Đề tài Công nghệ lên men truyền thống giấm

MỤC LỤC Chương 1 Giới thiệu 1.1 Lịch sử 3 1.2 Tổng quan về giấm 4 1.2.1 Phân loại giấm 4 1.2.2 Thành phần dinh dưỡng của giấm 5 Chương 2 Tác nhân vi sinh vật 2.1 Đặc điểm hình thái 8 2.2 Đặc điểm sinh trưởng 8 2.3 Phân loại 9 2.4 Một số vi khuẩn thường sử dụng trong lên men giấm 10 2.5 Aûnh hưởng của các điểu kiện môi trường dinh dưỡng tới quá trình lên men axetic 12 2.5.1 Aûnh hưởng của oxy 12 2.5.2 Aûnh hưởng của nhiệt độ 13 2.5.3 Aûnh hưởng của các nguồn C, N, P và các nguyên tố vi lượng 13 Chương 3 Bản chất sinh hóa 14 Chương 4 Kỹ thuật sản xuất axit axetic 4.1 Những yêu cầu kỹ thuật 16 4.1.1 Nồng độ axetic 16 4.1.2 Nồng độ rượu 16 4.1.3 Nhiệt độ 16 4.1.4 Độ thoáng khí 16 4.2 Quá trình làm giấm 17 4.3 Các phương pháp lên men 18 4.3.1 Phương pháp lên men chậm 18 4.3.2 Phương pháp lên men nhanh 19 4.3.3 Phương pháp lên men chìm 20 4.3.4 Phương pháp kết hợp 20 4.4 Phương pháp nâng cao nồng độ axit axetic trong dịch lên men 20 4.4.1 Phương pháp chưng cất 21 4.4.2 Phương pháp chưng cất bằng muối 21 4.4.3 Phương pháp chưng cất- trích ly 21 4.4.4 Phương pháp chưng cất chân không 21 Chương 5 Biến động sinh hóa 5.1 Biến động vi sinh vật 22 5.2 Biến động hóa học 23 5.3 Một số dạng hư hỏng axit axetic 23 5.3.1 Giấm bị đục và giảm độ chua 23 5.3.2 Hiện tượng lươn giấm 24 5.3.3 Bọ giấm 24 5.3.4 Ruồi giấm 24 Chương 6 Một số ứng dụng quan trọng của axit axetic 6.1 Ứng dụng trong chế biến mủ cao su 25 6.2 Ứng dụng axit axetic trong công nghệ thực phẩm 25 6.3 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm 26 Tài liệu tham khảo 27 Chương 1: GIỚI THIỆU Giấm là rượu đã bị chua Giấm là dung dịch nước chứa 3% axid axetic. Giấm có thể tính tuổi từ năm 1000 trước công nguyên và đời xưa dùng giấm là nước uống Jessus. Lịch sử [8] Ứng dụng của giấm làm gia vị đã được hàng thế kỉ. Giấm được dùng như vị thuốc, tác nhân phá hủy và chất bảo quản. Vào thời trung nguyên, những nhà luyện kim đổ giấm lên trên chì để tạo chì axetate. Thời kì Phục hưng, làm giấm là nghề đem lại lợi nhuận ở Pháp. Nước này đã sản xuất gần 150 loại giấm có mùi vị từ việc bổ sung tiêu, cỏ ba lá, hoa hồng, thìa là, và mâm xôi. Sản xuất giấm cũng được phát triển ở Anh, sinh lời đến nỗi năm 1693 Nghị viện thiết lập thuế trên giấm – bia. Vào thời kì đầu ở Mỹ, sản xuất giấm rượu táo là nền tảng của nông nghiệp và kinh tế hộ gia đình, được giá gấp 3 lần rượu táo thô truyền thống. Sự chuyển từ rượu hay nước trái cây sang giấm là quá trình hóa học trong đó rượu ethylic bị oxy hóa tạo axid axetic. Về mặt lịch sử, nhiều phương pháp khác đã được dùng để tạo giấm. Ở phương pháp chậm, tự nhiên vại rượu táo để mở đặt trong nhiệt độ phòng. Suốt khoảng vài tháng, nước trái cây lên men thành rượu và sau đó bị oxy hóa thành acid acetic. Phương pháp Orleans (Pháp) được gọi là phương pháp liên tục. Nước trái cây được