Окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями
Этот процесс был известен человеку в глубокой древности - в оставленном на воздухе вине или пиве через некоторое время появлялась легкая муть, а на поверхности - более или менее плотная пленка. При этом вино или пиво закисает и превращается в уксус.
Окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями протекает в две стадии. Сначала образуется уксусный альдегид, который далее окисляется в уксусную кислоту.
В суммарном виде уравнение выглядит так:
C2H5OH + О2 ---> СНзСООН + Н2О + 487 кДж
Этиловый Уксусная
спирт кислота
Уксуснокислые бактерии (рис.5) - строгие аэробы. Они окисляют не только одноатомный этиловый спирт, но и многоатомные. Так, шестиатомный спирт сорбит они окисляют в углевод сорбозу, которая является сырьем для химического синтеза аскорбиновой кислоты.
Некоторые уксуснокислые бактерии окисляют трехатомный спирт глицерин в диоксиацетон, который необходим для химической промышленности; могут окислять и глюкозу в глюконовую кислоту. Она широко применяется в фармацевтической промышленности и медицине, а также в детском питании.
Процессы окисления этих соединений служат для уксуснокислых бакте-рий единственным источником получения энергии.
Некоторые уксуснокислые бактерии могут вызывать процесс так называемого «переокисления», («сверхокисления»), то есть дальнейшего окисления образовавшейся из спирта уксусной кислоты до СО2 до Н2О (ее полное окисление). Этот процесс представляет большую опасность в производстве уксуса.
Уксуснокислые бактерии (рис.34) в основном короткие подвижные палочки, встречаются поодиночке, парами или цепочками, эндоспор не образуют,
Рис.34. Уксуснокислые бактерии (а); пленка уксуснокислых бактерий (б)
грамотрицательные. Они отнесены к двум родам: Gluconobacter - палочки с полярным жгутиком, окисляют глюкозу в глюконовую кислоту, способность к окислению этилового спирта в уксусную кислоту - средняя, к дальнейшему окислению уксусной кислоты неспособны, и Acetobacter - палочки со жгутиками по всей поверхности клетки, неспособные к окислению глюкозы, энергично окисляют этиловый спирт до уксусной кислоты, способны к дальнейшему окислению ее до СО2 и Н2О.
Уксуснокислые бактерии различаются размерами клеток, многие образуют пленки на поверхности среды - хрупкие тонкие или толстые хрящевидные. Пленки образуются в связи с ослизнением клеточной стенки у бактерий. В неблагоприятных условиях бактерии приобретают необычную форму - появляются раздутые, уродливые клетки, толстые длинные нити и т.п.
Уксуснокислые бактерии различаются по своей устойчивости к спирту, способности накапливать различное количество уксусной кислоты (от 4,5 % до 9-11%). Оптимальная температура для развития - около 30 0С. Они кислотоустойчивы, могут развиваться при рН около 3,0, оптимальные значения рН 5,4-6,3.
Уксуснокислые бактерии широко распространены в природе, обитают на цветах, на зрелых фруктах, ягодах, овощах, обнаруживаются в садовой почве; в прокисших фруктовых соках, пиве, вине, квашеных овощах.
Практическое использование уксуснокислых бактерий. Они используются для промышленного получения спиртового натурального уксуса. Его получают стружечно-циркуляционным периодическим, стружечно-непрерывно-циркуляционным и глубинным непрерывным методами. Принцип методов заключается в создании возможно большей поверхности для окисления спирта. Производственной культурой является Acetobacter aceti.
Производство уксуса стружечно-циркуляционным периодическим методом осуществляется в специальном аппарате - окислителе. В стенках окислителя имеются отверстия для засасывания (или вдувания) воздуха. Чем лучше аэрация, тем активнее протекает процесс окисления. По мере протекания субстрата по стружкам уксуснокислые бактерии, густо заселяющие стружки, окисляют спирт в уксусную кислоту. Процесс длится 4-5 суток, за это время спирт практически полностью окисляется и накапливается уксусная кислота (9-10%). Готовый уксус сливается и цикл начинается сначала.
Последние годы осуществляется переход от периодического к непрерывным способам.
Производство уксуса непрерывно-стужечно-циркуляционным методом осуществляется в двух окислителях. Основная часть питательной среды подается на головной окислитель, небольшая часть - на хвостовой. Из головного окислителя культуральная жидкость самотеком перетекает в хвостовой, из хвостового непрерывным потоком в сборник «сырого» уксуса, а затем следует его фильтрация (осветление).
Наиболее, прогрессивным является производство уксуса глубинным непрерывным методом. Оно осуществляется в батарее герметически закрытых аппаратов - ферментеров. Первый из них заполняется питательной средой и засеивается культурой уксуснокислых бактерий. Содержимое ферментера перемешивается мешалкой, а через барбатер непрерывно подается воздух для аэрации. Под давлением воздуха культуральная жидкость перетекает из одного ферментера в другой и спирт постепенно окисляется в уксусную кислоту.
Готовый уксус как правило содержит не менее 9% уксусной кислоты.
Кроме спиртового натурального уксуса производят винный уксус и плодово - ягодный.
Во многих отраслях пищевой промышленности уксуснокислые бактерии являются вредителями - в спиртовом, пивоваренном, дрожжевом, консервном производствах, в виноделии, в производстве безалкогольных напитков и др.
Дата добавления: 2016-01-18; просмотров: 3234;