BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ACID ACETIC
THEO PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN NHANH BẰNG
NGUỒN NGUYÊN LIỆU TỰ NHIÊN
Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:
TS.TRỊNH VĂN DŨNG MAI THANH THẬT
MSSV: 01126146
Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 8/2005
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC Độc Lập - Tự do - Hạnh Phúc
…oOo… …oOo…
NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: MAI THANH THẬT Phái: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 09 – 04 – 1981 Nơi sinh: Tiền Giang
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học MSSV: 01126146
I - TÊN ĐÊ TÀI: “Nghiên cứu sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh
bằng nguồn nguyên liệu tự nhiên”
II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Đối chứng để thấy được tính hiệu quả của phương pháp nhanh so với
phương pháp chậm.
- Thử nghiệm sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh bằng dung dịch
đường, nước dừa; qua đó khẳng định tính hiệu quả của nguồn nguyên liệu tự
nhiên, rẻ tiền thay thế.
- Khảo sát khả năng thay thế của thân tre dùng làm chất mang trong lên
men acid acetic theo phương pháp nhanh.

hiện từ ngày 1/3/2005 đến 1/8/2005 dưới sự hướng dẫn của TS. Trịnh Văn
Dũng, giảng viên khoa Công Nghệ Hóa Học, Trường Đại Học Bách Khoa
Tp.Hồ Chí Minh.
Các thí nghiệm:
Lên men chậm môi trường đã thay đổi hàm lượng nước dừa và hàm
lượng đường.
Tiến hành lên men nhanh các môi trường mà hàm lượng nước dừa và
hàm lượng đường đã thay đổi.
Lên men đối chứng giữa lên men nhanh và lên men chậm trên cùng một
môi trường.
Khảo sát định tính khả năng thay thế của thân tre dùng làm chất mang
trong lên men acid acetic theo phương pháp nhanh.
Kết quả:
Chọn được phương pháp lên men nhanh và bằng thực nghiệm đã khẳng
định phương pháp này là thích hợp hơn phương pháp chậm để nghiên cứu và
triển khai công nghệ sản xuất acid acetic.
Chứng minh được vật liệu trong nước (thân cây tre) hoàn toàn có thể
thay thế được vật liệu truyền thống nước ngoài (gỗ sồi) để làm chất mang vi
khuẩn acid acetic.
Tìm được thành phần môi trường nước dừa và nước đường có hiệu quả
tốt trong quá trình lên men nhanh.
Sản phẩm giấm đạt nồng độ gần 5% acid chỉ sau khoảng 50h lên men với
hệ thống lên men nhanh hồi lưu qua giá thể.
iii
Mục lục
trang
Lời cảm ơn ................................................................................................................. iii
Tóm tắt . . …………………………………………………………………………iv
Mục lục …………………………………………………………………………....v
Danh sách các hình ................................................................................................... ix