thêm định kì vào những mẻ giấm nhỏ và trữ trong thùng gỗ. Khi nước trái cây chua, ta sẽ vớt ra ở trên thùng Cả phương pháp chậm và liên tục đều đòi hỏi vài tháng để sản xuất giấm. Trong sản xuất giấm thương mại hiện nay, phương pháp thông thường và phương pháp lên men chìm được ứng dụng. Những phương pháp này dựa trên mục tiêu pha trộn nhiều oxy đến mức có thể vào sản phẩm rượu 1.2. Tổng quan về giấm[6] 1.2.1.Phân loại dấm Giấm có thành phần giấm cất (chưng) và giấm pha chế -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 axit axetic, đường, axit hữu cơ, vitamin, muối vô cơ… rất tốt cho việc trao đổi chất cơ thể. Còn giấm pha chế (giấm hóa học) thì lấy axid axetic 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 axit axetic công nghiệp để làm giấm dùng pha chế để ăn đối với cơ thể là có hại. Giấm cất ở Châu Á có lịch sử lâu đời hơn 2000 năm nhiều chủng loại. Do hoàn cảnh địa lý, nguyên liệu không giống nhau, giấm ăn ở các nước cũng không giống nhau. Phát triển dần theo nhu cầu người ta đã chia theo hiệu lực và công dụng của giấm từ loại đơn thuần gia vị phát triển thành loại dùng để nấu nướng, loại làm ngon cơm, loại giữ sức khỏe và loại nước uống + Loại nấu nướng: độ axit axetic 5% vị nồng thơm dịu, vốn có tác dụng tẩy mùi tanh, giúp tươi thịt. Đối với thịt, cá, hải sản…vô cùng thích hợp. Nếu như dùng giấm trắng cất, vẫn không thể ảnh hưởng màu sắc thức ăn vốn có + Loại ngon cơm: Độ axit axetic 4%, vị khá ngọt thích hợp để trộn thức ăn, nước chấm như trộn dưa chuột, điểm tâm…có tác dụng tươi giòn. Loại giấm này có giấm gạo hoa hồng, giấm gạo cất và giấm làm ngon cơm + Loại bảo vệ sức khỏe: Độ axid axetic khá thấp khoảng 3%. Khẩu vị khá ngon, mỗi buổi sáng sớm hay sau khi ăn uống 1 thìa là tốt, có thể tăng cường thân thể và tác dụng phòng chống bệnh, loại giấm này có hơn 10 loại. + Loại nước uống: độ axit acetic 1%. Trong quá trình lên men thêm đường, trái cây… hình thành trào lưu là nước uống axit amin. Loại thức uống này từ giấm gạo có vị chua ngọt, dễ uống, thường cho thêm nước trái cây như táo, lê… cho thêm đá và gas CO2 1.2.2.Thành phần dinh dưỡng của giấm: Có acit amin phong phú: 18 loại acit amin cơ thể người không tổng hợp được trong giấm đều có, có 8 loại acit amin thực vật cung cấp. Do giấm có vị ngọt nên giấm trở nên điều hợp ngũ vị giúp cho cơ thể hấp thụ và tiêu hóa thức ăn. Hàm lượng acit hữu cơ trong giấm khá nhiều, giá trị thức ăn của giấm gạo càng cao. Axit hữu cơ lấy axit axetic là thành phần chính còn có hơn 10 loại axit lactic, axit gốc xeton, axit citric, axit axetic…Một số axit hữu cơ này cũng là kết quả của việc tổng hợp và phân giải trong quá trình quá trình trao đổi chất từ 3 loại chất dinh dưỡng lớn protid, mỡ, đường trong quá trình phản ứng sinh học cung cấp năng lượng cho cơ thể. Việc tổng hợp axit hữu cơ làm vị axit của thức ăn chua càng thanh, dịu ngọt, lưu