KWAS OCTOWY powst podczas fermentacji octowej. Polega ona na tlenowym rozkładzie alkoholu etylowego na kw octowy, wodę i produkty uboczne. Zdolność do fermentacji octowej maja bakterie octowe Acetobacter. C2H5OH + O2= CH3COOH + H2O + 117 kcal. PRODUKCJA OCTU NA SKALE PRZEMYSŁOWĄ- Produkcja octu spirytusowego polega na stworzeniu możliwie największej powierzchni, na której następuje utlenianie alkoholu. Powierzchnię tę stanowią wióry bukowe, nasycone 6% octem, z którym wprowadzane są bakterie octowe. Następnie zwilża się je rozcieńczonym spirytusem. Jako naczyń fermentacyjnych używa się specjalnych aparatów drewnianych, tzw. stojaków lub generatorów. Najnowsze metody polegają na bezpośrednim napowietrzaniu roztworu alkoholu zawierającego bakterie, bez użycia wiórów. SUROWCE stosowane do fermentacji kw oct należą: 1) surowce będące źródłem alkoholu etylowego: spirytusy różnego rodzaju (spirytus surowy lub rektyfikowany albo w zależności od pochodzenia spirytus ziemniaczany, zbożowy, melasowy, owocowy), wino ( do produkcji octu winnego), piwo, przefermentowany sok owocowy oraz substraty węglowodanowe jak słód zboże ziemniaki, trzcinę i buraki cukrowe oraz melasa i in ( owoce, miód, syropy, serwatka). Substraty zawier etanol mogą być poddawane bezpośred fermentacji octowej natomiast surowce węglowod wymagają uprzedniego przefermentowania do etanolu ( bezpośrednio lub po hydrolizie); 2) składniki podłoża niezbędne dla wzrostu bakterii octowych: cukier, azot i fosfor ( źródłem azotu i fosforu w fermentacji octowej jest fosforan dwuamonowy), K, Mg, mikroelementy i biostymulatory; 3) woda i powietrze. Woda jest stosowana w produkcji octu do sporządzania denaturatu octowego i brzeczki, rozcieńczania gotowego wyrobu do wymaganej mocy, chłodzenia brzeczki oraz mycia butelek i urządzeń produkcyjnych. Woda technologiczna powinna odpowiadać wymaganiom stawianym wodzie pitnej , a zatem nie może zawierać substancji szkodliwych dla zdrowia i dla bakterii oraz składników wpływających ujemnie na jej smak, zapach, barwę, powodujących mętność lub wskazujących na jej zanieczyszczenie. Powietrze dostarczane jest do fermentacji octowej w celu zapewnienia rozwoju bakterii octowych i prowadzeniu procesu utleniania alkoholu do kw octowego. Powietrze stosowane do natleniania powinno być pozbawione zanieczyszczeń takich jak: H2S, Cl, CO, SO2, pary benzyny i inne rozpuszczalniki. Do pożywek organicznych zalicza się: wyciągi słodowe, niechmieloną brzeczkę piwną, piwo, wino, soki i wyciągi owocowe, melasę, syrop skrobiowy, preparaty otrzymywane z drożdży, glukozę, glicerynę, maltozę, sacharozę, kw mlekowy oraz aminokwasy i witaminy. Pożywkę nieorganiczna stanowi: mieszanina soli mineral (wodorofosforanów i siarczanów amonu, potasu, magnezu, wapnia i ewentualnie sodu). PRZYGOTOW DENATURATU I BRZECZKI FERMENTACYJNEJ. Denaturat octowy jest mieszaniną spirytusu, octu i wody, przygotowaną w ten sposób że stężenie etanolu wynosi 20% obj a stężenie kwasu octowego co najmniej 10% stężenia etanolu czyli minimum 2%. Proces przygotowania denaturatu octowego nazywa się skażeniem. Spirytus po dokładnym zważeniu przepompowuje się do kadzi denaturacyjnej, do której wlano część wody przewidzianej dla partii denaturatu i część przewidzianą dla octu. Zawartość kadzi miesza się z użyciem mieszadła