cho cơ thể.
Ở Việt Nam, acid acetic có thể được chế biến từ nhiều nguồn nguyên
liệu khác nhau như: mật rỉ, nước hoa quả chín, tinh bột, cồn và các loại chứa
cellulose như gỗ,…. Nước ta là nước nông nghiệp có khí hậu nhiệt đới nên các
nguyên liệu này rất dồi dào, đặc biệt là rỉ đường, nước dừa, quả điều và dứa. Ở
nước ta acid acetic dùng để làm thực phẩm trong gia đình chủ yếu được sản
xuất bằng phương pháp lên men truyền thống.
Nhưng hiện nay, tại các chợ và các quầy hàng người ta thường bán giấm
hóa học với tên gọi “giấm ăn”. Vấn đề ở đây là giá thành 1lít giấm nuôi đắt
gấp 10 lần so với giá thành 1lít giấm hóa học. Lý do là sản xuất giấm ăn theo
phương pháp lên men phải tốn thời gian dài, độ chua không cao nên ít người
sản xuất nó. Người tiêu dùng đành phải mua giấm tổng hợp để dùng.
2
Còn trong ngành công nghiệp chế biến mủ cao su, lượng acid acetic dùng
trong chống đông mủ cao su (sử dụng dung dich acid acetic 2,5% với lượng là
3,5-10 kg/tấn dung dịch mủ cao su) chủ yếu nhập khẩu từ Trung Quốc.
Ở nước ta hiện nay, diện tích trồng cao su khoảng 400000 ha, mỗi năm
thu hoạch gần 800000 tấn/năm. Từ đó cho thấy rằng lượng acid acetic dùng
trong ngành công nghiệp chế biến mủ cao su này rất lớn. Mặc khác, diện tích
trồng cao su ngày một tăng, ước tính đến 2010 diện tích trồng cao su trên cả
nước khoảng 700000 ha.
Do đó, việc nghiên cứu để tìm ra phương pháp sản xuất, nguồn nguyên
liệu để sản xuất cho năng suất, hiệu quả kinh tế cao là rất có ý nghĩa thực tế ở
nước ta hiện nay và trong tương lai.
I.2 Mục Đích Yêu Cầu
- Đối chứng để thấy được tính hiệu quả của phương pháp nhanh so với
phương pháp chậm.
- Thử nghiệm sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh bằng dung dịch
đường, nước dừa; qua đó khẳng định tính hiệu quả của nguồn nguyên liệu tự
nhiên thay thế.

2
,
(CH
3
COOH)
3
, sự tồn tại các phân tử kép như trên là do các liên kết hidro giữa
các phân tử với nhau.
Acid acetic tan trong nước và các dung môi thường (rượu, aeton,
cloruafooc …) với bất kỳ tỉ lệ nào. Ngoài ra nó cũng chính là dung môi tốt cho
nhiều hợp chất hữu cơ (nhựa, tinh dầu, …). Đặc biệt acid acetic hòa tan tốt
ngay cả xelluloz và các hợp chất của nó.
Acid acetic có tác dụng phân hủy da, gây bỏng, ăn mòn nhiều kim loại và
hợp kim, hòa tan tốt nhiều chất vô cơ.
1.1.2 Ứng dụng của acid acetic
Acid acetic là một loại acid hữu cơ được ứng dụng rộng rãi trong đời
sống và trong sản xuất công nghiệp. Những ứng dụng quan trọng của acid
acetic bao gồm:
1.1.2.1 Ứng dụng trong chế biến mủ cao su
Trong ngành công nghiệp sản xuất mủ cao su, người ta rất sợ hiện tượng
đông đặc của mủ trước khi về đến nhà máy chế biến. Để chống đông mủ cao
su, người ta cho thêm vào mủ nước những chất chống đông. Thường người ta
dùng dung dịch NH
3
3%. Thời điểm cho dung dịch NH
3
vào mủ là lúc trút mủ
vào xô, thùng,….
4
Khi đông tụ mủ, người ta pha loãng và khuấy trộn đều, sau đó cho thêm vào

- Phương pháp kết hợp
1.2.1 Phương pháp hóa gỗ
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp khai thác và chế biến gỗ,
loài người đã biết cách sản xuất ra acid acetic từ dạng nguyên liệu này.
Bằng cách chưng cất gỗ đã lên men (giấm gỗ, bột gỗ, tách acid acetic
trực tiếp từ nước ngưng khi chưng gỗ). Người ta thu được nhiều chất khác
nhau, trong đó có acid acetic có hàm lượng rất lớn. Hiện nay phương pháp này
không còn được sử dụng.
1.2.2 Phương pháp hóa học
Từ C
2
H
2
hay C
2
H
5
OH, C
2
H
4
tiến hành tổng hợp có xúc tác sẽ thu được
axetandehyd, oxy hóa axetandehyd nhờ có xúc tác ở nhiệt độ và áp suất cao sẽ
thu được acid acetic.
Giai đoạn oxy hóa axetandehyd thành acid, dùng xúc tác magan, rồi sau đó
chưng cất phân đoạn ở nhiệt độ: 50 – 80
0
C để thu được acid có hiệu suất cao.
Phương pháp này có giá trị thực tế khá cao, nhưng do tạo nhiều sản
phẩm phụ nên làm giảm hiệu suất phản ứng.