lại lâu trong miệng (giấm hóa học không có chất hữu cơ vào miệng chua, nếm sẽ lưu vị đắng) làm giấm càng có vị tươi và ngon. Hơn nữa giấm mà có nhiều axit hữu cơ có thể tăng sự ngon miệng, giúp tiêu hóa. Trong nấu nướng thêm 1 chút giấm, trong giấm có axit hữu cơ có thể làm thành phần dinh dưỡng trong thức ăn được chế biến làm cơ thể càng dễ hấp thụ. Trong giấm có vitamin B1, B2, C … bắt nguồn từ kết quả trao đổi chất vi sinh vật trong quá trình lên men thức ăn và nguyên liệu. Một số sinh tố dinh dưỡng loại này là thành phần tạo thành men phụ của một số men trong quá trình trao đồi chất cơ thể, có tác dụng quan trọng trong cuộc sống của con người. Muối vô cơ trong giấm vô cùng phong phú Na, K, Ca, Fe, Cu, Zn, P… một số khoáng chất lấy từ nguyên liệu giấm, đồ chứa thức ăn trong quá trao đổi chất hay tăng thên do người gia công thêm vào. Như muối có tác dụng điều hòa ngũ vị, làm cho giấm càng thêm mùi vị, có tác dụng quan trọng cân bằng môi trường axit kiềm trong cơ thể. Sắt là 1 thành phần tạo thành hồng huyết cầu giúp việc vận chuyển O2 và tạo máu cho cơ thể Nguyên tố vi lượng Ca, Fe, Cu, P… giúp quá trình sinh lý chống già yếu và quá trình sinh trưởng ở tuổi dậy thì hoặc là thành phần không thể thiếu trong việc trao đổi chất Giấm đối với cơ thể người có 20 chức năng Đẩy lùi và trừ bệnh tật : có acid hữu cơ nhiều xúc tiến thay thế đường và làm cho acid lactic và acid acetic tồn trữ trong cơ bắp gây nên việc phân giải các chất gây mệt mỏi nên hết bệnh Điều tiết độ kiềm acid dịch thể, duy trì tương đối ổn định của môi trường trong cơ thể: theo các nhà dinh dưỡng học phân tích dấm là loại thực phẩm tính kiềm sinh lý, qua sự thay thế trao đổi chất trong cơ thể sản sinh phản ứng tính kiềm. Do cơ thể mỗi ngày dùng một lượng lớn thức ăn tính acid như : thịt, cá, trứng… uống một chút dấm có thể trung hòa phản ứng tính acid, từ đó duy trì cân đối acid kiềm trong môi trường cơ thể Giúp tiêu hóa, lợi cho hấp thụ : thức ăn chua có thể nâng cao độ acid dịch dạ dày, các chất trong dấm cũng như acid amin… có thể kích thích trung khu thần kinh não của người làm cho bộ máy tiêu hóa tiết ra giúp tăng cường chức năng tiêu hóa của dạ dày. Đồng thời dấm có khả năng làm hòa tan các chất dinh dưỡng muối vô cơ phosphat, Fe, Ca… trong thức ăn càng nhiều, nó có khả năng phòng chống sự phá hoại của vitamin C. Ở đây không những nâng cao giá trị dinh dưỡng của thức ăn, lại có lợi cho tiêu hóa và hấp thụ Phòng già yếu : dấm có khả năng ức chế và hạ thấp trong cơ thể hình thành loại mỡ oxi hóa có tác dụng trì hoãn cơ thể già yếu Diệt khuẩn kháng độc : có tính diệt khuẩn mạnh, ức chế khả năng của vi trùng, ví dụ như vi trùng que bệnh thương hàn, vi trùng qua đại tràng… gặp dấm điều bị tiêu diệt hoặc ngừng phát triển Phòng trị cao huyết áp và sơ cứng động mạch : Đông y có tác dụng tàn huyết làm cho mạch máu chảy bình thường, huyết