В спирте могут содержаться сивушные масла, при повышенном содержании которых производственный процесс нарушается, т.к. высшие спирты угнетают развитие уксуснокислых бактерий. Отсюда, можно сделать вывод, что предварительно спирт придется очистить от сивушных масел [4, 6].

1.3 Подготовка питательной среды

Когда готовят уксус из продуктов пищевой промышленности (вина, сыворотки, сусла, сидра), то необходимости в питательных добавках нет. Но если в качестве сырья используют технический спирт, картофельный или зерновой крахмал, то приходится вносить фосфат аммония, сульфат магния, кальция - цитрат и кальция - пантотенат, сусло. Так же питательная среда должна содержать уксусную кислоту, которая служит источником углерода и энергии для бактерий. Поэтому в процессе роста культуры всегда происходит потребление уксусной кислоты и частичное ее окисление в ЦТК. Количество потребляемой уксусной кислоты зависит от скорости роста бактерий. При погружнном культивировании концентрации питательных веществ должны быть в 5 раз выше, чем при поверхностном культивировании, поскольку в первом случае вырастает гораздо больше биомассы. Установлено, что применение питательной среды с оптимальным пулом аминокислот при культивировании Acetobacter aceti приводит к увеличению продуктивности технологического процесса, увеличению выхода уксусной кислоты, а также к снижению расхода этилового спирта [2, 7].

1.4 Получение посевного материала

Посевной материал получают в лаборатории, выращивая уксуснокислые бактерии на жидкой питательной среде в колбах на качалках. А затем в лабораторном ферментаторе вместимостью 30 л.

При выращивании уксуснокислых бактерий в лаборатории используют агаризованную среду Лайценской, содержащую (NH4)3PO4 * 3H2O,MgHPO4 * 3H2O,KH2PO4. Ацетобактеры сами синтезируют все необходимые витамины и поэтому растут в питательных средах без их добавления.

Acetobacter aceti очень вериабельны, они могут даже потерять свойство образовывать уксусную кислоту. Кроме того, бактерии должны выдерживать высокую концентрацию уксусной кислоты, не быть требовательными к высоким концентрациям питательных веществ и не осуществлять переокисление уксуса. Все эти свойства у продуцента изменчивы. Чтобы избежать не нужных мутаций, инокулят поддерживается в среде с высокой общей концентрацией спирта и уксусной кислоты и низкой концентрацией питательных веществ [2, 4, 6].

1.5 Химия получения уксусной кислоты

В качестве исходного продукта для производства уксусной кислоты используется этиловый спирт (этанол), который получается обычно сбраживанием углеводов дрожжами, например Saccharomyces cerevisiae:

С6Н12О6 > 2С2Н5ОН + 2СО2

глюкоза этанол углекислый газ

Процесс ацетификации представляет собой окисление практически всего этилового спирта с образованием уксусной кислоты в полностью аэробной системе в присутствии штаммов Acetobacter aceti. Теоретически 1 г глюкозы должен давать 0,51 г этилового спирта, при окислении которого образуется 0,67 г уксусной кислоты, но практически конечный выход составляет примерно 0,5 г вследствие потерь легко испаряющихся веществ и частичного окисления уксусной кислоты с образованием СО2. Стадии реакции схематически могут быть представлены следующим образом:

С2Н5ОН + О > СН3СНО + Н2О

2СН3СНО > С2Н5ОН + СН3СООН

СН3СНО + О > СН3СООН + Н2О

Последняя стадия осуществляется алкоголь- и альдегиддегидрогеназной системой с использованием трифосфопиридина в качестве кофермента.

Алкогольдегидрогеназа Acetobacter aceti содержит недавно открытую простетическую группу метоксантин, или пирролохинолинхинон. Этот фермент находится на внешней стороне плазматической мембраны и катализирует окисление этанола в уксусную кислоту. Метоксантин частично попадает в питательную среду и в пищевой уксус, придавая ему слегка желтоватую окраску.[7]

Наряду с уксусной кислотой образуются в небольших количествах такие конечные продукты, как альдегиды, эфиры и ацетоин, имеющие значение как вкусовые вещества.

Прежде уксус изготовляли преимущественно из малоценного вина и пива. Для получения специальных сортов уксуса и сегодня применяют специальное сырье, по которому и называют конечный продукт, например винный уксус (во Франции и

Италии), солодовый уксус (в Англии), изюмный и медовый уксус.

