Đề tài Công nghệ sản xuất giấm ăn

Để giúp mọi người hiểu rõ hơn về vai trò ứng dụng của quá trình lên men acetic trong chế biến thực phẩm, nhóm mình đã quyết định chọn đề tài “Công nghệ sản xuất giấm” để mọi người có thể

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, nhu cầu sử dụng thực phẩm của con người ngày càng cao, cùng với nhữngthành tựu và ứng dụng to lớn trong ngành hóa-sinh học và vi sinh vật học đã góp phầntạo ra nhiều sản phẩm thực phẩm có giá trị dinh dưỡng và tính chất cảm quan cho conngười

Trong đó, Acid acetic là một loại acid hữu cơ được ứng dụng rộng rãi trong đời sống

và trong sản xuất công nghiệp Trong công nghệ thực phẩm, với hàm lượng 2-5%,người ta gọi dung dịch này là giấm ăn Giấm ăn được sử dụng trong công nghệ thựcphẩm để chế biến đồ hộp, rau quả, gia vị trong các bữa ăn gia đình Lượng giấm ăn sửdụng trong công nghiệp thực phẩm là rất lớn, do đó việc sản xuất giấm ăn không thểmang tính chất thủ công truyền thống mà đã trở thành một ngành sản xuất theo quy

mô công nghiệp ở nhiều nước trên thế giới

Để giúp mọi người hiểu rõ hơn về vai trò ứng dụng của quá trình lên men acetic trong

chế biến thực phẩm, nhóm mình đã quyết định chọn đề tài “Công nghệ sản xuất giấm” để mọi người có thể hình dung rõ hơn về ứng dụng của lên men acetic cũng

như những loại vi sinh vật được ứng dụng trong quá trình sản xuất những loại thựcphẩm này và tác dụng của chúng

Trong quá trình tiềm hiểu và thu thập tài liệu để hoàn thiện đề tài, nhóm mình có thểkhông tránh khỏi một vài sai sót Rất mong nhận được sự đóng góp của cô và các bạn

để đề tài của nhóm chúng tôi được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Phần I: TỔNG QUAN VỀ GIẤM

1 Giới thiệu sơ lược về giấm

Hình 1: Giấm gạo

1.1. Khái niệm

Giấm (acid axetic) là một chất lỏng có vị chua, được hình thành từ sự lên mencủa rượu etylic (công thức hóa học là C2H5OH) Thành phần chính của giấm là dungdịch acid axetic (CH3COOH) có nồng độ khoảng 2-5%

1.2. Nguồn gốc của giấm

Loài người đã biết chế tạo và sử dụng giấm từ nhiều ngàn năm trước Khoảng

5000 năm trước công nguyên, người Babylon đã biết dùng trái chà là để làm rượu vàgiấm Vết tích của giấm đã được tìm thấy ở Ai Cập cổ đại từ 3000 năm trước côngnguyên Theo sự tích Thần Nông, giấm cũng được tìm thấy ở Trung Quốc từ đời nhà

Hạ, 2000 năm trước công nguyên 500 năm trước công nguyên, ở Hy lạp, Hippocrates,

vị cha đẻ của ngành y học hiện đại, đã dùng giấm làm từ nước táo hòa với mật ong đểtrị những bệnh ho và cảm lạnh Năm 1864, Louis Pasteur đã chứng minh giấm là kếtquả từ một quá trình lên men tự nhiên

Ngày nay giấm đã trở thành văn hóa ẩm thực không thể thiếu trong mỗi bữa ăncủa gia đình cũng như trong những dịp quan trọng như ngày lễ, tết của nhiều quốc gia

1.3 Phân loại

a) Giấm phân loại theo thành phần gồm:giấm cất (chưng) và giấm pha chế.

₋ Giấm cất (cũng gọi là giấm gạo) lấy lương thực, đường làm nguyên liệu chính, thôngqua 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

₋ Giấm pha chế (giấm hóa học) thì lấy axid axetic tinh làm nguyên liệu chính, thêm phaloãng mà thành, không có thành phần dinh dưỡng khác Nếu sử dụng axit axetic côngnghiệp 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 hoàncảnh địa lý, nguyên liệu không giống nhau, giấm ăn ở các nước cũng không giốngnhau Phát triển dần theo nhu cầu người ta đã chia theo hiệu lực và công dụng củagiấm từ loại đơn thuần gia vị phát triển thành loại dùng để nấu nướng, loại làm ngoncơm, 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 cung thích hợp Nếu như dùng giấm trắngcất, 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, nướcchấm như trộn dưa chuột, điểm tâm…co tác dụng tươi giòn Loại giấm này có giấmgạo 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, mỗibuổi sáng sớm hay sau khi ăn uống 1 thìa là tốt, có thể tăng cường thân thể và tácdung 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 thanh trào lưu là nước uống axit amin Loại thức uống này từ giấm gạo có vịchua ngọt, dễ uống, thường cho thêm nước trái cây như táo, lê… cho thêm đá và gasCO2

b) Phân loại bằng nguyên liệu và màu sắc gồm.

• Giấm gạo

Hình 2: Giấm gạo.

Giấm gạo được làm từ rượu gạo hay rượu nếp Loại giấm nầy được dùng rộng rãi

ở các nước châu Á như Hàn quốc, Nhật bản, Trung quốc và Việt nam Giấm gạo cóthể có màu trong suốt, vàng nhạt, đỏ hay đen

Giấm trắng có màu trong suốt đến vàng nhạt thường được làm từ rượu gạo Đây làloại thông dụng nhất, được dùng ở hầu hết các nước châu Á Nó có nồng độ acidacetic cao nhất trong các loại giấm gạo

Giấm đỏ được làm từ gạo Hồng do có mùi vị đặc trưng nhưng ít chua hơn giấmtrắng Loại giấm nầy được sản xuất ở Trung

người Việt gốc Hoa làm chủ

• Giấm táo

Giấm táo được làm từ nước táo cho lên men thành rượu, sau đó thành giấm Giấmthường có màu vàng nhạt Kinh nghiệm dân gian ở Mỹ cho rằng giấm táo có khả năngtrị được bá bệnh, tuy nhiên chưa có bằng chứng khoa học nào xác định được điều nầy

Hình 3:Giấm táo

• Giấm nho

Giấm nho được làm từ rượu vang (rượu

nho) Loại giấm này có màu vàng nhạt hay

đỏ, tùy thuộc vào màu sắc của rượu vang

Loại giấm này được phổ biến ở vùng Địa

Trung Hải, nơi sản xuất nhiều rượu vang

Hình 4: Giấm nho

1.4. Tính chất, gía trị dinh dưỡng và lợi ích của giấm

• Acid axetic hoàn toàn hòa tan trong nước, cồn, eter, benzene, axeton và trongcoroform, không tan trong CS2

• Acid axetic rất bền với các chất oxi hóa như: acid chromic, permanganate Chúng cókhả năng hóa tan cellulose, các hợp chất tương tự cellulose, ngoài ra chúng còn có thểphân hủy da, gây bỏng da, ăn mòn nhiều kim loại

• Số acid amin phong phú: Gồm18 loại a.a mà cơ thể không tổng hợp được thì đều cótrong giấm, có 8 loại a.a thực vật cung cấp, còn lại là sinh ra trong quá trình lên men

• Do giấm có vị ngọt thanh nên giấm trở nên đều hợp ngủ vị giúp cơ thể hấp thụ dể tiêuhóa thức ăn, kích thích hệ men đường ruột hoạt động tốt hơn

• Trong giấm còn có các vitamin B1, B2, C… bắt nguồn từ kết quả trao đổi chất vi sinhvật trong quá trình lên men thức ăn và nguyên liệu Một số sinh tố dinh dưỡng loạinày tạo thành men phụ của một số men trong quá trình trao đổi chất của cơ thể

• Thành phần muối vô cơ có trong giấm rất phong phú như Na, K, Ca, Fe, Cu, Zn…một số khoáng chất lấy từ nguyên liệu giấm, đồ chứa thức ăn trong quá trình trao đổichất hay tăng thêm do người da công thêm vào Những nguyên tố đó giúp cho giấmtăng thêm hương vị, cân bằng môi trường kiềm, acid trong cơ thể

• Các nguyên tố vi lượng Ca, Fe, Cu, P… giúp quá trình lão hóa, già yếu giảm, là thànhphần không thể thiếu trong quá trình trao đổi chất, vận chuyển O 2 vào máu đi nuôi cơthể.

2 Nguyên liệu sản xuất:

Có thể sử dụng tất cả các loại nguyên liệu có nguồn gốc từ nông nghiệp bao gồmtinh bột hoặc đường hoặc cả tinh bột và đường qua quá trình lên men có vị giấm gồmlượng acid axetic cho phép

Nếu nguyên liệu là ethanol thì quá trình lên men acid axetic chỉ có một bước làchuyển trực tiếp cồn thành acid axetic

Còn với các nguyên liệu khác thì phải qua các bước sau:

1 Nguyên liệu có tinh bột đường hóa Đường rượu hóa Rượu vk/oxi hóa Acid axetic

2 Nguyên liệu có đường rượu hóa Rượu vk/oxi hóa Acid axetic

3 Nguyên liệu có ethanol vk/oxi hóa Acid axetic

Dựa vào nguyên liệu lên men giấm người ta chia ra 2 nhóm nguyên liệu chính sau:+ Nguyên liệu chứa nhiều tinh bột : Gạo, ngô, lúa mì, đại mạch

+ Nguyên liệu chứa đường: Mật ong, nho, táo, điều

3 Giống vi sinh vật:

Thực chất của quá trình lên men tạo acid acetic (giấm) là quá trình oxi hóa được

thực hiện bởi một nhóm vi khuẩn gọi là vi khuẩn acetic (thuộc chi Acetobacter).

 Phân loại:

Có nhiều loại vi sinh vật có khả năng lên men để tạo ra acid axetic Các vi khuẩnacetic không chỉ có khả năng lên men cồn để tạo thành acid axetic, mà chúng ònchuyển hóa được rượu propionic thành acid propionic và chuyển hóa rượu butylicthành acid butylic Các loài vi sinh vật axetic không oxi hóa được rượu bậc cao vàrượu metilic

Năm 1950 Frateur chính thức đưa ra khóa phân loại mới dựa trên tiêu chuẩn: Khảnăng tạo catalase, khả năng tổng hợp các keto từ các rượu bậc cao như

glycerol,manitol, sorbitol, khả năng oxy hóa acetate thành và , khả năng oxy hóaglucose thành acid gluconic, khả năng sử dụng muối amon làm nguồn nitơ và sử dụngrượu etylic làm nguồn cacbon, tạo sắc tố nâu, tổng hợp cellulose

Trên cơ sở này, Frateur chia vi khuẩn acetid làm 4 nhóm:

• Để ức chế sự phát triển của các loại nấm men Mycoderma (thường phát triển đồng thời với sự phát triển của vi khuẩn Acetobacter), người ta bổ sung vào môi trường phân lập 1-1.5% acid acetic

 Đặc điểm vi khuẩn lên men giấm

• Vi khuẩn axetic là những vi khuẩn hình que, G- hiếu khí mạnh Chúng thuộc họ

Acetobacter, Acetobacter có tiên mao kiểu chu mao.