mechanicznego lub sprężonego powietrza i uzupełnia się wodą do ustalonej objętości. Prawidłowo przygotowany denaturat może być uzyty do przygotowania brzeczki fermentacyjnej. Istotne jest żeby stężenie brzeczki w kolejno przygotow jej partiach było jednakowe, różnica nie powinna przekraczać 0,2%. Do kadzi przeznacz na brzeczkę wlewa się najpierw część wody a nast. obliczoną objętość denaturatu i dopełnia się wodą o przewidzianej objętości. Następnie dokładnie Misza się zawartość kadzi. Przygotowaną brzeczkę należy nast. poddać analizie na zawartość etanolu i kw octowego a nast. należy dodać odpowiednie składniki pożywki i ponownie dokładnie wymieszać. KWAS PROPIONOWY i jego sole ( sodowa, potasowa i wapniowa) wykazują fungistatyczne i bakteriostatyczne działanie, dlatego kw propion stosowany jest jako środek konserwujący zielonki, kiszonki, siano, wilgotne ziarno. Stosowany w technologii żywności do zapobiegania pleśnieniu pieczywa i serów dojrzewających. Stęż tego kwasu w granicach 0,3-0,5% hamuje rozwój grzybów z rodzaju Aspergillus, Penicillium, Rhizopus, Mucom. W stosunku do bakterii hamujące działanie przy stężeniu 1,6-6%. DROBNOUSTROJE- spośród bakteruu z rodzaju Clostridium, Selenomonas, Veillonella, Propionibacterium zdolnych do biosyntezy kw propion, największe znaczenie mają bakterie z rodzaju Propionibacterium tj P. freudenreichii, shermanii. Ponadto bakterie te syntetyzują wit B12 i folacynę, co ma znaczenie dla wzbogacania pasz i żywności w witaminy. SUROWCE- substratem do produkcji może być melasa, ługi posulfitowe, hydrolizowana skrobia. Doskonałym podłożem do otrzymyw tego kwasu jest serwatka. OTRZYMYWbakterie propionowe rosną w temp 15-40*C, najintensywniej biosynteza zachodzi w temp 24*C przy pH 6-7. Podczas fermentacji propionowej otrzym nie tylko kw propionowy ale i octowy, CO2, a w śladowych ilościach kwas izowalerianowy, mrówkowy, mlekowy. W wyniku fermentacji w podłożu otrzym głownie kwas propion i octowy w stosunku ilościowym 1,7:1 do 4:1. Z 3 cząsteczek glukozy w wyniku fermentacji otrzymuje się 4 cząst kw propionowego i po 2 cząst kw octowego i CO2. Intensywna biosyntezę kw propionowego stwierdzono stosując kultury mieszane tj bakterie propionowe z balteriami mlekowymi a zwłaszcza Lactobacillus casei. W tym przypadku kw mlek syntetyzow przez bakterie mlek jest wykorzystyw przez bakterie propionowe jako źródło węgla. Bakterie propionowe mogą również przetwarzać kwas mlek na propionowy. W wyniku procesów życiowych bakterii fermentacji mlek z 3 cząst kw mlek otrzym się 2 cząst kw propionowego oraz po 1 cząst kw octowego i CO2. WYDZIELANIE Z PODŁOŻA jest trudne. Można zastosować procesy krystalizacji, destylacji lub ekstrakcji. Najczęściej jednak kwas propionowy używany jest w postaci zagęszczonej cieczy pohodowlanej, po uprzednim oczyszczeniu metodami wirowania, filtracji lub ultrafiltracji.