áp ổn định. Tây y nơi dấm có thể xúc tiến bài tiến ion Na, ức chế sự dư thừa muối trong cơ thể, từ đó ổn định huyết áp. Nói chung dấm đối với huyết áp và sơ động mạch có tác dụng trị liệu rất tốt Tăng cường chức năng bài tiết của thận, phòng ngừa sỏi thận trong cơ thể. Nước tiểu của con người thường mang tính acid, dễ dàng làm muối trong nước tiểu kết tinh thành sỏi, dấm có thể làm nước tiểu biến thành kiềm tính, có thể phòng chống sỏi đồng thời làm hòa tan sỏi thận tính acid Phòng trị bệnh béo phì : theo nghiên cứu dấm chứa acid amoni, ngoài việc thúc đẩy mỡ chuyển hóa nhiều trong cơ thể người thành năng lượng tiêu hao của cơ thể còn có thể làm cho việc trao đổi chất của chất dinh dưỡng như protid, đường hấp thụ vào… tiến hành thuận lợi, do đó có tác dụng phòng giảm béo phì tốt Diệt kí sinh trùng như giun đũa, giun kim Kháng ung thư Làm đẹp da : không những ức chế sắc tố da, giảm vết nhăn ở người già mà có thể tăng tuần hoàn máu cho da thay tế bào già, co rút lỗ chân lông lại, làm cho da vừa mịn vừa láng Làm tỉnh rượu : các chất acid trong dấm có thể cùng hấp thụ acid acetic cồn trong cơ thể người, phát sinh phản ứng hình thành acid acetic làm giảm độc tính cồn đối với thần kinh nhờ đó đạt được công hiệu làm tỉnh rượu Chương 2 :TÁC NHÂN VI SINH VẬT Vi khuẩn Acetobacter là tác nhân chính của quá trình lên men acetic nên còn được gọi là vi khuẩn acetic. Đây là những vi khuẩn phổ biến trong tự nhiên, có trên bề mặt lá, quả, hoa, tạo acid acetic từ rượu etylic. Đặc điểm hình thái Vi khuẩn actic là vi khuẩn gram âm, không sinh bào tử. Về hình dạng tế bào vi khuẩn acetic là trực khuẩn hình que tới elip, kích thước tế bào 0.6-0.8 mm/ 1-3 mm. Các tế bào đứng tách riêng rẽ, 1 số xếp 2 tế bào, 1 số khác xếp thành chuỗi dài. Một số loại đặc biệt có tế bào hình cầu, có loại hình chỉ. Tùy điều kiện pH môi trường, nhiệt độ nuôi 1 số loài có thể có dạng hình bán nguyệt. Nhiều loài vi khuẩn acetic khi phát triển trên môi trường thiếu thức ăn hay môi trường đã nuôi cấy lâu (môi trường già) dễ sinh ra hình thái đặc biệt (tế bào phình to hay kéo dài ra) có thể phân nhánh. Vi khuẩn acetic có khả năng tạo bào tử và màng nhày, một số có khả năng di động nhờ tiên mao, 1 số không có khả năng này Trên môi trường đặc chúng phát triển thành những khuẩn lạc tròn, đều đặn, đường kính trung bình 3 nm. Trên môi trường lỏng vi khuẩn actic chỉ phát triển trên môi trường tạo thành những lớp màng dày mỏng khác nhau. Một số loài tạo thành màng dày như sứa (0.5mm), nhẵn và trơn, khi lắc chúng chìm xuống đáy bình và thay vào đó 1 lớp màng mỏng mới lại tiếp tục phát triển. Dung dịch dưới màng bao giờ cũng trong suốt. Khi nuôi cấy màng người ta thấy có sợi cellulose giống như ở trong sợi bông. Loại 2 có màng mỏng như giấy celophan, 1 số khác trên bề mặt của màng không nhẵn mà nhăn nheo, 1 số nữa tạo màng mỏng dễ vỡ bám trên thành bình và dung dịch nuôi không trong. Đặc điểm sinh trưởng Vi khuẩn acetic phát triển tốt trên môi trường nước bia, các môi trường có chứa cao nấm men, glucose, rượu etylic hay manitol. 