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.