MET FERMENT KW OCTOWEGO można podzielić na 3 grupy: 1) metody powierzchniowe- stosowane przy produkcji octu winnego, słodowego, owocowego i innych o mocy do 8%. Do metod można zaliczyć: MET ORLEAŃSKĄ- fermentacja prowadzona jest w beczkach ułoż poziomo jedna na drugiej. Przy uruchamianiu fermentacji beczkę napełnia się klarownym octem i dolewa wina. Co kilka dni dodaje się kolejne porcje wina po 1 dm3, aż do uzyskania objętości 10 dm3. Po napełnieniu beczki, gdy kwasowość podłoża osiągnie wielkość pH=5-6 opróżnia się ja do połowy, uzyskując płyn o zawartości 5-6% kw octowego i ponownie uzupełnia się zawartość beczki świeżym winem. Co kilka dni pobiera się kolejne partie octu po 10 dm3, dodając na to miejsce wina. Uzyskany ocet nazywany jest vinegar; MET PASTEURA- poleg na zastąp beczek kufami, wykonanymi z drewna. Kufy napełnia się brzeczką i szczepi czystą kulturą bakt octowych. Metoda ta może być prowadzona systemem ciągłym. Wówczas kufy ułożone sa pionowo jedna nad drugą i napełniane w ten sposób że począwszy od góry, kolejne kufy zawierają brzeczkę o coraz wyższej kwasowości i coraz niższym stęż alko. W ten sposób górna kufa jest zasilana brzeczką, a z dolnej spływa ocet o właściwej mocy. 2) metody ociekowe w których fermentacja prowadzona jest w zbiornikach wypełnionych materiałem porowatym. Osadzone na powierzchni wypełnienia bakterie octowe omywane są ociekającą brzeczką, która jest w kontakcie z powietrzem znajdującym się w porach wypełnienia. Do metod tych zalicza się: MET BOERHAAVE'A- w której wykorz się urządzenie oparte na zasadzie ociekowego kontaktowania brzeczki z powietrzem. Składa się ono z dwóch zbiorników napełnionych materiałem porowatym np. wióry. Zbiornik napełnia się świeżo wytworz octem winnym. Po jego usunięciu do jednego ze zbiorników wlewa się brzeczkę o niskiej kwasowości i dużej zaw alko. Przepompow się cała ciecz do jednego zbiornika. W drugim opróżnionym zbiorniku bakterie umiejscow na porowatym wypełnieniu utleniają alko do kw octowego przy udziale tlenu atmosfer. Po upływie kilku tyg uzyskuje się gotowy ocet; MET STOJAKOWĄ- jako substrat stos się spirytus. Metoda poleg na tym, że brzeczka spływa po porowatym materiale, którym sa wióry bukowe, a w przeciwprądzie przepływa powietrze. Bakterie octowe są umiejscow na powierzchni materiału porowatego. Wióry umieszcza się na rusztach w kadziach drewnianych lub kamionkowych tzw stojakach. W wyniku procesu utlenienia alko uwalnia się ciepło, które ogrzewa wnętrze stojaka do temp wyższej niż na zewnątrz. Ta różnica temp powod zassanie powietrza z zewn i jego przepływ przez stojak. Zraszanie wiórów w stojaku odbywa się za pomocą rozpryskiwaczy, które równomiernie rozprowadz brzeczke na całej powierzchni stojaka. Świeże wióry bukowe muszą być uprzednio zakwaszone. Do tego używa się octu filtrowanego z octowni. Zakwaszanie wypełnienia należy prowadzić do momentu gdy kwasowość octu odciekowego zrówna się z kwasowościa octu zalewowego. Po zakończ procesu zakwaszania stosuje się brzeczkę o zaw 1-2% alko i 9-10% kw octowego. Pierwsze partie brzeczki powinny zawierać bogatszą pożywkę. Ze stojaków przefermentow brzeczka spływa do kadzi odciekowej. Z kadzi tej gotowy ocet surowy jest kierowany do kadzi magazynowej. Część octu lub niecałkowicie przefermentow brzeczka kier jest do kadzi zasilającej w celu przygotow świeżej porcji brzeczki. Sa dwie metody prowadz fermentacji w stojakach: jednostopniowa i dwustopniowa. Met jednostop polega na tym, ze do wszystkich stojaków kierowana jest brzeczka o tym samym składzie i w tej samej ilości. W met dwustop stojaki podzielone na dwie grupy. Obie grupy maja tę samą brzeczkę ale w różnych ilościach. Pierwsza grupa zalewana jest brzeczką większej ilości, tak że w odcieku pozostaje 