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. Ngoài ra còn thực hiện quá trình oxy hóa acid acetic, oxy hóa lactate, chuyển glucose thành gluconate, oxy hóa không hoàn toàn các hợp chất hữu cơ khác (các loại đường và dẫn xuất của chúng) để tạo thành các hợp chất ketone, hay các acid hữu cơ tương ứng. Nhu cầu dinh dưỡng của vi khuẩn acetic đối với nguồn C, N và chất sinh trưởng cũng rất đa dạng. Vi khuẩn acetic sử dụng đường, etylic và các acid hữu cơ làm nguồn C, muốâi amon làm nguồn N. Trong quá trình phát triển vi khuẩn acetic có nhu cầu đối với 1 số acid amin như valin, alanin, prolin, isolosine Một số chất kích thích sinh trưởng như acid nicotine, acid amin, folic và biotin… có vai trò quan trọng trong sinh trưởng của vi khuẩn acetic. Một số vi khuẩn acetic có khả năng tổng hợp poly saccaride phân tử lớn như cellulose, tinh bột, dextran… và người ta ứng dụng khả năng này trong sản xuất công nghiệp. Một số loài tổng hợp được những sợi cellulose giống như bông A. xylimum, acetigenum, viizingianum Phân loại Năm 1950 Frateur chính thức đưa ra khóa phân loại mới dựa trên tiêu chuẩn Khả năng tạo catalase Khả năng tổng hợp các keto từ các rượu bậc cao như glycerol,manitol, sorbitol Khả năng oxy hóa acetate thành CO2 và H2O Khả năng oxy hóa glucose thành acid gluconic Khả năng sử dụng muối amon làm nguồn nitơ và sử dụng rượu etylic làm nguồn cacbon Tạo sắc tố nâu Tổng hợp cellulose Trên cơ sở này, Frateur chia vi khuẩn acetid làm 4 nhóm Bảng 1.1 Phân loại vi khuẩn acetic theo Frateur Tên nhóm Vi khuẩn đại diện Đặc điểm Subosydans Acetobacter subosydaz, Acetobacter melanogennum Không co khả năng oxy hóa acid acetic thành CO2 và H2O Mezoxydans Acetobacter aceti, Acetobacter xylinum, Acetobacter mezoxydan Có đầy đủ các đặc điểm trên Oxydans Acetobacter ascendans Acetobacter ransens Actobacter lovaniens Không có khả năng tạo các hợp cất keto Peroxydans Acetobacter peroxydans Acetobacter paradoxum Không chứa catalase, không oxy hóa glucose Một số vi khuẩn thường sử dụng trong lên men giấm Để quá trình lên men giấm đạt hiệu quả cao, lựa chọn những chủng vi khuẩn thỏa điều kiện Phải oxy hoá etylic tốt nhất Tạo giấm có nồng độ acid acetic cao, chịu được độ cồn và acid cao Các tính chất ban đầu được giữ nguyên trong suốt quá trình lên men Các điều kiện phân lập, nuôi cấy, bảo quản giống đơn giản không tốn kém nhiều phù hợp với điều kiện Việt Nam Người ta thường sử dụng những giống sau[3]: - A. aceti: Trực khuẩn ngắn có dạng hình que kích thước 0,4-0,8 và 1-1,2 mm, không di động thường xếp thành chuỗi dài. Gram âm, màu vàng với thuốc nhuộm iod. Chúng tạo thành khuẩn lạc to, sáng trên gellatin với dịch lên men chứa 