• Vi khuẩn acetic phát triển tốt trên môi trường nước bia, các môi trường có chứa caonấm men, glucose, rượu etylic hay manitol

• Phát triển tốt trong điều kiện nhiệt độ 25-30°C, pH 5,4-5,8

• Tính chất đặc trưng của vi khuẩn acetic là khả năng oxy hóa rượu etylic thành acidacetic ở pH 4.5

• Trong quá trình phát triển vi khuẩn acetic có nhu cầu đối với một số acid amin nhưvalin, alanin, prolin, isolosine

• Một số chất kích thích sinh trưởng như acid nicotine, acid amin, folic và biotin… cóvai trò quan trọng trong sinh trưởng của vi khuẩn acetic

• Trong điều kiện môi trường đầy đủ và lượng oxi cung cấp liên tục chúng có thể tăngsinh khối sau 12 giờ gấp 17 triệu làn so với sinh khối ban đầu

 Trong thực tế xản xuất giấm, trong 20 loài chỉ có một số loài sau đây có ưu điềm hơncả:

a) Acetobacter acetic:

Hình que nhưng kích thước rất ngắn 0,4-0,8 và 1-1,2 mm, không di động thường xếpthành chuỗi dài.Chúng không tạo được bào tử và các tế bào thường hình thành chuỗi

có kích thước rất dài Chúng tạo thành khuẩn lạc to, sáng trên gelatin với dịch lên menchứa 10% đường saccharose, tạo thành màng dày nhẵn, không được nâng lên theothành bình, Khi nhuộm iod tế bào chuyển thành màu vàng Chúng chịu được nồng độrượu 11%V, trong điều kiện thuận lợi chúng có khả năng tạo 6% acid acetic Nhiệt độthích hợp cho vi khuẩn này là 340C Nếu nhiệt độ cao quá 43°C sẽ gây ra hiện tượng

co tế bào và tạo thành hình quả lê, thường phát triển trên bia

Hình 5:Acetobacter acetic

b) Acetibacter pasteurianum

Có hình thái giống với Acetobacter acetic, khi nhuộm

iod tế bào chuyển thành màu xanh Chúng chịu được

nồng độ cồn thấp hơn Acetobacter acetic Trong điều

kiện thuận lợi chúng có khả năng tạo 5-6% acid acetic

Nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn này là 340C

Acetobacter pasteurianum tạo thành váng khô và nhăn

d) Acetobacter xilinum:

Hình que 2mm, 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(phản ứng của hemicellulose) vì váng có chứa hemicellulose Trong điều kiện thuậnlợi chúng có khả năng tạo 4,5% acid acetic và tạo ra một màng rất dày trên bề mặt môitrường, ngoài ra chúng còn có khả năng oxy hóa tiếp acid acetic thành và

e) Hình 7: Acetobacter xilinum

f) Acetobacter schiitzenbachi:

Hình thái vi khuẩn này giống vi khuẩn trên

nhưng chúng dài hơn Thường được dùng

trong phương pháp lên men chìm Trong điều

kiện thuận lợi chúng có khả năng tạo 11-12%

acid acetic

Hình 8: Vi khuẩn Acetobacter Schiitzenbachii.

Trong điều kiện thuận lợi chúng

có khả năng tạo 10-11% acidacetic Nhiệt độ thích hợp cho vikhuẩn này là 35-370C

Acetobacter curvum sinh acid

acetic với nồng độ cao nhưngtạo thành váng không chắcchắn

Hình 9: Acetobacter curvum

Acetobacter suboxydans tạo thành váng mỏng dễ tan rã.

4. Bản chất sinh hóa của quá trình lên men acid acetic:

Lên men acid acetic (lên men giấm) là quá trình oxy hoá rượu ethanol thành acidacetic nhờ vi khuẩn acetic trong điều kiện hiếu khí

Ethanol  Acetaldehyde  Acetic

Quá trình lên men là quá trình oxy hoá khử sinh học để thu năng lượng và các hợpchất trung gian cho tế bào sinh vật nhưng tế bào sống chỉ sử dụng năng lượng dướidạng hoá năng tàng trữ trong mạch cacbon và được phóng ra do sự chuyển electron từmức năng lượng này sang mức năng lượng khác