1% alko- odciek ten jest używany do sporządzania brzeczki. Drugą grupę stojaków zalewa się brzeczką w takiej ilości, by alko został odfermentow do ok. 0.2%- jest to ocet handlowy; MET GENERATOROWĄ- fermentacje prowadzi się w generatorach, w których nad wypełnioną wiórami bukowymi przestrzenią roboczą jest rozpryskiwacz. Pod rusztem znajduje się zbiornik generatora. Każdy generator jest wyposażony w pompe cyrkulacyjną wraz z filtrem, dmuchawę powietrzną, chłodnicę, kadkę niwelacyjna, ropryskiwacz i kondensator oraz przyrządu kontrolno-pomiarowe. Uruchom generatora prowadzi się z użyciem tzw octu zarodowego z innego, dobrze pracującego generatora. Zakwaszanie wiórów trwa przez okres 3-4 szarż w generatorze zarodowym, a objętość octu jest w równa objętości wiórów w generatorze uruchamianym. Pierwsze partie octu spływaj z wiórów maja niską kwasowość i brunatna barwę, gdyż z wiórów wymyw są garbniki. Ocet ten po zobojętnieniu usuwa się do kanału. Spływający w dalszym ciągu ocet należy usuwać z generatora badając jego moc i zabarwienie. Zakończenie zakwaszania powinno się zbiegać z osiągnięciem w generatorze zarodowym stężenia alko resztkowego rzędu 2% a kwasowość octu w generatorze uruchamianym powinna przekroczyc 9%. Potem należy wtłoczyć do uruchamianego generatora brzeczkę i rozpocząć ciągłą cyrkulacje brzeczki. Stęż alko i kw octowego w brzeczce powinno być takie jak dla generatora zarodowego, ale dawka pożywki powinna być podwójna. Fermentację w generatorach prowadzi się w sposób półciągły. W momencie odfermentowania etanolu do określ stężenia część cyrkulującej cieczy wymienia się na świeżą brzeczkę. O kształtow się stężeń etanolu i kw octowego podczas ferrnentacji decyduje stęż brzeczki, jej objętość i sposób wtłaczania.3) metody wgłębne w których proces przebiega w całej objętości cieczy w której zawieszone są kom bakterii i która jest intensywnie mieszana i napowietrzana. Stosuje się w nich samozasysające turbiny napowietrzające. Zasada ich działania poleg na tym ze za każdą łopatką obracającej się turbiny tworzy się strefa obniżonego ciśnienia co powod zasysanie samoczynne powietrza z otoczenia do wnętrza fermentora. 3 typy fermentorów do prod octu: acetator, cavitator i vinegator. Ze wzg na pienienie się brzeczki fermentującej w metodzie wgłębnej fermentory są zaopatrz w różne systemy odpieniające. W acetatorach stosowany jest odpieniacz mech, działający na zasadzie wirówki wydziel powietrze z powstającej piany na zewn a piana jest zwracana do fermentora. W vinegatorach stosowany jest odpieniacz o budowie wirnika wirówki talerzowej. Wirujące talerze, umieszcz w górnej części fermentora odrzucają ciecz a powietrze pozbawione piany uchodzi do atmosfery. Fermentory do produkcji kwasu octowego są wyposaż w aparaturę kontrolno-pomiarową , mierzącą szybkość dopływu powietrza, regulującą temp oraz zasilacz turbiny,mogą być wyposaż w elektrody do ciągłego pomiaru stęż tlenu rozpuszcz w brzeczce, połączone z rejestratorem i z układem regulacji dopływu powietrza. Fermentory uruchamia się z użyciem kultury bakterii rozmnożonych w fermentorze pilotowym lub z użyciem octu zarodowego, który przepompow się do fermentora uruchamianego. Po jego wtłoczeniu do fermentora wprow się odpowied objętość brzeczki., tak by stosunek stęż kwasu octowego do etanolu wynosił 6:4. Fermentacje metodą wgłębną prowadzi się w sposób półciągły- w momencie odfermentowania alko do odpow stężenia określ część fermentującego podłoża wymienia się na świeżą brzeczkę. OBRÓBKA OCTU SUROWEGO obejm leżakow, filtrowanie, klarowanie, rozcieńczanie i utrwalanie octu przez zastosow pasteryzacji lub siarkowania.
