Хімічний каталог Введення в біотехнологію стор 50
ю кислоту, а також викликають спиртове бродіння, у ході еволюції пристосувалися до анаеробного способу життя. Оцтова та лимонна кислоти у свою чергу утворюються в аеробних умовах. Очевидно, кислоти грають певну роль боротьби з конкуруючої мікрофлорою, і навіть є резервними джерелами вуглецю. Так, Aspergillus niger після використання цукру можуть використовувати як субстрат лимонну кислоту. У свою чергу оцтовокислі бактерії за відсутності спирту в середовищі асимілюють оцтову кислоту, окислюючи її до води та С02.
Оцтова кислота і оцт
Оцтом називається 5-9%-ний розчин оцтової кислоти СНзСООН у воді. Він був виявлений у кислому вині раніше, ніж оцтова кислота. Потім оцет почали одержувати, зброджуючи спиртовий розчин за допомогою спеціальних оцтовокислих бактерій (Bacterium schutzenbachi, Bact. curvum). В результаті перегонки розчину, що перебродив, отримують 70-80%-ний розчин оцтової кислоти - оцтову есенцію. Концентрація безводної чи крижаної оцтової кислоти 99,8%.
Оцтову кислоту використовують як у харчовій промисловості, так і для розчинення органічних барвників, отримання медикаментів, пластмас, синтетичних волокон, мікробіологічному синтезі як джерело вуглецю та ін.
Для одержаного мікробіологічним шляхом оцту характерні приємний аромат та смак за рахунок утворення в процесі бродіння невеликих кількостей ефірів, наприклад, етилацетату, а також спиртів та кислот.
Оцтовокислі бактерії належать до роду Acetobacter. Це довжиною 0,5—8,0 мкм грамнегативні, що утворюють суперечки палички із джгутиками.
Реакцію утворення оцтової кислоти каталізує фермент алкогольоксидазу. Рівняння реакції має вигляд
СН, СНаОН + Оа -»? CHjCOOH + Н20 + 490 кДж.
Для цьогоПроцес оптимальні реакція середовища рН 3,0 і температура 28°С для культури Bact. schutzenbachi, для культури Bact. curvura - 35-37°С. Концентрація спирту серед 7—15%. кінцева концентрація кислоти 8-14% (у середньому 10%). Якщо в процесі бродіння в середовищі закінчується спирт, відбувається окислення оцтової кислоти.
СН3СООН + 202 – 2С02 + 2Н20.
Треба стежити, щоб у кінці процесу середовищі містилося 0,3—0,5% невикористаного спирту. Під час бродіння необхідно забезпечити хорошу аерацію - теоретично на 46 частин за масою спирту необхідні 32 частини кисню.
У промисловості оцтовокисле бродіння ведуть у вертикальних генераторах за безперервним методом. Генератори заповнюють спеціальною стружкою або іншим наповнювачем з великою площею поверхні, наприклад, деревним вугіллям, коксом та ін. Розчин спирту подають у генератор зверху, повітря продувають знизу зустрічним потоком. Бактерії, що знаходяться на поверхні стружок, окислюють спирт до оцтової кислоти.
Зазвичай діаметр генератора 1-3 м, висота 2,5-6 м. Генератори роблять з дерева, кераміки або нержавіючої сталі, скла або залізобетону, викладеного всередині керамічними плитками. При пуску генератор наповнюють стружкою, підкислюючи її за допомогою оцту до тих пір, поки оцет, що випливає з генератора, має ту ж концентрацію, що і вихідний розчин. Це триває приблизно 8-10 діб. Потім починається основний процес ферментації. Для цього готують середовище, що містить 6% оцту, і додають 3% розчин спирту. Крім того, в середу вносять певну кількість фосфатів калію та сульфат амонію. Середовище рівномірно розливають у верхній частині генератора і дають вільно стікати стружками. Після стабілізації процесу щодня в генератор додають середовище в кількості 16—20% обсягу перебуває в ньому.рідини. Без зміни стружок процес може тривати кілька років. Продуктивність генератора 2,9 кг 100% оцтової кислоти на 1 м3 стружок за добу. Теоретично зі 100 л безводного спирту можна отримати 103 кг оцтової кислоти, практично одержують 75-93 кг оцтової кислоти, оскільки мають місце втрати внаслідок переокислення, неповного окиснення спирту, а також випаровування. Нині широко використовують метод рециркуляції, яким випливає розчин багаторазово повертають у генератор.
На субстратах, що містять вуглеводи, багато молочнокислих бактерій продукують молочну кислоту СН3-СНОН-СООН. Найчастіше вони зустрічаються в молочних продуктах, на їх діяльності засновано отримання кислого молока, сметани та інших кисломолочних продуктів. Молочнокислі бактерії знаходяться і на зерні, тому житній хліб можна отримати після природного бродіння тіста. У промисловості молочну кислоту одержують, використовуючи Bacterium delbruckii (синонім Lactobacillus delbruckii), які належать до термофільних бактерій з оптимумом температури розвитку 45-50°С. У мікроскопі вони помітні у вигляді довгих паличок.
Молочну кислоту широко використовують у хімічній (отримання пластмас, барвників, чорнила, лаків), фармацевтичної н харчової промисловості. Ферментні системи молочнокислих бактерій перетворюють глюкозу на молочну кислоту відповідно до рівняння
СвН1аО„ ->? СН3СНОНСООН + 75 кДж.
Спочатку має місце гліколіз, потім піровиноградна кислота.