Способ получения пищевого уксуса Советский патент 1984 года по МПК C12J1/04 

Изобретение относится к микробиологической промыопенности, в частнос ти к способам получения пищевого уксуса. Известен способ получения пищевого уксуса путем окисления этилового спирта уксусно-кислыми бактериями в батарее ферментеров, отделения биома сы уксусно-кислых бактерий, экстрагирования ее и возврата экстракта на стадию окисления СП. Наиболее близким к предлагаемому является способ получения пищевого уксуса путем окисления в батарее ферментеров этилового спирта уксусно кислыми .бактериями в питательной среде, состоящей из этилового спирта, уксусной кислоты, фосфата или сульфата калия, фосфата или сульфата аммония и сульфата магния, осветления уксуса с получением биомассы-уксусно-кислых бактерий, обработки биомассы, отделения от нее жидкой фракции и введения жидкой фракции в первый по ходу процесса ферментёр. Обработку биомассы ведут путем ее экстракции спиртом 21.. Недостатком известного способа является низкий выход готового проду та и недостаточная скорость окислени при этом данный способ не обеспечивает более полного использования п тенциальных возможностей клеток бактерий . . Цель изобретения - повышение скорости образования уксусной кислоты и увеличение ее выхода. Указанная цель достигается тем, что согласно способу получения пищев го уксуса путем окисления в батарее ферментеров этилового спирта уксусно кислыми бактериями в питательной сре де, состоящей из этилового спирта, уксусной кислоты, фосфата или сульфата калия, фосфата или сульфата аммония и сульфата магния, осветления уксуса с получением биомассы уксусно кислых бактерий, обработки биомассы отделения от нее жидкой фракции и введения жидкой фракции в первый по ходу процесса ферментер, одновременно с жидкой фракцией в первый по ходу процесса ферментер вводят 0,51,0% от объема питательной среды 5%-ной аммиачной воды, а в качестве жидкой фракции используют гидролизат биомассы в количестве 0,2-2,0% от объема питательной среды. Целесообразно обработку биомассы уксузно-кислых бактерий вести путем ее гидролиза О,5%-1,0%-ным раство- ром лизосубтилина ПОх при гидромоду ле 4-6, рН 6,8-8,5 и 36,5-37, в течение 30-40 мин. Обработку биомассы уксусно-кислых бактерий ведут, путем ее гидpoл зa 8-12%-ным раствором уксусной или 5-7%-ным раствором СОЛЯНОЙ--ИЛИ 9г12%-ным раствором серной, или 9-12%-ным раствором ортофосфорной кислот при гидромодуле 4-6 и 110140 С в течение 1-2 ч, Рекомендуется при осветлении уксуса оклеенного бентонитом, обработку биомассы уксусно-кислых бактерий вести путем ее гидролиза в присутствии бентонита. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Пищевой уксус получают путем окисления этилового спирта при культивировании уксусно-кислых .бактерий на спиртосодержащей среде непрерывным глубинным способом в батарее из 3-4-х ферментеров по приведенной технологической схеме при аэрации 0,20,3 и 28-32С. В головной апарат батареи одновременно с питательной средой, содержащей, %: спирт 7,0-8,0, уксусная кислота 1,5-2,5. одно- или.двузамещенный фосфорнокислый калий или сернокислый калий 0,005-0,02 одно- или двузамещенный фосфорнокислый аммоний или сернокислый аммоний 0,01-0,05, сернокислый магний 0,00.5-0,2, мочевина 0, и 5%-ная аммиачная вода 0,5-1 по объему, подают гидролизат биомассы уксусно-кислых бактерий в количестве 0,2-2% от объема поступающей среды. Гидролизат биомассы уксусно-кислых бактерий получают путем переработки отхода уксусного производства биомассы уксусно-кислых бактерий, отделяемой от уксуса на стадии осветления. Биомассу отделяют фильтрацией через микропористые фильтры или центрифугированием, или сепарированием, или с помощью бентонита, вносимого в сырой уксус в количестве 0,3-0,5%. После внесения бентонита полученную суспензию перемешивают в течение 30-60 мин,отстаивают 4-6,ч; II фильтруют через фильтр-картон. Биомасса, получаемая при осветлении сырого уксуса центрифугированием, фильтрованием через микрофильтры или сепарированием,.