KWAS MLEKOWY ( 2- hydroksypropionowy)- zawiera asymetr atom węgla i wyst w postaci izomerów optycznych: kwas L(+) mlekowy i D(-) mlekowy oraz jako mieszanina racemiczna- kwas D,L mlekowy. W przyrodzie wyst kwas optycznie czynny. Produkt otrzym w wyniku syntezy chem jest racemiczny a kwas otrzymany na drodze fermentacji wykazuje skręcalność bardziej w prawo. Kwas mlek jest stosow głównie jako środek służący do zakwaszania produktów spożywczych w przemyśle owoc-warzyw, mięsnym, piekarskim, winiarskim i piwowarskim, koncentratów spożywczych, mleczarskim, cukierniczym oraz w gospodarstwie domowym. Jego obecność przyczynia się do obniżenia pH i poprawy smaku wyrobów lecz również do zwiększenia intensywności antyoksydantów. Poza produktami spożywczymi kwas melk jest stosow do garbowania skóry, w przemyśle tekstylnym do utrwalania barwników, w przemyśle chem do produkcji środków owadobójczych i grzybobójczych oraz w przemysle farmaceutycznym kosmetycznym, przy leczeniu różnych chorób i dolegliwości oraz do pielęgnacji skóry i włosów. Kwas mlek otrzymuje się przez fermentację mlekową surowców węglowodanowych za pomocą bakterii fermentacji mlek. Proces technologiczny produkcji kwasu mlekowego składa się z dwu zasadniczych faz: 1) fermentacji mlekowej; 2) oczyszczania i zagęszczania kw mlekowego. SUROWCE DO PRODUKCJI można podzielić na 3 grupy: 1) surowce zawierające cukier tzw pożywki węglowodanowe jak skrobia ziemniaczana lub zbożowa, sacharoza, glukoza, maltoza, serwatka, ługi posulfitowe. Surowce skrobiowe muszą być uprzednio scukrzone enzymatycznie; 2) surowce zawierające azot tzw pożywki azotowe czyli związki będące źródłem azotu oraz biostymulatory. Najodpowiedniejszymi pożywkami azotowymi są: kiełki słodowe, niechmielona brzeczka piwna, zarodki żytnie i pszenne, autolizaty drożdżowe oraz wyciągi fasoli i wyki; 3) materiały pomocnicze jak kreda lub tlenek wapnia, kwas siarkowy, żelazocyjanek potasu oraz węgiel aktywowany. DROBNOUSTROJE- do produkcji kwasu mlek stosuje się homofermentatywne bakterie mlek ( syntetyzujące wyłącznie kw mlek) z rodzaju Streptococcus i Lactobacillus. METODY OTRZYMYWANIA- zaciery fermentacyjne sporządza się z pożywek węglowo i azotowych zmieszanych w odpowiedniej proporcji z wodą. Stężenie cukru w zacierze jest uwarunkow rozpuszczalnością mleczanu wapnia wynoszącą ok. 15% w temp 50*C. Z tego wzg stosuj się zaciery o zawartości 10-13% cukru. Dodatek pożywek azotowych zależy od aktywności biochem bakterii. Najczęściej stos się kiełki słodowe lub zarodki żytnie w ilości 10-20% w stosunku do cukru zawartego w zacierze. W celu otrzym pH= 5,5-6 do zacieru dodaje się węglanu wapnia ( kredy). Ona neutralizuje kw mlek, gdyz zbytnie zakwaszenie środowiska powoduje zahamowanie fermentacji. Kwas mlekowy reagując z węglanem wapnia tworzy mleczan wapnia. Stosuje się również regulację pH zacieru przez automatyczne zobojętnianie środowiska wodorotlenkiem wapniowym lub amonowym w sposób ciagły. To umożliwia utrzym pH na