3.2. Аеробні процеси

Аеробні процеси – це процеси дихання мікроорганізмів, що здійснюються обов’язково за наявністю кисню. Більшість аеробних мікроорганізмів окислює органічні речовини до СО₂ і Н₂О. Однак деякі мікроорганізми окислюють органічні речовини лише частково, продуктами цього окислення переважно є кислоти. Інколи процеси неповного окислення умовно називають бродіннями. Деякі з цих речовин використовують у харчовій промисловості і народному господарстві - оцтова, лимонна кислоти та ін.

За природних умов ці речовини піддаються подальшому глибокому окисленню до СО₂ і Н₂О, тобто здійснюється повна мінералізація.

Оцтовокисле бродіння

Оцтовокисле бродіння – це окислення бактеріями етилового спирту у оцтову кислоту. Бродіння є важливим у практичному відношенні, бо дозволяє одержувати оцтову кислоту у промислових кількостях з дешевої сировини. Оцтова кислота використовується у харчовій та хімічній промисловості, у сільському господарстві та інших галузях.

Здійснюється оцтовокисле бродіння у два етапи: спочатку утворюється оцтовий альдегід, який потім окислюється у оцтову кислоту:

СН₃ СН₂ОН + 0₂ → 2 СН₃ СНО+ 2Н₂О

етиловий спирт оцтовий альдегід

СН₃СНО + О₂ → 2 СН₃СООН

оцтовий альдегід оцтова кислота

Сумарне рівняння має вигляд :

СН₃СН₂ОН + О₂→ СН₃СООН+Н₂О

етиловий спирт оцтова кислота

Збудники оцтовокислого бродіння зустрічаються на рослинах, стиглих фруктах, ягодах, часто сумісно з дріжджами і багатьма іншими мікроорганізмами. Це малорухомі й нерухомі палички, не здатні до спороутворення, стійкі до кислого середовища, деякі з них витримують концентрацію оцтової кислоти до 7-11%, потребують складних живильних субстратів, оптимальна температура їх розвинення 20-34⁰ С.

Важливими представниками цієї групи є оцтова паличка, що здатна накопичувати до 6% кислоти у субстраті, орлеанська оцтовокисла паличка, що накопичує до 9,5 % кислоти і розвивається на слабкому вині, а тому використовується для одержання винного оцту, а також паличка Щютценбаха, яка утворює суцільну поверхневу плівку і накопичує до 11,5% оцтової кислоти.

Промислове одержання харчового оцту здійснюється завдяки розвитку оцтовокислих бактерій на слабкому розчині етилового спирту з примусовою аерацією.

Оцтовокислі бактерії здатні зброджувати не тільки етиловий спирт, а й інші первинні спирти, перетворюючи їх у відповідні кислоти. Вони здатні також окислювати вторинні спирти в кетони.

Промислове значення має окислення шестиатомного спирту сорбіту в сорбозу, яка потім використовується для одержання аскорбінової кислоти (вітаміну С). Вихід сорбози складає 80-90 % від початкової сировини.

Якщо оцтовокислі бактерії потрапляють на харчові продукти, вони псують їх. Вони є шкідниками виробництва спирту, дріжджів, молочнокислих товарів тощо.

Лимоннокисле бродіння

Лимоннокисле бродіння – це окислювальний аеробний процес перетворення моносахаридів у лимонну кислоту за допомогою пліснявих грибів. Сумарне рівняння цього процесу має вигляд:

С₆Н₁₂О₂ + ЗО₂ → 2 С₆ Н₈О ₇ + 4 Н ₂ О

гексоза лимонна кислота

До лимоннокислого бродіння здатні різні плісняві гриби, але найбільш продуктивними є плісняві гриби з роду аспергіліус нігер. Ці плісняві гриби утворюють переважно лимонну кислоту і в невеликій кількості інші кислоти (оцтову, янтарну, фумарову, яблучну, щавлеву і ін.).

Раніш лимонну кислоту отримували з цитрусових плодів. Це був дуже дорогий і неефективний спосіб, бо плоди містять лише 7-9% лимонної кислоти.

У наш час лимонну кислоту одержують за технологією, запропонованою російськими вченими В.С. Буткевичем і С.П. Костичевим. Основною сировиною за цією технологією є меляса – чорна патока. Розчин її містить біля 15 % цукру, саме на цьому розчині здійснюється розвинення пліснявих грибів при температурі 30-32⁰ С за наявності деяких живильних речовин. Процес триває 6-8 днів, а вихід лимонної кислоти досягає 60-70 % від витрат цукру. Лимонну кислоту піддають очищенню і кристалізації. Лимонна кислота використовується у кондитерських виробах, безалкогольних напоях, сиропах, у кулінарії, медицині та інших галузях.