Вопрос 33. Аэробные процессы: уксуснокислое и лимоннокислое брожение. Возбудители, условия, производство уксуса и лимонной кислоты

Уксуснокислое брожение. Уксусная кислота образуется уксуснокислыми бактериями, которые окисляют этиловый спирт до уксусной кислоты (уксуса) с выделением небольшого количества энергии: Этиловый спирт -> уксусная кислота + Н2О + 494 кДж/моль. Процесс, осуществляемый уксуснокислыми бактериями, — это типичное окисление (брожение) в аэробных условиях, так как уксусная кислота далее подвергается окислению бактериями до диоксида углерода и воды. Возбудителем уксуснокислого брожения является Mycoderma aceti (уксусный гриб). Уксуснокислое брожение было известно в глубокой древности. Например, в оставленном на воздухе сосуде с виноградным вином или пивом через день-два на поверхности напитков появляется сероватая пленка, а пиво и вино мутнеют и прокисают. Уксуснокислые бактерии — это не образующие спор короткие грамотрицательные палочки, расположенные цепочками. Встречаются как подвижные, так и неподвижные штаммы. Условия: Бактерии являются строгими аэробами, развиваются только на поверхности субстрата, образуя пленку, которая моментально распадается при легком покачивании жидкости. Уксуснокислые бактерии широко распространены в природе. Они встречаются на зрелых плодах, ягодах, в квашеных овощах, вине, пиве, квасе. Наибольшее распространение имеют два метода получения уксуса: орлеанский (французский) и немецкий (скорый). По французскому методу получают уксус наивысшего качества. В этом случае уксуснокислому брожению подвергаются виноградные вина, которые помещают в чаны для брожения. Чан заполняют смесью вина с уксусом (4 % алкоголя и 2 % уксусной кислоты). Процесс идет несколько недель до получения уксуса содержанием уксусной кислоты 5... 6 %. За этот срок успевают образоваться ароматические вещества — «букет», придающие уксусу высокие качества, подобно тому, как качество вин повышается выдерживанием их после брожения в подвалах. Брожение заканчивают прежде, чем исчезнет весь алкоголь, так как бактерии при его потребления могут окислять и уксусную кислоту до СО2 и Н2О. Продолжительность процесса увеличивает стоимость уксуса. Принцип быстрого, или немецкого, способа получения уксуса заключается в создании возможно большей поверхности окисления спирта. Поверхность создается рыхло скрученными буковыми стружками, помещаемыми в чан и смачиваемыми подкисленным спиртом. Этот раствор заливается в чан сверху и медленно перетекает вниз. Спирт окисляется до уксусной кислоты, которая собирается внизу и удаляется. Столовый уксус, полученный этим методом, должен содержать около 4,5 % уксусной кислоты. В чанах (генераторах), которые могут работать непрерывно несколько лет, часто появляются вредители уксуснокислого производства — угрицы — мелкие, длиной 1...2 мм черви, которые питаются уксуснокислыми бактериями. Уксус становится мутным, приобретает неприятный привкус, поэтому его необходимо пастеризовать и фильтровать. В настоящее время уксус получают на заводах глубинным способом в ферментерах (закрытых герметических емкостях). Аэробные условия в ферментерах создают путем подачи стерильного воздуха и перемешивания среды. Глубинный способ предотвращает загрязнение, повышает качество продукта и производительность труда. Спонтанное развитие уксуснокислых бактерий в вине, пиве, квасе, безалкогольных напитках и других продуктах приводит к их порче: прокисанию, помутнению, ослизнению. Уксуснокислые бактерии помимо этилового могут окислять и другие спирты, например пропиловый спирт в пропионовую кислоту, бутиловый — в масляную. Некоторые уксуснокислые бактерии окисляют глюкозу в глюконовую кислоту, происходит глюконовокислое брожение. Глюконовая кислота применяется в медицине, ветеринарии, фармацевтической промышленности. Глюконовую кислоту образуют и многие аспергиллы и пенициллы. Так, у Asp. niger этот процесс может идти с высоким выходом даже в 30... 35%-ных растворах глюкозы, если выделяющуюся глюконовую кислоту нейтрализовать карбонатом кальция. Особый интерес представляет окисление некоторыми уксуснокислыми бактериями многоатомных спиртов, производных сахаров, например сорбита в сорбозу. С помощью бактерий Gluconobacter oxydans из растворов, содержащих до 30 % сорбита, получают сорбозу с выходом 90 %. Сорбоза используется для получения аскорбиновой кислоты (витамина С). Имеет значение окисление уксуснокислыми бактериями глицерина в диоксиацетон, который является ценным продуктом для химической промышленности.

Лимоннокислое брожение. До 1890-х гг. лимонную кислоту получали в виде кристаллов из сока цитрусовых. Однако выход ее составлял 1... 9%, что было экономически невыгодно. После того как лимонная кислота была обнаружена в культурах грибов, были разработаны основы получения ее в промышленном масштабе. Возбудители, условия: Было установлено, что один из видов грибов — Asp. niger — превосходно растет на средах с начальным рН 2,5... 3,5 и выделяет большие количества лимонной кислоты. Низкий начальный рН позволяет избежать бактериального загрязнения. Промышленное получение лимонной кислоты до сих пор часто ведется без соблюдения стерильности, поверхностным способом в кюветах. В бродильные камеры помещают алюминиевые кюветы размерами 2 х 2,5 х 0,15 м, заполненные на высоту 8 см раствором мелассы, инокулированные спорами гриба. Их выдерживают при температуре 30 °С в течение 8... 11 дней. Выход лимонной кислоты весьма значительный. После спуска лимонной кислоты можн снова подвести под мицелий гриба свежую питательную среду. Лимонную кислоту осаждают из раствора, добавляя карбонат кальция, а затем перекристаллизовывают и выделяют с помощью серной кислоты. При отсутствии в питательной среде сахара Asp. niger может окислить лимонную кислоту до щавелевой и уксусной кислот, С02 и Н20. В настоящее время лимонную кислоту получают и глубинным способом. (При котором мицелий гриба растет в закрытых чанах (ферментаторах) в толще высокого слоя сбраживаемой жидкости, непрерывно перемешиваемой и аэрируемой стерильным воздухом. Этот способ повышает производительность труда, позволяет избежать заражения сбраживаемого субстрата посторонними микроорганизмами, его легче автоматизировать и механизировать.) Лимонная кислота используется в кондитерской промышленности, производстве безалкогольных напитков, сиропов, в кулинарии, медицине и др.