18.2. Уксусная кислота

Уксусная кислота (СН₃СООН) — наиболее известная пищевая кислота, представляющая собой бесцветную жидкость с резким запахом. В результате перегонки перебродившего спирто­вого раствора получают 70—80%-й раствор уксусной кислоты, известный под названием уксусной эссенции. Из товарных форм уксусной кислоты известны чистая пищевая (70—80%), безвод­ная или ледяная (98—99 %), выпадающая при охлаждении в оса­док в виде кристаллов.

Уксусная кислота находит широкое применение в пищевой промышленности. Ежегодно в мире производят более 100 тыс. т уксусной кислоты, причем более половины — микробиологичес­ким синтезом.

Уксуснокислое брожение основано на способности уксусно­кислых бактерий рода Acetobacter окислять этанол в уксусную кис­лоту. В реакции образования уксусной кислоты участвует фермент алкогольоксидаза. Окисление этанола в уксусную кислоту может быть описано уравнением

СН₃СН₂ОН + О₂ = СН₃СООН + Н₂О + 490 кДж

В промышленных условиях уксуснокислое брожение проводят непрерывным способом при глубинном проточном культивирова­нии уксуснокислых бактерий в батарее последовательно соеди­ненных аппаратов. Схема производства включает следующие ос­новные технологические стадии:

• получение посевного материала;

• подготовка сырья;

• уксуснокислое брожение;

• розлив готового продукта.

Способностью превращать этанол в уксусную кислоту облада­ют различные виды уксуснокислых бактерий. В уксуснокислом брожении используют в основном два вида бактерий: Bacterium schutzenbachii и Bacterium curvum.

Для уксуснокислого брожения благоприятны температуры 28 °С для культуры В. schutzenbachii и 35 ºС для культуры В. curvum, a также кислая реакция среды.

Для получения посевной культуры уксуснокислые бактерии выращивают в колбах на жидкой питательной среде, а затем в ла­бораторном аппарате объемом 30 дм³.

Наилучшее сырье для уксуснокислого брожения — этанол, по­лученный из зернового и картофельного сырья. Для переработки используют как ректификат, так и спирт-сырец.

На жизнедеятельность уксуснокислых бактерий большое влия­ние оказывает реакция среды. Принято считать, что оптимальные значения рН для их развития находятся в пределах 3—3,2, однако избыток уксусной кислоты в сбраживаемой среде угнетает жизне­деятельность бактерий-продуцентов. Для сохранения естествен­ной чистоты бактериальной популяции оптимальной считается концентрация кислоты около 10 %. Важным показателем является и предельная концентрация этанола в сбраживаемой среде. Для В. schutzenbachii она составляет 6—7 об. %, для В. curvum — 9—14.

В промышленности уксуснокислое брожение проводят в бата­рее, состоящей из пяти последовательно соединенных ферменте­ров. Первый аппарат батареи является генератором уксуснокис­лых бактерий и непрерывно снабжает все последующие аппараты активной культурой. В нем создаются условия, способствующие быстрому размножению уксуснокислых бактерий. Кроме того, в аппарате происходит интенсивное окисление этанола в уксусную кислоту. Для осуществления этих процессов в первый аппарат не­прерывно подается среда, суммарная концентрация этанола и ук­сусной кислоты в которой составляет 6,4—6,7 %.

В процессе уксуснокислого брожения температура от фер­ментера к ферментеру снижается. Если в первом она равна 28 °С, то в последнем — 25 °С. Уменьшается также и аэрация с 0,35— 0,40 м³/(м³•мин) в первом ферментере до 0,1—0,15 м³/(м³•мин) в последнем. В каждом ферментере создаются условия, способству­ющие интенсивному окислению этанола в уксусную кислоту. Для поддержания заданной концентрации спирта во второй, третий и четвертый аппараты подают среду с 40%-м этанолом. Процесс ведут таким образом, чтобы из пятого аппарата выводилась культуральная жидкость с концентрацией уксусной кислоты не ниже 9—9,3 %. Из 100 дм³ безводного спирта получают 75—90 кг уксус­ной кислоты.

Перед розливом 9%-ю уксусную кислоту (столовый уксус) осветляют бентонитом с добавлением небольшого количества лимонной кислоты. Отфильтрованный на фильтре-прессе раствор поступает на розлив.

В производстве уксуса спиртовое брожение лучше всего осуще­ствляют отселекционированные штаммы винных дрожжей (на­пример, Saccharomyces ellipsoideus), которые помимо этанола син­тезируют побочные продукты метаболизма, улучшающие вкус и аромат. Уксус, полученный микробиологическим путем (пищевая уксусная кислота, столовый уксус), как и вино, различается по сортам в зависимости от характера сбраживаемого субстрата. Из­вестны яблочный, виноградный, грушевый и другие сорта уксуса. Уксус, полученный при брожении, имеет приятные аромат и вкус, которые обусловливают побочные продукты брожения: сложные эфиры, высшие спирты, органические кислоты.

Уксусная кислота стала первым микробиологическим продук­том, полученным с помощью иммобилизованных клеток. В тече­ние длительного времени применяется адсорбирование уксусно­кислых бактерий на древесной стружке, древесном угле, коксе и других субстратах. Пропуская раствор этанола через генераторы с иммобилизованными бактериями, получают 10—15%-й раствор уксусной кислоты.

Действие уксусной кислоты, основанное обычно на сниже­нии рН консервируемого продукта, проявляется при концентра­ции выше 0,5 % и направлено главным образом против бактерий. Ее используют при изготовлении майонезов, соусов, при марино­вании рыбной продукции, овощей, ягод и фруктов. Уксусную кис­лоту также широко применяют как вкусовую добавку.

Применение ацетата калия, натрия, кальция и аммония раз­решено в производстве овощных консервов и маринованных про­дуктов.