Підготовка сировини, підготовка живильного середовища, отримання посівного матеріалу, хімія отримання
підготовка сировини
Для промислового виробництва оцтової кислоти в якості субстрату застосовують етиловий спирт - одержуваний бродінням вуглеводів дріжджами, або використовується технічний спирт. У нашому випадку ми використовуємо спирт отриманий зброджуванням вуглеводів.
У спирті можуть міститися сивушні масла, при підвищеному вмісті яких виробничий процес порушується, тому що вищі спирти пригнічують розвиток оцтовокислих бактерій. Звідси, можна зробити висновок, що попередньо спирт доведеться очистити від сивушних масел [4, 6].
Підготовка живильного середовища
Коли готують оцет з продуктів харчової промисловості (вина, сироватки, сусла, сидру), то необхідності в добавках немає. Але якщо в якості сировини використовують технічний спирт, картопляний або зерновий крохмаль, то доводиться вносити фосфат амонію, сульфат магнію, кальцію - цитрат і кальцію - пантотенат, сусло. Так само живильне середовище повинна містити оцтову кислоту, яка служить джерелом вуглецю та енергії для бактерій. Тому в процесі росту культури завжди відбувається споживання оцтової кислоти і часткове її окислення в ЦТК. Кількість споживаної оцтової кислоти залежить від швидкості росту бактерій. При заглибні культивуванні концентрації поживних речовин повинні бути в 5 разів вище, ніж при поверхневому культивуванні, оскільки в першому випадку виростає набагато більше біомаси. Встановлено, що застосування живильного середовища з оптимальним пулом амінокислот при культивуванні Acetobacter aceti призводить до збільшення продуктивності технологічного процесу, збільшення виходу оцтової кислоти, а також до зниження витрат етилового спирту [2, 7].
Отримання посівного матеріалу
Посівний матеріал отримують в лабораторії, вирощуючи оцтовокислі бактерії на рідкому поживному середовищі в колбах на гойдалках. А потім в лабораторному ферментаторі місткістю 30 л.
При вирощуванні оцтовокислих бактерій в лабораторії використовують щільних середу Лайценской, що містить (NH4) 3PO4 * 3H2O, MgHPO4 * 3H2O, KH2PO4. Ацетобактери самі синтезують всі необхідні вітаміни і тому ростуть в поживних середовищах без їх додавання.
Acetobacter aceti дуже веріабельни, вони можуть навіть втратити властивість утворювати оцтову кислоту. Крім того, бактерії повинні витримувати високу концентрацію оцтової кислоти, не бути вимогливими до високих концентрацій поживних речовин і не здійснювати переокислення оцту. Всі ці властивості у продуцента мінливі. Щоб уникнути непотрібних мутацій, інокулят підтримується в середовищі з високою загальною концентрацією спирту і оцтової кислоти і низькою концентрацією поживних речовин [2, 4, 6].
Хімія отримання оцтової кислоти
Як вихідний продукт для виробництва оцтової кислоти використовується етиловий спирт (етанол), який виходить зазвичай зброджуванням вуглеводів дріжджами, наприклад Saccharomyces cerevisiae:
С6Н12О6> 2С2Н5ОН + 2СО2
глюкоза етанол вуглекислий газ
Процес ацетіфікаціі є окислення практично всього етилового спирту з утворенням оцтової кислоти в повністю аеробного системі в присутності штамів Acetobacter aceti. Теоретично 1 г глюкози повинен давати 0,51 г етилового спирту, при окисленні якого утворюється 0,67 г оцтової кислоти, але практично кінцевий вихід становить приблизно 0,5 г внаслідок втрат легко випаровуються речовин і часткового окислення оцтової кислоти з утворенням СО2. Стадії реакції схематично можуть бути представлені таким чином:
С2Н5ОН + О> СН3СНО + Н2О
2СН3СНО> С2Н5ОН + СН3СООН
СН3СНО + О> СН3СООН + Н2О
Остання стадія здійснюється алкоголь-і альдегіддегідрогеназной системою з використанням тріфосфопірідіна як кофермент.
Алкогольдегідрогеназа Acetobacter aceti містить недавно відкриту простетичної групу метоксантін, або пірролохінолінхінон. Цей фермент знаходиться на зовнішній стороні плазматичної мембрани і каталізує окислення етанолу в оцтову кислоту. Метоксантін частково потрапляє в поживне середовище і в харчовій оцет, надаючи йому злегка жовтувату забарвлення. [7]
Поряд з оцтовою кислотою утворюються в невеликих кількостях такі кінцеві продукти, як альдегіди, ефіри і ацетоін, що мають значення як смакові речовини.
Перш оцет виготовляли переважно з малоцінного вина і пива. Для отримання спеціальних сортів оцту і сьогодні застосовують спеціальне сировину, за яким і називають кінцевий продукт, наприклад винний оцет (у Франції і
Італії), солодовий оцет (в Англії), родзинковий і медовий оцет.
Сировиною для сучасних способів швидкого оцтового бродіння служить в даний час майже виключно дешевий спирт, який зазвичай надходить з спиртової промисловості (картопляний або зерновий), проте може застосовуватися і синтетичний етиловий спирт. Він застосовується у вигляді водного розчину з концентрацією 4--11% об. Так як оцтовокислі бактерії не можуть розмножуватися в чистому водно-спиртовому розчині, додаються в якості органічних вуглеводних джерел меляси тростинний цукор або глюкоза, як неорганічних поживних солей - фосфат амонію і калію, сульфат магнію, а в якості мікроелементов-- іони марганцю. В якості біологічно активної речовини служить солодовий або дріжджовий екстракт [3, 5].