Множество блюд в кухнях разных народов мира невозможно приготовить технологических процессов, освоенных человеком. Но если в него в заготовках, да и в качестве простой приправы уксус подают ко многим кушаньям. Изготовление уксуса, как и виноделие, один из древнейших не в счет), то в производстве производстве вина за последние несколько тысячелетий не произошло принципиальных изменений (использование современного оборудования // Иллюстрацииуксуса в 70-х годах ХХ века случилась настоящая революция.
Наука и жизнь стали; 2 — перемешивающее устройство; 3 — аэратор (его обычно называют
Рис. 1. Аппарат Шуценбаха: 1 — деревянная коническая емкость; 2 — слой буковых стружек.
Рис. 2. Аппарат Фрингса: 1 — корпус; 2 — ложное перфорированное днище; 3 — слой буковых стружек; 4 — циркуляционный насос; 5 — змеевик системы термостатирования; 6 — распределительное устройство.
Рис. 3. Схема ферментера для производства уксуса: 1 — корпус из нержавеющей аппарата в аппарат барботером); 4 — змеевик системы термостатирования.
Рис. 4. Схема установки для получения уксуса в непрерывном режиме. Переток жидкости из Начнем с того, что главным компонентом происходит из-за разницы давлений в "воздушной подушке", возникающей за счет разного заглубления переточных перегонки древесины и
микробиологическим — в результате уксуснокислого пищевого уксуса является уксусная кислота. Получать ее можно двумя способами: химическим — из продуктов сухой этилового спирта (СНОН). В таких жидкостях окисление этанола до брожения спиртосодержащих жидкостей, таких, как виноградное вино, сидр, пивное сусло, забродившие мед и соки различных фруктов или водный раствор aceti. В результате в готовом продукте оказывается уксусной кислоты проводят в большинстве случаев уксусные бактерии Acetobacter веществам пищевой уксус обретает присущий ему не только кислота, но и небольшое количество сложных эфиров, альдегидов и других органических соединений. Именно благодаря этим промышленности и в быту лучше использовать особый вкус и приятный аромат. Разведенная же водой уксусная кислота, полученная химическим путем, лишена таких качеств. Считается, что в пищевой сложную историю. Еще в первом тысячелетии до новой уксус, изготовленный биохимическим способом.
Технология производства уксуса имеет интересную и превращается в уксус. Этим наблюдением и пользовались долгое время, не вдаваясь особенно эры виноделы заметили, что, если вино оставить в открытом сосуде, оно через некоторое время прокисает и «древних» способов производства уксуса принято называть орлеанским. В деревянные бочки в суть того, что происходит при этом с продуктом.
Один из самых другой, в начале процесса заливают 10-12 л готового особой формы, расположенные в утепленном помещении в несколько рядов одна над примерно 10 л профильтрованного вина. Через восемь дней, если процесс идет нефильтрованного уксуса. Эта порция — своего рода закваска, ведь в нефильтрованном уксусе содержится достаточно большое количество бактерий. К уксусу приливают заполнится до половины объема. После этого около нормально, доливают еще 10 л, и так до тех пор, пока бочка не вино, и цикл повторяется. Весь цикл занимает от недели до 40 л готового продукта сливают, а к оставшемуся — вновь добавляют фильтрованное пор применяется в винодельческих районах Франции.месяца, зато продукт обладает таким высоким качеством, что этот неэффективный способ до сих известна под названием «метод Шуценбаха». Суть его в
Наряду с орлеанским способом существовал метод, описанный немецким ученым Бургавом (Boerhave) в 1732 году. Сейчас эта технология спирта) пропускали сверху вниз через объем, заполненный тщательно вымоченными том, что спиртосодержащую жидкость (в описании Бургава упоминается раствор хлебного мире она используется до сих пор.в уксусе крупными буковыми стружками. Эта технология оказалась значительно более производительной, чем орлеанский способ, и во всем века не было понятно, за счет чего
И все же до работ Пастера в середине XVIII vinaegre») показал, что стерильный раствор спирта в воде вино превращается в уксус. Пастер в большой статье «Исследование свойств уксуса» («Etude sur le работе уксусных бактерий. И для того, чтобы спирт окислялся эффективно, в жидкости необходимо на открытом воздухе практически не окисляется, а образование уксусной кислоты происходит благодаря себя при температуре около 30оС и создать оптимальные условия для их развития. Оказалось, что лучше всего эти микроорганизмы чувствуют спирта. Характерной особенностью этих бактерий является и при концентрации спирта, не превышающей 12-14%. Дальнейшие (уже современные) исследования показали, что максимальная скорость роста А.aceti достигается при более низкой концентрации воде (и в растворе этилового спирта тоже) бактерии могут развиваться высокая потребность в кислороде. Долгое время считалось, что из-за сравнительно низкой растворимости кислорода в и имевшемуся к тому времени промышленному только на поверхности жидкости или в ее тонкой пленке. Это не противоречило слое жидкости в виде слизистой пленки, а при методе опыту. При орлеанском методе бактерии развиваются в основном в верхнем способу, обычно составляет от 2 до 8 Шуценбаха жидкость стекает тонким слоем по поверхности стружек (рис. 1). Производительность аппаратуры, что по одному, что по другому сутки.Основным аппаратом, в котором получают кг 100%-ной уксусной кислоты с 1 м объема аппарата в основного днища в
