scan0113

12. BIOLOGICZNE OTRZYMYWANIE KWASÓW

ORGANICZNYCH

12.1. Kwas octowy

12.1.1. Charakterystyka produktu

Kwas octowy (CH₃COOH) jest cieczą o temperaturze wrzenia 118°C i temperaturze topnienia 16,7°C. Zwykle jest używany w postaci wodnych roztworów.

W przemyśle chemicznym stosowany jest stężony kwas octowy otrzymywany metodami chemicznymi. W przemyśle spożywczym stosowane są rozcieńczone roztwory kwasu octowego zwane octem. Ocet produkowany jest metodami mikrobiologicznymi.

Znane są także instalacje otrzymywania stężonego kwasu octowego z octu wyprodukowanego metodami biochemicznymi. Zatężenic kwasu uzyskuje się przez ekstrakcję, np. octanem etylu, i następne odrektyfikowanie rozpuszczalnika.

12.1.2. Charakterystyka procesu

Fermentacja octowa jest procesem biologicznego utleniania etanolu do kwasu octowego. Schemat chemiczny tej przemiany jest następujący:

C₂H₅OH + 0₂ -> CH3COOH + HjO Q = 455 kJ/mol

Zgodnie z bilansem chemicznym z 1 mola etanolu (46 g) o gęstości 0,789 g/cm³, tzn. o objętości 58,3 cm³ uzyskuje się l mol kwasu octowego (60 g) o gęstości 1,049 g/cm³, tzn. 57,2 cnr\ Wynika z tego, że suma stężeń objętościowych etanolu i kwasu octowego w trakcie procesu jest prawie stała. 2 tego względu w przemyśle octowym stosowane jest pojęcie „stężenia ogólnego”, oznaczające właśnie sumę stężeń objętościowych etanolu i kwasu octowego w brzeczce.

Podstawowym surowcem do produkcji octu są rozcieńczone roztwory etanolu otrzymywanego przez fermentację. Jest to tzw. biały ocet lub ocet spirytusowy. Do celów spożywczych produkuje się ponadto, np. ocet winny, otrzymywany w wyniku fermentacji octowej win. Inne rodzaje octów spożywczych otrzymuje się poddając fermentacji octowej przefermentowane soki jabłkowe, poddany fermentacji słód lub scukrzony ryż.

Surowiec do produkcji octu musi zawierać, oprócz alkoholu i wody, składniki odżywcze. Do brzeczki alkoholowej dodawane są sole amonowe i fosforowe, najczęściej w postaci fosforanu amonowego. W niektórych technologiach stosuje się, oprócz soli mineralnych również pożywkę organiczną w postaci ekstraktu słodowego, suszonych drożdży lub ekstraktu drożdżowego.

12.1.3. Mikroorganizmy

Mikroorganizmy utleniające etanol do kwasu octowego są to bakterie octowe z rodzaju Acetobacter. Wyróżniają się one zdolnością życia w warunkach niskiego pH. Są to elipsoidalne pałeczki o długości do 4 pm i średnicy do 0,8 pm. Są bezwzględnymi tlenowcami. Nawet krótka przerwa w dopływie powietrza podczas hodowli powoduje znaczne obniżenia aktywności bakterii. Bakterie są ponadto wrażliwe na dwutlenek siarki, spaliny, pary węglowodorów alifatycznych i aromatycznych.

12.1.4. Typowe schematy technologiczne

Klasyczna metoda produkcji octu, tzw. stojakowa, polega na wykorzystaniu mikroorganizmów bytujących na wiórach drzewnych. Proces prowadzony był w drewnianych kadziach o wysokości ok. 3 m lub kamionkowych zbiornikach o wysokości do 5 m. Kadzie mają podwójne dno - dolne służy do odprowadzania produktu, dno wyższe stanowi półkę oporową, na której spoczywa warstwa wiórów bukowych. Surowice zawierający ok. 4% etanolu i 7-8% kwasu octowego podawany jest od góry i spływa powoli przez wypełnienie. Napowietrzanie ciekłej pożywki następuje w wyniku konwekcji naturalnej. Metoda stojakowa była pierwszym przemysłowym zastosowaniem unieruchomionych komórek w procesie biotechnologicznym.

Znacznym usprawnieniem klasycznej metody stojakowej jest metoda generatorowa. W metodzie tej stosuje się aparaty o pojemności do kilkudziesięciu metrów sześciennych, wy pełnione wiórami. Ciecz odbierana z dołu aparatu przetłaczana jest do zbiornika cyrkulacyjnego, a z niego spływa do generatora. Powietrze tłoczone jest od dołu za pomocą dmuchawy. Dla zapewnienia właściwej temperatury w reaktorze stosuje się chłodzenie recyrkulującej cieczy. Stosowane są też układy automatycznej regulacji natężenia przepływu recyr-kulatu w zależności cd temperatury w reaktorze.