10% đường saccharose, tạo thành màng dày nhẵn, không được nâng lên theo thành bình, có khả năng phát triển trên môi trường có nồng độ rượu khá cao (11%), có khả năng tích lũy 6% acid acetic. Nhiệt độ thích hợp phát triển 34oC. Nếu nhiệt độ cao quá 43oC sẽ gây ra hiện tượng co tế bào và tạo thành hình quả lê. Thường phát triển trên bia. - A. xylinum Trực khuẩn dạng hình que 2 mm, đứng riêng rẽ hay xếp thành chuỗi không di động. Các tế bào được bao bọc bởi chất nhầy, tạo váng nhẵn khá dày, bắt màu xanh với thuốc nhuộm iod và H2SO4 (phản ứng của hemicellulose) vì váng có chứa hemicellulose, có thể oxy hóa rượu tạo 4.5% acid acetic trong môi trường, ngoài ra chúng còn có khả năng oxy hóa tiếp acid acetic thành CO2 và H2O - A. pasteurianum Trực khuẩn ngắn, hình thái gần giống A. aceti, nhưng khi ta nhuộm chúng với iot, tế bào sẽ cho màu xanh Khả năng chịu nổng độ cồn của chúng thấp hơn của A. aceti. Trong điều kiện môi trường phát triển thuận lợi, chúng có khả năng tạo được 5-6% axit axetic - A. orleaneuse Hình thái vi khuẩn này giống hai vi khuẩn trên, nhưng lại có kích thước nhỏ hơn nhiều. Đặc biệt hai đầu của tế bào thường nhỏ lại. Nhiều trường hợp người ta lẫn lộn vi khuẩn này với vi khuẩn kỵ khí Clostridium. Trong dịch nước cấy, chúng thường tạo ra một váng rất mỏng trên bề mặt. Váng vi khuẩn thường rất chắc, khi nhuộm với iot, tế bào sẽ chuyển sang màu vàng. Vi khuẩn này chịu đựng được lượng cồn đên12%V, và trong điều kiện lên men thích hợp, chúng có thể tạo ra được 9,5% axit axetic - A. Schiitzenbachii Vi khuẩn này thuộc vi khuẩn hình que, nhưng kích thước của chúng dài hơn các giống đã trình bày ở trên. Chúng không tạo bào tử, không có khả năng chuyển động và thuộc vi khuẩn gram (-) Khi phát triển ở môi trường lỏng, chúng tạo ra lớp màng dày nhưng không chắc. Ở các nước trên thế giới, người ta thường sử dụng chúng để sản xuất giấm theo phương pháp chìm Trong điều kiện môi trường thuận lợi, chúng có khả năng tạo được 11-12% axit axetic - A. curvum Về cơ bản vi khuẩn này giống A. Schiitzenbachii Trong môi trường lên men thuận lợi, vi khuẩn này có thể tạo ra được 10-11% axit axetic. Vi khuẩn A. curvum tạo váng rất chắc trên bề mặt môi trường. Nhiệt độ lên men tối ưu của vi khuẩn này là 35-37oC - A.suboxydans Vi khuẩn A.suboxydans được sử dụng nhiều trong công nghệ sản xuất vitamin C. Chúng có khả năng chịu đựng được nồng độ cồn rất cao. Nếu trong môi trường, ta cho thêm một lượng nhỏ các chất dinh dưỡng cần thiết, ví dụ như glucose, vi khuẩn này có thể chuyển hóa hoàn toàn cồn thành axit axetic. Lượng axit axetic tạo được từ quá trình lên men có thể lên đến 13% Nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn này tiến hành lên men là 28-30oC. Thời gian lên men xảy ra rất nhanh, chỉ cần 48h, lượng axit axetic có thể đạt được đến 13% Trong quá trình lên men cần phải thông khí liên tục vì vi khuẩn