нем устанавливают горизонтальную уксусную кислоту по методу Шуценбаха, является деревянный чан конической формы. На расстоянии 200-300 мм от уксусной кислоты (чаще всего это 6%-ный раствор), этиловый спирт (3-4%) и небольшое количество перфорированную перегородку. Верхняя часть аппарата на 2/3 заполняется стружками, которые орошаются питательной для бактерий средой, содержащей некоторое количество говорить, иммобилизованные на стружках, окисляют спирт в уксусную кислоту. В нижней части аммонийных и фосфатных солей. По мере протекания раствора бактерии, закрепившиеся, или, как теперь принято внутри аппарата до 30-35оС. В результате разницы аппарата скапливается готовая продукция — 9%-ный уксус. В процессе окисления выделяется тепло, которое повышает температуру патрубки под ложным днищем, проходит через аппарат температур создается естественная и довольно интенсивная конвекция. Воздух поступает в бактерий.В аппарат Шуценбаха и выходит в верхней его части. Так сама собой осуществляется аэрация, необходимая для работающих работе по данному
способу низка и загружается 1-1,5 м стружек. На одном предприятии работают десятки таких аппаратов. Производительность аппаратуры при м стружек в сутки (в пересчете на составляет не более 1,5 кг уксусной кислоты на 1 количества этилового спирта) не превышает 75%. Процесс ведется непрерывно, десятилетиями, без смены бактерий и стружки. Высокая кислотность заливаемого 100%-ную уксусную кислоту). При этом выход уксуса (от теоретически возможного при использовании исходного таким образом продукт. Это дает возможность вести производство уксуса в аппарат раствора необходима для того, чтобы другие бактерии не могли «заселить» аппарат и испортить и тоже легко уксусной кислоты. Уксус очищают от без соблюдения стерильности. Единственный спутник уксусных бактерий в этом процессе — мелкие нематоды — угрицы. Они питаются бактериями без уксуса. Не обойтись без переносят высокие концентрации них фильтрованием после пастеризации, в результате которой они погибают и выпадают в осадок.В настоящее время
на подавляющем большинстве предприятий производство уксуса ведут циркуляционным способом Фрингса. Эта технология имеет немало общего с методом Шуценбаха. Здесь также используются аппараты, наполненные стружками, также на стружках иммобилизованы уксуснокислые бактерии, и также масса стружек орошается питательным раствором, содержащим спирт, уксусную кислоту и минеральные соли. Однако есть и существенные различия между этими методами. Прежде всего, это касается размера аппаратов. На некоторых предприятиях объем их заполненной стружками рабочей камеры достигает 60 м. В такой аппарат (рис. 2) через специальную распределительную систему подают 10%-ный раствор спирта со скоростью в несколько раз большей, чем по методу Шуценбаха. При помощи насоса раствор многократно циркулирует через аппарат до тех пор, пока весь спирт не окислится и не образуется 9%-ный раствор кислоты. Около 10% исходного чистого спирта в этом процессе теряется. Цикл длится 5-6 дней, после чего повторяется.В аппаратах большого
объема тепловыделение оказывается настолько значительным, что в них приходится встраивать специальные теплообменники. Чаще всего в рабочей камере располагают змеевики, по которым циркулирует охлаждающая вода, но иногда приходится устраивать еще и дополнительные, так называемые выносные теплообменники, которые устанавлива ют снаружи аппарата в циркуляционном контуре.При получении уксуса
циркуляционным способом удельная производительность достигает 6-8 кг кислоты в сутки на 1 м рабочего объема аппарата.Но и у
этого метода оказались существенные недостатки, главным из которых был, пожалуй, размер аппаратов. В начале шестидесятых годов ХХ века появилась технология, при которой уксуснокислые бактерии стали культивировать в специальных аппаратах — ферментерах в жидкости, — так называемый метод периодического глубинного культивирования.Ферментеры для глубинного
культивирования уксусных бактерий — это изготовленные из нержавеющей стали емкости, внутри которых размещаются перемешивающие устройства и аэраторы различных конструкций (рис. 3).Производительность глубинных аппаратов
в несколько раз выше, а сами они в несколько раз меньше, чем аппараты, заполненные стружками, в них значительно меньше потери этанола. Кроме того, отпадает необходимость применения древесных стружек. Немаловажно и то, что при глубинном способе возрастает культура производства.В начале 70-х годов прошлого
труб h: h2 > h3 > h4 > h5.столетия у группы сотрудников кафедры «Машины и аппараты микробиологических производств» в Московском институте химического машиностроения (теперь это Московский государственный университет инженерной экологии), возглавляемой профессором Петром Ивановичем Николаевым, возникла идея совместить в промышленном масштабе микробиологические методы с приемами постановки и ведения процессов, хорошо отработанными в химической технологии. Для этого пришлось провести целый комплекс серьезных исследований. Вот ведь парадокс: процесс был известен уже как минимум два с половиной тысячелетия, но до середины ХХ века оставался в основном эмпирическим. До этого момента усовершенствования технологий касались прежде всего устройства аппаратов, а микробиологические аспекты разрабатывались весьма слабо.
