Tìm hiểu về vi khuẩn Acetic và quá trình lên men Acetic trong thực phẩm

Hiện nay có khoảng 20 loại vi khuẩn có khả năng lên men acetic. Những vi khuẩn này được gọi chung là vi khuẩn acetic. Chúng dễ dàng được tìm thấy trong không khí, đất, nước, dịch đường… Vậy, thực chất những vi khuẩn acetic này là gì? Quá trình lên men actic như thế nào?

Vi khuẩn Acetic là gì?

Vi khuẩn acetic là các trực khuẩn, không sinh bào tử, có hình que, bầu dục, kích thước: 0,8.(1,0-3,0) 𝜇m, có dạng đơn, sợi, chuỗi, một số có dạng xoắn, dạng cầu, que phình ra, hình chuỳ,… các vi khuẩn này có loài chuyển động được nhờ tiêm mao, có loài không chuyển động được. Khi tế bào còn non là vi khuẩn Gram âm, khi già chúng có thể thay đổi Gram.

Chúng hầu hết là Catalase dương tính, không có oxydase, thường tạo sắc tố. Một số chủng tạo váng màu hồng nhờ Parphyrens. Vi khuẩn acetic thuộc nhóm hiếu khí. Tốc độ sinh trưởng của chúng rất nhanh. Trong 12 giờ một tế bào có thể sinh sản thành 17 triệu tế bào. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển chúng tạo thành acid acetic. Acid có nồng độ thấp sẽ kích thích sự phát triển của chúng.

Vi khuẩn acetic có khả năng đồng hóa các nguồn cacbon khác nhau như: Etanol, glucose, fructose, sacharose, maltose, glycerin, lactose,… có khả năng đồng hóa được đạm hữu cơ. Còn nguồn khoáng, vitamin thì đòi hỏi phải có acid pantothenic và các chất khoáng (K, Ca, Fe, S, P,…) mới đồng hóa được.

Các loài vi khuẩn acetic sinh trưởng trong khoảng nhiệt độ từ 5 – 40^oC. Ở nhiệt độ 25 – 40^oC thúc đẩy chúng sinh sản khá nhanh. Chúng có khả năng chịu được ở môi trường acid cao. Một số có thể phát triển ở pH=5,6 – 6,2, pH tối ưu là ở 4,5 – 5,5. Những vi khuẩn acetic có đặc điểm là dễ thay đổi hình dạng tế bào. Trong những điều kiện sinh trưởng không bình thường tế bào có dạng sợi to và dài, phình trương lên hoặc có những hình thù kỳ lạ.

Phân loại vi khuẩn acetic

Hiện nay trên thế giới đã tìm ra trên 20 loài vi khuẩn acetic gọi chung là Acetobacter. Chúng là một loại trực khuẩn khá lớn thuộc loại hiếu khí bắt buộc. Khoảng nhiệt độ cho chúng phát triển là từ 20 – 38^oC.

Vi khuẩn acetic thuộc hai giống Acetobacter (chu mao) và Acetomonas (tiêm mao ở đầu). Nhiều loại khi phát triển lâu trong môi trường dễ dàng sinh ra những dạng có hình thái đặc biệt. Những tế bào có thể phình to hay kéo dài, có thể phân nhánh. Vi khuẩn Acetobacter phân bố rộng trong tự nhiên. Chúng thường có trong thực phẩm, hoa quả, không khí. Nhiều trường hợp có thể phát triển đồng thời với nấm men trên cơ chất thực vật có nhiều đường.

Dưới đây giới thiệu một số loài vi khuẩn acetic có nhiều ý nghĩa thực tế:

Acetobacter acetic: Hình que ngắn, không sinh bào tử, thường kết với nhau thành chuỗi dài. Tế bào chất được nhuộm bằng iot cho màu vàng. Giống này có thể phát triển ở nồng độ rượu 11% và tích tụ trong môi trường tới 6% acid acetic. Nhiệt độ tối thiểu cho sinh trưởng là 34^oC.

Acetobacter pteurianum: Hình que ngắn, tế bào chết nhuộm iot cho màu xanh.

