Химически каталог Въведение в биотехнологията страница 50
ю киселина, както и предизвикващи алкохолна ферментация, в хода на еволюцията са се приспособили към анаеробния начин на живот. Оцетната и лимонената киселина от своя страна се образуват при аеробни условия. Очевидно киселините играят определена роля в борбата срещу конкурентната микрофлора и също така са резервни източници на въглерод. И така, Aspergillus niger след използване на захар може да използва лимонена киселина като субстрат. На свой ред, оцетнокисели бактерии, при липса на алкохол в средата, асимилират оцетна киселина, окислявайки я до вода и CO2.
ОЦЕТНА КИСЕЛИНА И ОЦЕТ
Оцетът е 5-9% разтвор на оцетна киселина CH3COOH във вода. Открит е в киселото вино по-рано от оцетната киселина. По-късно оцетът започва да се получава чрез ферментация на алкохолен разтвор с помощта на специални оцетнокисели бактерии (Bacterium schutzenbachi, Bact. curvum). В резултат на дестилация на ферментиралия разтвор се получава 70-80% разтвор на оцетна киселина - оцетна есенция. Концентрацията на безводна или ледена оцетна киселина е 99,8%.
Оцетната киселина се използва както в хранително-вкусовата промишленост, така и за разтваряне на органични багрила, получаване на лекарства, пластмаси, синтетични влакна, в микробиологичния синтез като източник на въглерод и др.
Оцетът, получен по микробиологичен път, се характеризира с приятен аромат и вкус, дължащи се на образуването на малки количества естери, като етилацетат, както и алкохоли и киселини по време на процеса на ферментация.
Бактериите на оцетната киселина принадлежат към род Acetobacter. Това са 0,5–8,0 µm дълги, грам-отрицателни, спорообразуващи пръчици с флагели.
Реакцията за образуване на оцетна киселина се катализира от ензима алкохолоксидаза. Уравнението на реакцията има формата
CH,CHaOH + Oa - "? CHjCOOH + H2O + 490 kJ.
За товапроцес, реакцията на средата pH 3.0 и температурата от 28°C са оптимални за Bact културата. schutzenbachi, за култура Bact. curvura - 35-37°С. Концентрацията на алкохол в средата е 7-15%. крайна киселинна концентрация 8-14% (средно 10%). Ако алкохолът изтече в средата по време на ферментацията, оцетната киселина се окислява.
CH3COOH + 202 - 2CO2 + 2H20.
Трябва да се внимава, за да се гарантира, че в края на процеса средата съдържа 0,3-0,5% неизползван алкохол. По време на ферментацията е необходимо да се осигури добра аерация - теоретично за 46 тегловни части алкохол са необходими 32 части кислород.
В промишлеността оцетната ферментация се извършва във вертикални генератори, като се използва непрекъснат метод. Генераторите се пълнят със специални стърготини или друг пълнител с голяма повърхност, като дървени въглища, кокс и др. Алкохолен разтвор се подава в генератора отгоре, въздухът се издухва отдолу с насрещен поток. Бактериите на повърхността на чипса окисляват алкохола до оцетна киселина.
Обикновено диаметърът на генератора е 1-3 м, височината е 2,5-6 м. Генераторите са изработени от дърво, керамика или неръждаема стомана, стъкло или стоманобетон, облицовани отвътре с керамични плочки. При стартиране генераторът се пълни със стружки, подкислява се с оцет, докато оцетът, изтичащ от генератора, има същата концентрация като първоначалния разтвор. Това продължава около 8-10 дни. След това започва основният процес на ферментация. За да направите това, пригответе среда, съдържаща 6% оцет, и добавете 3% алкохолен разтвор. Освен това към средата се добавят определено количество калиеви фосфати и амониев сулфат. Средата се излива равномерно в горната част на генератора и се оставя да тече свободно върху чиповете. След стабилизиране на процеса всеки ден към генератора се добавя среда в количество 16-20% от обема натечности. Без смяна на чипове процесът може да отнеме няколко години. Производителността на генератора е 2,9 kg 100% оцетна киселина на 1 m3 чипс на ден. Теоретично от 100 литра безводен алкохол могат да се получат 103 kg оцетна киселина, на практика се получават 75-93 kg оцетна киселина, тъй като има загуби поради свръхокисляване, непълно окисляване на алкохола, а също и изпаряване. Понастоящем широко се използва методът за рециклиране, при който отпадъчният разтвор многократно се връща в генератора.
На субстрати, съдържащи въглехидрати, много млечнокисели бактерии произвеждат млечна киселина CH3-CHOH-COOH. Най-често се срещат в млечните продукти, на тяхната дейност се основава производството на подквасено мляко, заквасена сметана и други ферментирали млечни продукти. Млечнокисели бактерии се намират и върху зърното, така че ръжен хляб може да се получи след естествената ферментация на тестото. В промишлеността млечната киселина се получава с помощта на Bacterium delbruckii (синоним на Lactobacillus delbruckii), която принадлежи към термофилните бактерии с оптимална температура на развитие 45-50°C. Под микроскоп се виждат като дълги пръчки.
Млечната киселина се използва широко в химическата (получаване на пластмаси, багрила, мастила, лакове), фармацевтичната и хранително-вкусовата промишленост. Ензимните системи на млечнокисели бактерии превръщат глюкозата в млечна киселина съгласно уравнението
SwH1aOn ->? CH3CHOHCOOH + 75 kJ.
Първо настъпва гликолиза, след което пирогроздената киселина се повишава.