thuận lợi để vi khuẩn acetic chuyển cồn thành acid acetic.
Sản xuất acid acetic theo phương pháp sinh hóa thực chất là quá trình
oxy hóa rượu etylic thành acid acetic nhờ một số vi khuẩn acetic khi có mặt
của oxy. Từ trước đến nay đã xuất hiện 4 phương pháp:
 Phương pháp chậm
 Phương pháp nhanh
 Phương pháp chìm
 Phương pháp hỗn hợp
7
1.2.4 Phương pháp hỗn hợp
Phương pháp này ra đời cùng với sự phát triển của công nghiệp hóa dầu
và hóa gỗ nhằm tận dụng những phế liệu của nó, nâng cao hiệu quả kinh tế của
các ngành này. Một vài quá trình của phương pháp này như sau:
- Trước tiên người ta tiến hành oxy hóa các hydro cacbon thấp như
propan, butan sẽ tạo thành acetandehyd, formandehyd, aceton và các sản phẩm
khác. Acetandehyd được oxy hóa có xúc tác thành acid acetic.
- Sau đó người ta trung hòa khối thủy phân này và tiến hành lên
men để thu nhận được dung dịch chứa acid axetic.
Phương pháp hỗn hợp được sử dụng nhiều hơn cả phương pháp thủy
phân tinh bột gỗ bằng acid (phương pháp hóa học).
1.2.5 Phân tích lựa chọn phương pháp sản xuất acid acetic:
Trong bốn phương pháp sản xuất acid acetic đã nêu trên, hiện nay trên
thế giới chiếm ưu thế nhất là phương pháp tổng hợp hóa học, nhất là ở những
nước phát triển vì phương pháp này có hiệu quả kinh tế cao do thiết bị tương
đối gọn nhẹ, năng suất cao, acid thu được có nồng độ cao và ít tạp chất.
Phương pháp hóa gỗ vẫn còn được sử dụng ở những nước có nhiều gỗ
nhưng sản lượng chỉ nhỏ hơn 10% tổng sản lượng acid acetic sản xuất hàng
năm trên thế giới.
Phương pháp hỗn hợp vẫn ở giai đoạn thăm dò chưa có quy trình nào
được sử dụng rộng rãi vì hiệu quả kinh tế không cao, hệ thống phức tạp, không

và phát triển của mình thì vi sinh vật cần phải có năng lượng.
Quá trình lên men là quá trình oxy hóa khử sinh học để thu năng lượng
và các hợp chất trung gian cho tế bào sinh vật. Nhưng tế bào sống chỉ sử dụng
năng lượng dưới dạng hóa năng tàng trữ trong mạch cạcbon và được phóng ra
do sự chuyển electron từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác.
Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong các quá trình lên men là những phản
ứng chuyển hydro. Nhưng sự chuyển hydro cũng tương đương với sự chuyển
electron, vì lẽ nguyên tử hydro có thể tách thành proton H
+
và electron. Các
9
enzyme xúc tác quá trình tách nguyên tử hydro khỏi cơ chất gọi là enzyme
dehydrogenaza.
Trong quá trình lên men giấm, rượu etylic được oxy hóa thành acid
acetic. Ở đây sự chuyển hydro được thực hiện nhờ sự xuất hiện của NADP
(Nicotinamit ađenin dinucleotit photphat dạng oxy hóa). Hydro được NADP
nhận (trở thành NADPH
2
) được chuyển qua chuỗi hô hấp để thu năng lượng.
Song cơ chất không bị phân giải hoàn toàn nên được gọi là quá trình oxy hóa
không hoàn toàn.
1.3.2 Cơ chế phản ứng của quá trình lên men acid acetic
Lên men giấm là quá trình oxy hoá rượu etylic thành acid acetic
nhờ có enzyme alcohol oxydaza xúc tác trong điều kiện hiếu khí:
CH
3
CH
2
OH + O
2