Acetobacter orleameuse: Hình que nhỏ, hai đầu hơi nhọn, phát triển thành màng mỏng nhưng vững chắc trên bề mặt dịch nuôi cấy. Tế bào chết nhuộm iot cho màu vàng. Loại vi khuẩn này có thể phát triển ở dung dịch 10 – 12% rượu và tạo thành được 9,5% acid acetic.

Acetobacter xylium: Có khả năng tạo thành màng mạnh và đôi khi màng khá dày. Màng nhuộm bằng iot và acid sunphuric cho màu xanh. Loại này tích tụ được 4,5% acid acetic. Đôi khi chúng được dùng với nấm men để sản xuất đồ uống có nồng độ rượu thấp.

Acetobacter schilitzenbachii: Hình que tương đối dài kết hợp thành chuỗi, không sinh bào tử, không chuyển động, gram âm. Các tế bào già tạo thành màng chặt nhưng không chắc. Vì vậy giống này có thể dùng để sản xuất dấm theo phương pháp chìm và có thể tạo thành 11,5 – 12% acid acetic trong dịch nuôi cấy.

Acetobacter curvum: Trong thực tế lên men acetic, người ta thường giữ ở nhiệt độ 32 – 34^oC đối với vi khuẩn Acetic Curvum.

Acetobacter suboxydans: Vi khuẩn này được dùng nhiều trong công nghiệp vitamin để sản xuất acid ascorbic (vitamin C). Trong lên men, nhờ các chủng vi khuẩn suboxydans, acid acetic được tích tụ và giữ lại trong môi trường không bị oxy hóa tiếp. Các loài có khả  năng oxy hóa cao tiếp tục chuyển acid acetic được xếp vào nhóm peroxydans, như Acetobacter suboxydans, Acetobacter pasteurianum.

Quá trình lên men Acetic trong thực phẩm

Lên men acetic là quá trình oxy hóa ethanol thành acid acetic, trong điều kiện hiếu khí, với tác nhân gây chuyển hóa là vi khuẩn acetic.

Phương trình tổng quát chuyển hóa ethanol thành acid acetic:

C₂H₅OH + 3O₂ = 2CH₃COOH + 4H₂O + 2CO₂

Thực chất của quá trình oxy hóa ethanol thành acid acetic là các phản ứng liên tiếp nhau được xảy ra trong điều kiện hiếu khí. Ethanol và oxy không khí phải được tế bào vi khuẩn hấp thụ vào bên trong và sau đó acid acetic được hình thành sẽ thoát ra ngoài. Trong tế bào vi khuẩn, đầu tiên ethanol bị oxy hóa thành acetaldehyde, chất này chuyển thành hydratacetaldehyde, sau đó hydratacetaldehyde bị oxy hóa thành acid acetic.

Điều kiện thích hợp cho sự lên men acetic là môi trường pH = 3, nhiệt độ 28 – 30^oC nồng độ ethanol khoảng 6 – 12% (trong môi trường dinh dưỡng có glucose). Tùy từng loại vi khuẩn, khi nồng độ ethanol trong môi trường không đủ thì sẽ xảy ra sự tổn thất acid acetic do phản ứng oxy hóa acid acetic bởi vi khuẩn:

CH₃COOH + O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

Tác nhân vi sinh vật chủ yếu trong quá trình lên men acetic là vi khuẩn acetic, được xếp vào giống Acetobacter. Chúng là những trực khuẩn tương đối lớn, không chuyển động không có bào tử, hô hấp hiếu khí bắt buộc, nhiệt độ thích hợp là 30 – 35^oC.

Vi khuẩn acetic và quá trình oxy hóa ethanol thành acid acetic. Chúng được ứng dụng rộng rãi để sản xuất dấm ăn, nước giải khát, bánh mì đen, vitamin C,… Tuy nhiên, vi khuẩn acetic có thể nhiễm vào nhiều công đoạn trong chế biến thực phẩm. Chúng gây hư hại nhiều cho nguyên liệu và thành phẩm. Đặc biệt là trong công nghiệp sản xuất rượu, bia, bánh mì, đồ hộp,…

Linh Như