Аэробные процессы

Аэробные процессы осуществляются хемогетеротрофами в присутствии молекулярного кислорода, но, в отличие от аэробного дыхания (полного окисления), являются процессами неполного окисления.

Часто их называют окислительными брожениями, что совершенно неправильно, поскольку термин «брожение» вполне определенно означает окислительно-восстановительные превращения субстрата, вызываемые микроорганизмами в анаэробных условиях, т.е. при обязательном отсутствии молекулярного кислорода.

Окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями. Этот процесс был известен человеку в глубокой древности. В оставленном на воздухе вине или пиве через некоторое время появлялась легкая муть, а на поверхности — более или менее плотная пленка. При этом вино или пиво закисало и превращалось в уксус.

Окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями протекает в две стадии: сначала образуется уксусный альдегид, который далее окисляется в уксусную кислоту.

В суммарном виде уравнение выглядит так:

Характеристика уксуснокислых бактерий. Уксуснокислые бактерии (рис. 36) — строгие аэробы. Они окисляют не только одноатомный этиловый спирт, но и многоатомные спирты. Так, шестиатомный спирт сорбит они превращают в углевод сорбозу, которая служит сырьем для химического синтеза аскорбиновой кислоты. Некоторые уксуснокислые бактерии окисляют трехатомный спирт глицерин в диоксиацетон, который необходим для химической промышленности; могут окислять и глюкозу в глюконовую кислоту. Она широко применяется в фармацевтической промышленности и медицине, а также в детском питании.

Процессы окисления этих соединений служат для уксуснокислых бактерий единственным источником получения энергии.

Некоторые уксуснокислые бактерии могут вызывать процесс так называемого «переокисления» («сверхокисления»), т.е. дальнейшего окисления образовавшейся из спирта уксусной кислоты до С02 и Н20 (ее полное окисление). Этот процесс представляет большую опасность в производстве уксуса.

Уксуснокислые бактерии (а); пленка уксуснокислых бактерий (б)

Рис. 36. Уксуснокислые бактерии (а); пленка уксуснокислых бактерий (б)

Уксуснокислые бактерии в основном короткие подвижные палочки, встречаются поодиночке, парами или цепочками, эндоспор не образуют, грамотрицательные. Они отнесены к двум родам: Glu- conobacter — палочки с полярным жгутиком (монотрихи), окисляют глюкозу в глюконовую кислоту, способность к окислению этилового спирта в уксусную кислоту средняя, к дальнейшему окислению уксусной кислоты не способны; и Acetobacter — палочки со жгутиками по всей поверхности клетки (перитрихи), не способные к окислению глюкозы, энергично окисляют этиловый спирт до уксусной кислоты, способны к дальнейшему окислению ее до С02 и Н20.

Уксуснокислые бактерии различаются размерами клеток, многие образуют пленки на поверхности среды — хрупкие тонкие или толстые хрящевидные. Пленки образуются в связи с ослизнением бактериальной клеточной стенки. В неблагоприятных условиях бактерии приобретают необычную форму, появляются раздутые, уродливые клетки, толстые длинные нити и т.п.

Уксуснокислые бактерии различаются по своей устойчивости к спирту, способности накапливать различное количество уксусной кислоты (от 4,5 до 9—11%). Оптимальная температура для развития — около 30°С. Они кислотоустойчивы, могут развиваться при pH около 3,0, оптимальные значения pH 5,4—6,3.

Уксуснокислые бактерии широко распространены в природе, обитают на цветах, на зрелых фруктах, ягодах, овощах, обнаруживаются в садовой почве, в прокисших фруктовых соках, пиве, вине, квашеных овощах.

Практическое использование уксуснокислых бактерий. Эти бактерии используют для промышленного получения спиртового натурального уксуса. Известно три метода: стружечно-непрерывно-циркуляционный периодический, стружечно-непрерывно-циркуляционный и глубинный непрерывный. Принцип методов заключается в том, чтобы создать возможно большую поверхность для окисления спирта. Производственной культурой служит Acetobacter aceti.

Производство уксуса стружечно-непрерывно-циркуляционным периодическим методом осуществляют в специальном аппарате — окислителе. В нем находится два ложных дна, на которые уложена рыхло скрученная буковая стружка. В верхней части окислителя имеется приспособление (сегнерово колесо), заполненное питательной средой, которая непрерывно подается на него циркуляционным насосом из нижней части окислителя-аккумулятора, в стенках которого есть отверстия для подачи воздуха (чем лучше аэрация, тем активнее протекает процесс окисления спирта).

Питательная среда содержит этиловый спирт, сахарозу в небольшом количестве, а также уксусную кислоту, минеральные соли как источник азота, фосфора, серы, калия, магния для питания бактерий.

Питательная среда медленно перетекает по стружке, а уксуснокислые бактерии, густо заселяющие поверхность стружки, окисляют спирт в уксусную кислоту. Процесс длится 4—5 сут, за это время спирт практически полностью окисляется и накапливается уксусная кислота (9—10%). Готовый уксус сливают и цикл повторяют.

Последние годы предпочтение отдают непрерывным способам.

Производство уксуса стружечно-непрерывно-циркуляционным методом осуществляют в двух окислителях. Основную часть питательной среды подают на головной окислитель, небольшую часть — на хвостовой. Из головного окислителя культуральная жидкость самотеком поступает в хвостовой, из хвостового непрерывным потоком — в сборник сырого уксуса, а затем следует его фильтрация (осветление).

Наиболее прогрессивным является производство уксуса глубинным непрерывным методом. Оно осуществляется в батарее герметически закрытых аппаратов ферментеров. Первый из них заполняют питательной средой и засеивают культурой уксуснокислых бактерий. Содержимое ферментера перемешивается мешалкой, а через барбо- тер непрерывно подается воздух для аэрации. Под давлением воздуха культуральная жидкость перетекает из одного ферментера в другой и спирт постепенно окисляется в уксусную кислоту.

Готовый уксус, как правило, содержит не менее 9% уксусной кислоты.

Кроме спиртового натурального уксуса производят винный уксус, когда субстратом для окисления служит вино, и яблочный уксус, если используют яблочный сок.

Уксуснокислые бактерии играют и отрицательную роль. Они являются вредителями спиртового, пивоваренного, дрожжевого, консервного производств, в виноделии, в производстве безалкогольных напитков и др.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >