кандидат биологических наук Н. Кустова
Уксус. Что такое это и как его делают
Множество блюд в кухнях народов разных мира приготовить невозможно без уксуса. Не обойтись него без в заготовках, да и в качестве приправы простой уксус подают ко многим кушаньям. Изготовление уксуса, как и виноделие, один из древнейших технологических процессов, освоенных человеком. Но если в производстве вина за последние тысячелетий несколько не произошло изменений принципиальных оборудования современного , то в производстве уксуса в годах ХХ века настоящая случилась революция.
Начнём с того, главным что компонентом уксуса пищевого является уксусная кислота. Получать её можно двумя способами: химическим из продуктов перегонки сухой древесины и микробиологическим в результате брожения уксуснокислого спиртосодержащих жидкостей, таких, виноградное как вино, сидр, пивное сусло, забродившие мёд и соки фруктов различных или водный этилового раствор спирта . В таких окисление жидкостях этанола до уксусной проводят кислоты в большинстве уксусные случаев бактерии Acetobacter aceti. В результате в готовом оказывается продукте не только кислота, но и небольшое сложных количество эфиров, альдегидов и других органических соединений. Именно этим благодаря веществам уксус пищевой обретает ему присущий особый вкус и приятный аромат. Разведённая же уксусная водой кислота, химическим полученная путем, таких лишена качеств. Считается, что в пищевой промышленности и в быту использовать лучше уксус, биохимическим изготовленный способом.
Технология уксуса производства имеет интересную и сложную историю. Ещё в первом тысячелетии до новой виноделы эры заметили, что, вино если оставить в открытом сосуде, через оно некоторое прокисает время и превращается в уксус. Этим наблюдением и пользовались долгое время, не вдаваясь особенно в суть того, происходит что при этом с продуктом.
Один из самых древних производства способов уксуса называть принято орлеанским. В деревянные особой бочки формы, расположенные в утеплённом помещении в несколько одна рядов над другой, в начале заливают процесса 1012 л. нефильтрованного готового уксуса. Эта порция рода своего закваска, ведь в нефильтрованном содержится уксусе достаточно количество большое бактерий. К уксусу примерно приливают 10 л. профильтрованного вина. Через восемь дней, процесс если идёт нормально, доливают ещё 10 л., и так до тех пор, бочка пока не заполнится до половины объёма. После около этого 40 л. продукта готового сливают, а к оставшемуся добавляют вновь фильтрованное вино, и цикл повторяется. Весь занимает цикл от недели до месяца, продукт зато обладает высоким таким качеством, этот что неэффективный способ применяется в винодельческих районах Франции.
Наряду с орлеанским существовал способом метод, немецким описанный учёным Бургавом в 1732 году. Сейчас технология эта известна названием под метод Шуценбаха. Суть его в том, спиртосодержащую что жидкость Бургава раствор упоминается хлебного сверху пропускали вниз через объём, тщательно заполненный вымоченными в уксусе буковыми крупными стружками. Эта оказалась технология значительно более производительной, орлеанский чем способ, и во всём она мире используется до сих пор.
И всё же до работ Пастера в середине XVIII века не было понятно, за счёт вино чего превращается в уксус. Пастер в большой статье Исследование свойств уксуса sur показал, стерильный что раствор спирта в воде на открытом практически воздухе не окисляется, а образование кислоты уксусной происходит работе благодаря уксусных бактерий. И для того, спирт чтобы окислялся эффективно, в жидкости создать необходимо оптимальные условия для их развития. Оказалось, лучше что всего микроорганизмы эти чувствуют при себя температуре около 30 о С и при концентрации спирта, не превышающей 1214%. Дальнейшие исследования показали, максимальная что скорость роста А. aceti при достигается более концентрации низкой спирта. Характерной этих особенностью бактерий является и высокая потребность в кислороде. Долгое время считалось, что низкой сравнительно растворимости кислорода в воде спирта этилового могут бактерии развиваться только на поверхности жидкости или в её тонкой плёнке. Это не противоречило и имевшемуся к тому промышленному времени опыту. При методе орлеанском бактерии развиваются в основном в верхнем жидкости слое в виде слизистой плёнки, а при методе Шуценбаха стекает жидкость тонким слоем по поверхности стружек . Производительность аппаратуры, что по одному, что по другому способу, составляет обычно от 2 до 8 кг. кислоты уксусной с 1 м 3 объёма аппарата в сутки.
 Рис. 1. Аппарат Шуценбаха: 1 коническая деревянная ёмкость; 2 буковых слой стружек. |
Основным аппаратом, в котором уксусную получают кислоту по методу Шуценбаха, деревянный является чан конической формы. На расстоянии 200300 мм. от основного днища в нём горизонтальную устанавливают перфорированную перегородку. Верхняя аппарата часть на 2/3 заполняется стружками, орошаются которые питательной для бактерий средой, некоторое содержащей количество кислоты уксусной это всего , спирт этиловый и небольшое аммонийных количество и фосфатных солей. По мере раствора протекания бактерии, закрепившиеся, или, теперь как принято говорить, иммобилизованные на стружках, спирт окисляют в уксусную кислоту. В нижней аппарата части скапливается готовая продукция уксус. В процессе выделяется окисления тепло, повышает которое температуру аппарата внутри до 3035 о С. В результате температур разницы создаётся естественная и довольно интенсивная конвекция. Воздух поступает в патрубки ложным под днищем, через проходит аппарат и выходит в верхней его части. Так собой сама осуществляется аэрация, необходимая для работающих бактерий.
Несколько стоит слов сказать о стружках. Это не просто отходы от обработки древесины. Для загрузки в аппараты только подходят буковые стружки, закрученные в рулон диаметром от 2 до 5 см. и высотой от 3 до 6 см. Серьёзные предъявляются требования и к древесине. Она быть должна совершенно любых лишена видов гнили. Словом, стружки для уксусного производства совсем вещь не дешёвая.
В аппарат Шуценбаха загружается 11,5 м 3 стружек. На одном работают предприятии десятки таких аппаратов. Производительность при аппаратуры работе по данному низка способу и составляет не более 1,5 кг. кислоты уксусной на 1 м 3 стружек в сутки на уксусную . При выход этом уксуса при возможного использовании количества исходного этилового не превышает 75%. Процесс ведётся непрерывно, десятилетиями, смены без бактерий и стружки. Высокая заливаемого кислотность в аппарат необходима раствора для того, другие чтобы бактерии не могли заселить аппарат и испортить образом таким продукт. Это даёт вести возможность производство без уксуса соблюдения стерильности. Единственный уксусных спутник бактерий в этом процессе мелкие нематоды угрицы. Они бактериями питаются и тоже переносят легко высокие уксусной концентрации кислоты. Уксус очищают от них после фильтрованием пастеризации, в результате они которой погибают и выпадают в осадок.
 Рис. 2. Аппарат Фрингса: 1 корпус; 2 перфорированное ложное днище; 3 буковых слой стружек; 4 циркуляционный насос; 5 системы змеевик термостатирования; 6 распределительное устройство. |
В время настоящее на подавляющем предприятий большинстве производство ведут уксуса циркуляционным способом Фрингса. Эта имеет технология немало общего с методом Шуценбаха. Здесь используются также аппараты, наполненные стружками, также на стружках уксуснокислые иммобилизованы бактерии, и также стружек масса орошается питательным раствором, содержащим спирт, кислоту уксусную и минеральные соли. Однако есть и существенные между различия этими методами. Прежде всего, касается это размера аппаратов. На некоторых предприятиях объём их заполненной рабочей стружками камеры достигает 60 м 3 . В такой аппарат специальную через распределительную подают систему спирта раствор со скоростью в несколько раз большей, чем по методу Шуценбаха. При насоса помощи раствор циркулирует многократно через аппарат до тех пор, весь пока спирт не окислится и не образуется раствор кислоты. Около 10% чистого исходного спирта в этом процессе теряется. Цикл длится 56 дней, чего после повторяется.
В большого аппаратах объёма оказывается тепловыделение настолько значительным, что в них встраивать приходится специальные теплообменники. Чаще всего в рабочей располагают камере змеевики, по которым охлаждающая циркулирует вода, но иногда устраивать приходится ещё и дополнительные, называемые так выносные теплообменники, устанавливают которые снаружи аппарата в циркуляционном контуре.
При уксуса получении циркуляционным удельная способом производительность достигает 68 кг. кислоты в сутки на 1 м 3 рабочего объёма аппарата.
Но и у этого оказались метода существенные недостатки, главным из которых был, пожалуй, размер аппаратов. В начале годов шестидесятых ХХ века появилась технология, которой при уксуснокислые стали бактерии культивировать в специальных аппаратах ферментёрах в жидкости, называемый так метод глубинного периодического культивирования.
 Рис. 3. Схема ферментёра для производства уксуса: 1 корпус из нержавеющей стали; 2 перемешивающее устройство; 3 аэратор называют ; 4 системы змеевик термостатирования. |
Ферментёры для глубинного уксусных культивирования бактерий изготовленные это из нержавеющей стали ёмкости, которых внутри размещаются устройства перемешивающие и аэраторы конструкций различных .
Процесс уксуса получения при глубинном периодическом способе заключается в следующем. От предыдущего цикла в аппарате остаётся жидкость 1/3 рабочего объёма , служит которая посевным материалом для следующего цикла. В аппарат заливается до рабочего объёма питательная смесь, уксусную содержащая кислоту и этанол. Перемешивающее интенсивно устройство перемешивает жидкость, а через непрерывно аэратор подаётся воздух. В начале условия цикла жизни для бактерий резко меняются, и в результате время некоторое не наблюдается их заметного роста, стадия эта в развитии называется микроорганизмов По окончании спирта концентрация начинает уменьшаться, а кислоты наоборот, расти. Некоторое время в аппарат порциями приходится добавлять раствор спирта. После как того концентрация достигает уксуса 910%, около 2/3 объёма отбирается жидкости как готовый продукт, и цикл повторяется.
Производительность аппаратов глубинных в несколько раз выше, а сами они в несколько раз меньше, чем аппараты, заполненные стружками, в них меньше значительно потери этанола. Кроме того, необходимость отпадает применения древесных стружек. Немаловажно и то, при что глубинном возрастает способе культура производства.
В начале прошлого годов столетия у группы кафедры сотрудников Машины и аппараты микробиологических производств в Московском химического институте машиностроения это Московский университет государственный инженерной , профессором возглавляемой Петром Ивановичем Николаевым, идея возникла совместить в промышленном микробиологические масштабе методы с приёмами постановки и ведения процессов, отработанными хорошо в химической технологии. Для этого провести пришлось целый комплекс серьёзных исследований. Вот ведь парадокс: был процесс известен как уже минимум два с половиной тысячелетия, но до середины ХХ века оставался в основном эмпирическим. До этого усовершенствования момента технологий прежде касались всего устройства аппаратов, а микробиологические разрабатывались аспекты весьма слабо.
В стали годы появляться работы, посвящённые физиологии и биохимии уксусных бактерий. Они направлены были на изучение концентрации влияния кислорода и состава питательной среды, как включая минеральный фон, так и влияние этанола и самой уксусной кислоты. В это же время на кафедре микробиологии Ленинградского под университета руководством профессора М.С. Лойцянской проведены были исследования систематики, морфологии и физиологии этих бактерий. Были штаммы выделены бактерий, растущих в очень простой по составу среде, большой обладающей окислительной активностью, оказалось что необычайно полезно для промышленного производства уксуса.
Оптимальная температура для роста Acetobacter aceti 2530 о С. В качестве азота источника уксуснокислые используют бактерии минеральные соли, предпочтительно аммонийные. Ацетобактеры синтезируют сами все витамины необходимые и поэтому растут в питательных без средах их добавления.
Лучшим углерода соединением для бактерий рода Acetobacter уксусная является кислота. Хорошо они растут также в средах, этиловый содержащих спирт или молочную кислоту, превращая их в уксусную.
 Рис. 4. Схема установки для получения уксуса в непрерывном режиме. Переток жидкости из аппарата в аппарат происходит давлений разницы в воздушной подушке, возникающей за счёт заглубления разного переточных труб h: . |
Исследованиями Ю.Л. Игнатова было показано, накапливаемая что в процессе кислота уксусная снижает активность окислительную бактерий и уменьшает скорость удельную роста клеток. Этот позволил факт П.И. Николаеву с сотрудниками процесс организовать получения кислоты уксусной в батарее из нескольких глубинным аппаратов способом в непрерывном режиме. В результате оригинальная получилась технологическая схема, в которой получения процесс кислоты уксусной ведут в последовательно соединённых ферментёрах . В такой батарее в первых двух, по ходу жидкости, при аппаратах сравнительно концентрации низкой уксусной бактерии кислоты размножаются с большой при скоростью высокой окислительной активности, обеспечивает что высокую продуктивность процесса. В последних по ходу жидкости аппаратах, работающих, напротив, высоких при концентрациях уксусной кислоты, продуктивность снижается, в них происходит в основном оставшегося доокисление в растворе спирта. Общая всех производительность аппаратов значительно батареи выше, чем одного, уксус выпускающего концентрации. Ю.Л. Игнатов показал, производительность что единицы рабочего объёма аппарата, работающего по батарейному способу, достигать может 49,4 кг. кислоты уксусной с 1 м 3 в сутки.
Разработанный был способ на удивление быстро внедрён на нескольких заводах. Сейчас по этой работают технологии Экспериментальный пищекомбинат в Балашихе, цеха уксусные в городах Горловка и Днепродзержинск на Украине, завод в Словакии.
Краткие сведения о химизме этанола окисления в уксусную кислоту Acetobacter aceti
Итоговая окисления реакция этилового спирта в уксусную выглядит кислоту следующим образом:
По современным представлениям, этилового окисление спирта бактериями уксуснокислыми вида Acetobaсter aceti двухфазный процесс. Этанол окисляется и альдегиддегидрогеназами с образованием кислоты уксусной и двух молекул НАДН2. отвечает фермент за перенос водорода в дыхательной
Алкогольдегидрогеназа Acetobacter aceti недавно содержит открытую группу простетическую метоксантин, или пирролохинолинхинон. Этот находится фермент на внешней плазматической стороне мембраны и катализирует этанола окисление в уксусную кислоту. Метоксантин попадает частично в питательную среду и в пищевой уксус, ему придавая слегка желтоватую окраску.
Источник