optymalnym dla danego szczepu poziomie. Szybkość fermentacji zależy od ilości bakterii i szybkości ich rozmnażania. Trwa ok. 8-10h. Fermentacje można uznać za zakończoną jeżeli stęż cukru i kwasu mlek w zacierze spadnie poniżej 0,5% co trwa ok. 2-8dni w zależności od początkowego stężenia cukru i warunków fermentacji. Wydajność fermentacji wynosi przeciętnie ok. 95% w stosunku do wprowadzonego cukru. Z jednej cząsteczki cukru otrzym się dwie cząst kw mlekowego Serwatka ze wzg na 4,5-5% zawartości laktozy, soli mineral i białka jest doskonałym surowcem do produkcji kw mlek. Serwatka po zagęszczeniu do 10-12% zawartości laktozy i wzbogaceniu w substancje odżywcze jest poddawana w temp 43*C o pH=5,4-5,7 fermentacji przez L. bulgaricus. W trakcie fermentacji stos się wodorotlenek amonu do neutralizacji kw mlek. Fermentacje prowadzi się 14-16 h do momentu gdy w pożywce zostanie nie więcej niż 0,2% laktozy. Płyn po fermentacji oczyszcza się metodą baktofugacji a zawarty w nim mleczan amonu jest przeprowadzany w kw mlek przy użyciu wymywaczy jonowych. METODY OCZYSZCZANIA- przefermentowany zacier o zawartości 10-12% mleczanu wapnia alkalizuje się wodorotlenkiem wapnia do pH 9-10 i ogrzewa do temp 80-90*C. Zawarte w zacierze kom bakt oraz inne substancje białkowe ulegają koagulacji i są oddzielane wraz z wprowadzoną pożywką azotową. W celu usunięcia substancji barwnych do zacieru dodaje się węgla aktywnego i pozostawia na 3-5 h a nast. odfiltrowuje. Cukry nie przefermentowane na ogół przechodzą do roztworu i w wyższych temp karmelizują, dając barwne trudno usuwalne produkty. Wybór metod oczyszczania zależy od jakości surowców używanych do fermentacji. Przy uzyciu surowców czystych ( glukoza, sacharoza) stosuje się metody oczyszczania bezpośredniego poleg na usunięciu metali ciężkich za pomocą żelazocyjanku potasu, sodu, wapnia oraz częściowym usunięciu substancji barwnych za pomocą węgla aktywnego. Dla polepszenia smaku i zapachu kwasu mlek traktuje się go środkami utleniającymi np. nadtlenkiem wodoru a składniki lotne wydmuchuje się sprężonym powietrzem. Do złożonych metod oczyszczania stosow w przyp użucia surowców nieczyszczonych jak melasa, serwatka nleży krystalizacja mleczanu wapnia z roztworu podgęszczonego do ok. 25% mleczanu który uprzednio oczyszczony był przez filtrację. Wytrącony w postaci igiełek mleczan wapnia oddziela się na prasach i przetwarza na kw mlek rozkładając go kw siarkowym i oddzielając wytrącony osad gpsu w filtrach próżniowych. Otrzym kw mlek zagęszcza się do wymaganego stężenia i oczyszcza do otrzym czystego kw mlek. Inna metodą oczyszczania kw mlek jest ekstrakcja rozpuszczalnikami organicznymi, zwłaszcza eterem etylowym. Po oddzieleniu warstwy eterowej odpędza się eter przez destylacje a zawraca ponownie do procesu, a kwas mlek oczyszcza się węglem aktywnym. Metoda estryfikacji polega na przeprowadzeniu kw mlek w ester. Składające się z estru kwasu mlek, alkoholu i wody opary zmydla się. Alkohol po rektyfikacji wprowadza się z powrotem do obiegu. Metoda oczyszczania za pomocą jonitów polega na usunięciu wszystkich zanieczyszczeń mineralnych za pomocą przepuszczania roztworu przez kolumny wypełnione żywicami jonowymiennymi. O operacji rozszczepiania mleczanu jonity są regenerowane kwasami mineralnymi oraz przemywane wodą destylow.