2
+ 1/2O
2
= CH
3
COOH + H
2
O
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 CO
2
và H
2
O theo phương trình sau:
CH
3
COOH + 2O
2
= 2CO
2
+ 2H
2
O
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 không bao giờ cho oxy hoá hết rượu nhầm tránh hiện tượng “quá oxy hóa”.
10
1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men acid acetic
1.3.3.1 Ảnh hưởng của oxy (sự thoáng khí)

và dịch lên men lớn hơn sẽ là phương pháp có hiệu quả và năng suất cao hơn.
1.3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự phát triển của vi
sinh vật và hiệu quả lên men. Vì vậy, trong thực tế sản xuất, người ta sử dụng
yếu tố này để điều chỉnh vận tốc phản ứng. Nhiệt độ thích hợp để vi khuẩn
giấm sinh trưởng và phát triển đối với mỗi loài vi khuẩn khác nhau.
- Đối với vi khuẩn Acetobacter Aceti phát triển tốt trong khoảng
25-30
0
C.
11
- Đối với vi khuẩn Acetobacter Schuitzenbachi phát triển tốt ở
nhiệt độ lớn nhất 29
0
C.
- Đối với vi khuẩn Acetobacter Kutzingianum lại phát triển tốt
trong khoảng 35-37
0
C.
Nhìn chung khoảng nhiệt độ để các vi khuẩn giấm tồn tại và phát triển
tốt khá rộng từ 15-34
0
C. Tuy nhiên cần lưu ý nếu nhiệt độ quá thấp thì tốc độ
quá trình lên men sẽ chậm. Ngược lại, khi nhiệt độ quá cao sẽ làm tổn thất do
bay hơi rượu, acid acetic. Do đó nhiệt độ thích hợp cho quá trình sản xuất giấm
là 30-34
0
C.
1.3.3.3 Nồng độ acid acetic và nồng độ rượu
a. Nồng độ acid acetic:

cực nhỏ cũng có hiệu quả rõ rệt. Thông thường các nguyên tố vi lượng đã có
mặt trong những nguyên liệu tự nhiên ban đầu khi đưa vào lên men như dịch
trái cây, nước chiết malt, nấm men, dịch thủy phân.
Sau đây là một số môi trường để sản xuất giấm, với thành phần các chất
dinh dưỡng được xem là có lợi nhất:
 Môi trường dinh dưỡng cho một lít rượu khan như sau:
Glucoza 0,7g
Diphotphat amon 1,25g
Diphotphat Kali 0,5g
Sunphat magic 0,2g
 Môi trường dinh dưỡng cho một hectolit rượu khan (100l):
Glucoza kỹ thuật hay đường tinh bột 500g
Sunpho photphat 25g
Sunphat amon 25g
Cacbonat Kali 0,9g
13
Trong đó:
 Photphat có vai trò quan trọng trong chuyển hóa năng lượng của
hệ thống sinh học. Vì thế photphat cần thiết trong thành phần dung dịch
lên men, nó được đưa vào môi trường ở dạng muối vô cơ như photphat
Kali hay photphat amon. Nồng độ photphat thường nằm trong khoảng
0,1-0,5%.
 Nitơ là cấu tạo quan trọng trong thành phần protein và acid
nucleic là thành phần rất cần thiết cho sự sống của vi sinh vật. Nitơ
được đưa vào môi trường dưới dạng muối vô cơ như nitrat, muối amon,
urê,….
 Glucoze đóng vai trò như nguồn cung cấp glucid để cung cấp năng
lượng bổ sung cho cơ thể vi sinh vật. Ngoài ra, còn là nguồn cung cấp
vật liệu xây dựng sinh tổng hợp các cấu tử cần thiết của tế bào.
Theo Enber và Hromatka (1949 – 1953) acid acetic được tạo thành bởi

