Оцтова кислота

Оцтова кислота (СН₃СООН) – широко використовується в харчовій, промисловості.

Отримання оцтової кислоти із спиртовмісних рідин було відомо більше 10 тис. років тому. В ті часи древні греки і римляни використовували оцет в якості освіжаючих напоїв і отримували, головним чином, залишаючи вино відкритим. В більших масштабах оцет довго отримували в плоских відкритих бочках, в яких плівка бактерій плавала на поверхні. В ХІХ столітті поверхневі процеси стали заміняти більш ефективними. Так, був розроблений процес в струменевому генераторі. В середині ХХ століття з’явились глибинні процеси ферментації. Вдосконалений генератор Фрінгса використовується і в наш час.

Оцтовокисле бродіння засноване на здатності оцтовокислих бактерій окислювати спирт киснем повітря за участі алкогольдегідрогенази в оцтову кислоту:

СН₃СН₂ОН+О₂ → СН₃СООН+Н₂О,

при цьому із 1 моля етанолу утворюється моль оцтової кислоти, а з 1 л 12 об.% спирту виходить 12,4 вагових % оцтової кислоти.

Даний процес можуть реалізувати багато бактерій, але в промислових технологіях для оцту використовують оцтовокислі бактерії роду Acetobacter, інтерес представляють також бактерії Gluconobacter. Більшу частину оцту отримують, використовуючи розведений спирт.

В даний час процес реалізують як поверхневим, так і глибинним способом. Поверхневий режим протікає в струменевих генераторах, заповнених стружкою, об’ємом до 60 м³. Вихідний живильний розчин з бактеріями розпилюють по поверхні стружки, і він стікає, збираючись в нижній частині апараті. Після цього рідину збирають і знову закачують у верхню частину апарату. Процедуру повторюють 3-4 рази, в результаті протягом 3 днів до 90% спирту трансформується в ацетат. Цей старий спосіб протікає більш ефективно і рівномірно в генераторах Фрінгса з автоматичним підтриманням температури і подачею повітря. По такій технології виробляють до 400 млн. л оцтової кислоти в рік.

Сучасні промислові процеси отримання оцтової кислоти реалізують в глибинній культурі в спеціальних аераційних апаратах з термостабілізацією і механічною системою піногасіння. Швидкість аерації складає 3.4 м³/м³×год., обертання ротора – 1500 об./хв., температура – 30˚С. Вихідна інокуляційна суміш містить етанол і оцтову кислоту, відповідно, близько 5 і 7 %; кінцева концентрація оцту через 1,5 доби складає 12-13 %. Процес – напівпроточний, відливно-доливний. Кожні 30-35 годин до 60 % культури заміняють на свіже сусло. При глибинній ферментації вихід продукту становить на 1 м³в 10 разів вище порівняно з поверхневою ферментацією. До початку 90-х років таким способом виробляли до 715 млн. літрів 10% оцтової кислоти на рік.

Розроблений і реалізований ефективний неперервний спосіб отримання оцтової кислоти в батареї послідовно працюючих ферментерів (звичайно 5 апаратів). Температура культивування складає 28˚С для Acetobacter і 35˚С при використанні в якості продуцента культури Bact.schutzenbachii.

Найкращою сировиною є етиловий спирт, отриманий із зерно-картопляної сировини, при його концентрації близько 10%. Оптимум рН для розвитку бактерій – близько 3. При збільшенні вмісту оцтової кислоти в культурі вище 8% ріст бактерій уповільнюється, при 12-14% припиняється. Тому процес проводять в батареї послідовно з’єднаних апаратів. Перший виконує роль інокулятора, тому в нього безперервно подають свіже середовище і підтримують умови, оптимальні для швидкого утворення біомаси бактерій. Культура з першого апарата надходить у другий апарат і далі – в наступні, при цьому транспортування культуральної рідини здійснюється повітрям. В кожному апараті умови ферментації стабілізуються у відповідності з вимогами перебігу ферментації, при поступовому зниженні температури середовища від 28˚С в першому апараті до 25˚С – в останньому. Режим аерації також змінюється від 0,4 до 0,15 м³/м³×хв. концентрація спирту з другого по четвертий апарат стабілізуються на потрібному рівні подачею в них середовища з 40% етанолом. З останнього апарату виводиться культуральна рідина з вмістом ацетату не нижче 9,0 і не вище 9,3%.

Вихід кислоти становить до 90 кг із 100 л безводного спирту.

На постферментаційній стадії після відділення бактеріальної біомаси розчин оцту фільтрують, звільнюючи від зафарбованих і зважених частин, і далі піддають пастеризації. Для підвищення концентрації вихідні розчини виморожують до 20-30%. Подальше концентрування до льодяної оцтової кислоти (98,0-99,8%), проводять методом перегонки.

Рис. 2. Схема одержання столового оцту.

У столовому оцті міститься 5-9 % оцтової кислоти. Оцет з концентрацією кислоти 20-30% отримують шляхом виморожування вихідного розчину. Шляхом перегонки отримують 70-80%-ную оцтову кислоту, звану оцтовою есенцією. Крижана оцтова кислота містить 98,0-99,8% кислоти.

Оцет, одержаний під час бродіння, має приємні аромат і смак, обумовлені побічними продуктами бродіння: складні ефіри (етилацетат та інші), вищі спирти, органічні кислоти.

Оцтову кислоту або оцет широко використовують у харчовій промисловості. Оцет, одержаний мікробіологічним шляхом (харчова оцтова кислота, столовий оцет), розрізняється по сортах в залежності від характеру зброджуваного субстрату. Відомий яблучний, виноградний, грушевий і інші сорти оцту.