trong quá trình lên men Biến động sinh hóa  Giấm vẩn đục và giảm chua Trong quá trình oxy hóa rượu thành giấm đôi khi gặp hiện tượng oxy hóa sâu sắc Acid acetic tới CO2 và nước Nguyên nhân là do nhiễm tạp các loại VSV khác Ngoài ra còn có lươn giấm, bọ giấm và ruồi giấm -> gây đục giấm và làm giảm hiệu suất lên men, làm thay đổi chất lượng của giấm, lây nhiễm các vi sinh vật gây hại giấm. Ứng dụng 1. Ứng dụng trong chế biến mủ cao su 2. Ứng dụng axit axetic trong công nghệ thực phẩm 3. Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất chất màu, dung môi hữu cơ, tổng hợp chất dẻo tơ sợi, ...