Các phản ứng sinh hoá xảy ra trong các quá trình lên men là những phản ứngchuyển hydro Các enzym xúc tác quá trình tách nguyên tử hydro khỏi cơ chất gọi làenzyme dehydrogenaza

Trong quá trình lên men acetic, rượu etylic được oxy hoá thành acid acetic Ở đây

sự chuyển hydro được thực hiện nhờ sự xuất hiện của NADP (Nicotinamit adenindinucleotit photphat dạng oxy hoá) Hydro được NADP nhận (trở thành) được chuyểnqua chuỗi hô hấp để thu năng lượng, song cơ chất không bị phân giải hoàn toàn nênđược gọi là quá trình oxy hoá không hoàn toàn

Hình 6: Biến đổi sinh hóa của quá trình lên men giấm

 Cơ chế phản ứng của quá trình lên men acid acetic:

Lên men acetic là quá trình oxy hoá rượu etylic thành acid acetic nhờ có enzymalcohol oxydaza xúc tác trong điều kiện hiếu khí:

+  + + 117 Kcal

Để chuyển hoá thành acid acetic, rượu và oxy phải thâm nhập vào tế bào vikhuẩn, ở đây nhờ có enzyme của vi khuẩn xúc tác, rượu được chuyển hoá thành acidacetic theo một quá trình sau:

+ ½  (Acetaldehyd) +

+  (Hydrat acetaldehyd)

+ ½  +

Acid acetic tạo thành sẽ thoát ra khỏi tế bào của vi khuẩn và đi vào môi trường.Khi môi trường hết rượu thì vi khuẩn giấm sẽ oxy hoá acid acetic thành CO2 và H2Otheo phương trình sau:

+ 2  2 + 2

Đây chính là sự “quá oxy hoá” rất có hại cho quá trình lên men giấm Vì vậy,trong dịch lên men phải còn dư một lượng rượu khoảng 0,3-0,5% để đảm bảo khôngbao giờ cho oxy hoá hết rượu nhằm tránh hiện tượng “quá oxy hoá”

PHẦN II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM

I Sơ đồ quy trình sản xuất giấm:

II. Thuyết minh quy trình:

Sơ đồ biến đổi nguyên liệu như sau:

Ethanol  Acetaldehyde  Acetic

*Các phương pháp lên men giấm:

Ethanol và oxi là nguyên liệu cho quá trình chuyển hóa sinh học tạo acid acetic

Vì thế, người ta phải tạo điều kiện để vi khuẩn tiếp xúc với cơ chất (ethanol và oxi)càng nhiều càng tốt Để giải quyết vấn đề này, người ta đưa ra 4 phương pháp chính:

2.1 Phương pháp lên men chìm:

Phương pháp này còn gọi là phương pháp bọt khí

Nguyên liệu: 6 – 12% Ethanol + 1 – 3% Acetic lên men trong các acetator trong

24 giờ thu sản phẩm < 20% Acetic

Người ta cho dung dịch lên men vào thiết bị và tiến hành thổi khí rất mạnh Khi

đó trong dung dịch lên men sẽ tạo ra thể huyền phù và dung dịch lên men Hai thể nàyluôn luôn được hòa quyện trộn lẫn với nhau, quá trình oxi hóa xảy ra mãnh liệt

 Ưu điểm

- Thời gian lên men nhanh

- Thiết bị nhỏ hơn, gọn hơn, năng suất cao hơn

- Hiệu suất cao( 90-95%)

- Có khả năng tự động hóa cao - Tổng sản lượng dấm sản xuất theo phương phápđến năm 1981 là767 triệu lít năm (giấm10%), trong đó chủ yếu là nước Mỹ, Nhật Bản,Pháp, Tây Đức và 1 số nước khác Ở Việt Nam đã tiên hành lên men dấm và acidacetic theo phương pháp chậm,đang nghiên cứu các phương pháp lên men nhanh vàchìm

 Nhược điểm

-Thiết bị phức tạp