1.6 Технология изготовления уксуса

После того как были рассмотрены стадии подготовки сырья и питательной среды, а также получения посевного материала можно непосредственно перейти к способам изготовления уксусной кислоты.

1.6.1 Орлеанский способ

Уксуснокислые бактерии в естественных условиях и при доступе воздуха образуют на различных содержащих спирт растительных соках пленку и окисляют этиловый спирт до уксусной кислоты. В вине, пиве и сброженном плодовом заторе образование уксусной кислоты в присутствии молекулярного кислорода обычно протекает самопроизвольно и часто ведет к нежелательным изменениям. При старом орлеанском способе горизонтально расположенные деревянные бочки особой формы, расположенные в утепленном помещении в несколько рядов одна над другой, объемом 200--500 мл, в начале процесса заливают 10 - 12 л. Готового нефильтрованного уксуса. Эта порция - своего рода закваска, ведь в нефильтрованном уксусе содержится достаточно большое количество бактерий. К уксусу приливают примерно 10 л. профильтрованного вина. Через восемь дней, если процесс идет нормально, доливают еще 10 л., и так до тех пор, пока бочка не заполниться до половины объема. После этого около 40 л. готового продукта сливают, а к оставшемуся добавляют фильтрованное вино, и цикл повторяется.[7] При этом нужно было следить, чтобы бактериальная пленка не осела на дно, а температура составляла около 20°С. Для лучшего доступа воздуха бочки снабжались отверстием на уровне 5--10 см от поверхности плавающей пленки из уксуснокислых бактерий. а бочки заливались свежим вином.

Полученный уксус выдерживался для созревания в течение многих месяцев. Он отличался особенно приятным ароматом. По орлеанскому способу работали в уксусном производстве в течение многих столетий. Сейчас этот способ имеет лишь историческое значение, однако он применяется до сих пор в некоторых винодельческих районах Франции и несмотря на неэффективность продукт обладает очень высоким качеством [2, 5, 7].

При запуске в производство окислительного чана для производства уксуса можно осуществлять засев чистой культурой А. aceti. Способ Шуценбаха является непрерывным.

Основным аппаратом, в котором получают уксусную кислоту по методу Шуценбаха, является деревянный чан конической формы. На расстоянии 200 - 300 мм от основного днища в нем устанавливают горизонтальную перфорированную перегородку. Верхняя часть аппарата на 2/3 заполняется стружками, которые орошаются питательной для бактерий средой, содержащей некоторое количество уксусной кислоты (чаще всего это 6%-ный раствор), этиловый спирт (3 - 4%) и небольшое количество аммонийных и фосфатных солей. По мере протекания раствора бактерии, закрепившиеся, или иммобилизованные на стружках, окисляют спирт в уксусную кислоту. В нижней части аппарата скапливаются готовая продукция - 9%-ный уксус. В процессе окисления выделяется тепло, которое повышает температуру внутри аппарата до 30 - 35 єС. В результате разницы температур создается естественная и довольно интенсивная конвекция. Воздух поступает в патрубки под ложным днищем, проходит через аппарат и выходит в верхней его части. Так сама собой осуществляется аэрация, необходимая для работающих бактерий.

В аппарат Шуценбаха загружается 1 - 1,5 м3 стружек. На одном предприятии работают десятки таких аппаратов. Производительность аппаратуры при работе по данному способу низка и составляет не более 1,5 кг уксусной кислоты на 1 м3 стружек в сутки (в пересчете на 100%-ную уксусную кислоту). При этом выход уксуса (от теоретически возможного при использовании исходного количества этилового спирта) не превышает 75%. Процесс ведется непрерывно, десятилетиями, без смены бактерий и стружки. Высокая кислотность заливаемого в аппарат раствора необходима для того, чтобы другие бактерии не могли «заселить» аппарат и испортить, таким образом, продукт. Это дает возможность вести производство уксуса без соблюдения стерильности. Единственный спутник уксусных бактерий в этом процессе - мелкие нематоды - угрицы. Они питаются бактериями и тоже легко переносят высокие концентрации уксусной кислоты. Уксус очищают от них фильтрованием после пастеризации, в результате которой они погибают и выпадают в осадок. [5, 7]

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7