Trong hệ thống sản xuất giấm bằng phương pháp sinh học có thể dùng
các kim loại đó để chế tạo thiết bị ở những khâu khác như: thùng bảo quản,
thiết bị chưng cất,… nhưng các khâu nối với bộ phận lên men thì không được
dùng.
Vật liệu chế tạo thiết bị để sản xuất giấm bằng phương pháp sinh hóa tốt
nhất là thép hợp kim, nhôm, gỗ (những loại gỗ chứa ít tinh dầu tanin,lignin, …
và các chất độc hại cho vi khuẩn giấm) và ngày nay thì ngành nhựa phát triển
nên có thể sử dụng để chế tạo thiết bị lên men.
1.4 Các phương pháp sản xuất acid acetic bằng phương pháp lên men
Yếu tố quan trọng nhất quyết định năng suất và hiệu suất của một
phương pháp sản xuất giấm đó chính là bề mặt tiếp xúc giữa oxy của không khí
và hợp chất. Từ đó con người không ngừng cải tiến, hoàn thiện các phương
pháp cũ, tìm ra các phương pháp mới để sản xuất giấm có hiệu quả và kinh tế
hơn. Đến thời điểm hiện tại, đã có 4 phương pháp sản xuất acid bằng cách lên
men:
15
- Phương pháp chậm
- Phương pháp nhanh
- Phương pháp chìm
- Phương pháp hỗn hợp
1.4.1 Phương pháp chậm (phương pháp Pháp)
Đây là phương pháp thủ công đã có từ lâu đời, quá trình lên men giấm
diễn ra ở bề mặt tiếp xúc pha giữa khối dịch lên men và không khí (bề mặt
thoáng) trong thùng lên men đặt nằm ngang. Rượu vang được acid hóa bằng
acid acetic, dịch sản xuất phải đảm bảo 2% acid acetic và 4% rượu hay 3% acid
acetic và 3% rượu.
Người ta đóng các thùng lên men bằng gỗ có dung tích khoảng 250 l –
300 l bằng gỗ sồi hình tang trống (giống các thùng sản xuất bia và rượu vang).
Nguyên liệu dùng để sản xuất acid acetic là nước nho. Giống vi khuẩn
được sử dụng cho quá trình sản xuất là Acetobacter orleaneuse. (theo Nguyễn

 Có dường kính đáy thùng d = 1,2 -3m.
 Tỷ lệ đường kính đáy so với chiều cao khoảng ½ là thích hợp nhất.
Trong thùng được chất đầy phôi bào hay lõi ngô (bắp). Phôi bào hay lõi
ngô 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. Ngoài ra, ở đáy thiết bị
người ta lắp một hệ thống phân phối không khí đưa từ dưới lên. Môi trường lên
men được đưa từ trên xuống. Toàn bộ thiết bị được thiết kế như hình 1.2.
17

Hình 1.2 Thiết bị lên men acid acetic bằng phương pháp nhanh
Ở phương pháp này, người ta tưới dịch lên men từ trên xuống qua hệ
thống phân phối lỏng như một vòi hoa sen trong buồng tắm. Môi trường sẽ
được phân phối đều và chảy chậm qua thùng lên men (gọi là generator) bên
trong có đổ đầy vật liệu bám có màng vi khuẩn ở trên bề mặt, cồn sẽ thẩm thấu
vào tế bào vi khuẩn. Cùng lúc đó, không khí đi ngược chiều từ dưới lên trên và
oxyl thẩm thấu vào trong tế bào vi khuẩn, dịch lên men được chuyển hóa nhanh
nhờ vi khuẩn.
Nếu generator đủ cao, điều kiện vận hành được khống chế tốt thì chỉ cần
cho dịch lên men qua tháp một lần là có thể thu được giấm đặc ở đáy.
Tuy nhiên, vì thổi khí từ dưới lên nên xảy ra quá trình làm mất rượu
etylic và acid acetic trong quá trình lên men.
Ưu điểm của phương pháp:
- Thời gian lên men ngắn
- Thiết bị tương đối đơn giản, năng suất cao, ổn định
- Giấm thu được có nồng độ cao (có thể đến 10 – 11%)
Nhược điểm của phương pháp:
- Hiệu suất không cao do mất mát rượu và axit
18
- Dùng vật liệu bám phải phù hợp
1.4.3 Phương pháp chìm (phương pháp sục khí):