В 60-е годы стали появляться работы, посвященные физиологии и биохимии уксусных бактерий. Они были направлены на изучение влияния концентрации кислорода и состава питательной среды, включая как минеральный фон, так и влияние этанола и самой уксусной кислоты. В это же время на кафедре микробиологии Ленинградского университета под руководством профессора М. С. Лойцянской были проведены исследования систематики, морфологии и физиологии этих бактерий. Были выделены штаммы бактерий, растущих в очень простой по составу среде, обладающей большой окислительной активностью, что оказалось необычайно полезно для промышленного производства уксуса.
Оптимальная температура для роста Acetobacter aceti — 25-30оС. В качестве источника азота уксуснокислые бактерии используют минеральные соли, предпочтительно аммонийные. Ацетобактеры сами синтезируют все необходимые витамины и поэтому растут в питательных средах без их добавления.
Лучшим соединением углерода для бактерий рода Acetobacter является уксусная кислота. Хорошо растут они также в средах, содержащих этиловый спирт или молочную кислоту, превращая их в уксусную.
Исследованиями Ю. Л. Игнатова было показано, что накапливаемая в процессе уксусная кислота снижает окислительную активность бактерий и уменьшает удельную скорость роста клеток. Этот факт позволил П. И. Николаеву с сотрудниками организовать процесс получения уксусной кислоты в батарее из нескольких аппаратов глубинным способом в непрерывном режиме. В результате получилась оригинальная технологическая схема, в которой процесс получения 9%-ной уксусной кислоты ведут в четырех-пяти последовательно соединенных ферментерах (рис. 4). В такой батарее в первых двух, по ходу жидкости, аппаратах при сравнительно низкой концентрации уксусной кислоты бактерии размножаются с большой скоростью при высокой окислительной активности, что обеспечивает высокую продуктивность процесса. В последних по ходу жидкости аппаратах, работающих, напротив, при высоких концентрациях уксусной кислоты, продуктивность снижается, в них происходит в основном доокисление оставшегося в растворе спирта. Общая производительность всех аппаратов батареи значительно выше, чем одного, выпускающего уксус 9%-ной концентрации. Ю.Л. Игнатов показал, что производительность единицы рабочего объема аппарата, работающего по батарейному способу, может достигать 49,4 кг уксусной кислоты с 1 м в сутки.
Разработанный способ был на удивление быстро внедрен на нескольких заводах. Сейчас по этой технологии работают Экспериментальный пищекомбинат в Балашихе, уксусные цеха в городах Горловка и Днепродзержинск на Украине, завод в Словакии.
Кандидат биологических наук Н. КУСТОВА, доцент Московского государственного университета инженерной экологии.
Краткие сведения о химизме окисления этанола в уксусную кислоту Acetobacter aceti
Итоговая реакция окисления этилового спирта в уксусную кислоту выглядит следующим образом:
Acetobaсter aceti
СНОН СНСООН + НО + Q
По современным представлениям, окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями вида Acetobaсter aceti — двухфазный процесс. Этанол окисляется алкоголь- и альдегиддегидрогеназами с образованием уксусной кислоты и двух молекул НАДН. (Этот фермент отвечает за перенос водорода в дыхательной цепи.)
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.
Информация получена с сайтов:
, 