содержит 17-21% сухих веществ, а осадок, получаемый при осветлении сырого уксуса с помощью бентонита, содержит 2035% сухих веществ, 3-8% этогю количества составляет собственно биомасса уксусно-кислых бактерий, остальное - бентонит. Путем кислотного или ферментативного гидролиза биомассы уксусно-кислых бактерий удается получить продукты, легко ycвae ыe уксусно-кислыми бактериями - пептиды, олигопентиды и аминокислоты. Кислотный гидролиз биомассы или бентонитового осадка с биомассой уксусно-кислых бактерий осуществляют 8-12%-ной уксусной или 5-7%-ной соляной, или 9-12%-ной серной, или 9-12%-ной ортофосфорной кислотой при гидромодуле 4-6, 110-140С в те чение 1-2 ч. Степень гидролиза по числу разрушенных клеток составляет 70-.80%, гидролизат чистой биомас содержит 7-9 мг/мл аминокислот, а гидролизат бентонитового осадка со держит 1-2 мг/мл аминокислот, в том числе, % от суммы аминокислот: лиЗИН 11, гистидин 5, аргинин 7, аспа рагиновая кислота 9, треонин 6, серин 4, глутаминовая кислота 11, про лин 4, глицин 5, аланин 7, валин б, метионин 2,iизолейцин 5, лейцин 8, тирозин 3, фёнилаланин 4, сумма три птофана, цистеина и цистина состав.ляет 3%. Ферментативному гидролизу подвер гают биомассу без бинтонита. ГидроЛИЗ осуществляют 0,5-1,0%-ным раствором лизосубтилина riOxinpH гидромодуле 4-6, рН 6,8-8,5 и Зб,5-37,5 в течении 30-40 мин. Степень гидрол за составляет 100% по числу разруше ных клеток. Гидролизат содержит 3035% (от сухого веса) белковых соеди нений, в том числе 17-19% белков, 13-14% пептидов, низшие пептиды нокислоты в следовых количествах. Гидролизат биомассы непосредственно подают в головной ферментер без дальнейшей обработки, гвдролизат биомассы с бентонитом необходимо отделить от бентонитового осадка фильт рацией через фильтр-картон, а затем подавать в головной ферментер батаре Бентонитовый осадок направляют на регенерацию, которая заключается в о работке нейтрализующим раствором и водой. После регенерации бентонит возвращают в производство для осветления сырого уксуса. Бентонитовый ос док после уксусно-кислого гидролиза в регенерации не нуждается. Добавление гидролизата биомассы в питательную среду для культивирования уксусно-кислых бактерий позв ляет в 2 раза снизить расход минерал ных солей,. интенсифицировать размножение бактерий в 1,2-1,3 раза и увеличить скорость образования уксусной кислоты в 1,5-2 раза. В результате прибавления гидролизата увеличиваетс проток питательной среды в батарее в 1,5-2 раза, а число ферментеров со кращается от 4-5 до 3. Оборудование, освободившееся в результате интенсификации процесса, можно использовать для увеличения мощности предприятия . В табл, 1 приведена зависимость степени гидролиза (гидромодуль 5 от те пературы и продолжительность процесс Из данных табл.1 следует, что для кислотного гидролиза оптимальным является диапазон температур 110140°С при продолжительности процесса 1-2 ч, так как дальнейшее повышение температуры и увеличение продолжительности гидролиза не дает положительных результатов. Для ферментативного гидролиза оптимальными являются температуры в диапазоне 36,5-37,5С при продолжительности 30-40 мин. В табл.2 представлена зависимость степени гидролиза от концентрации гидролизующего агента и гидромодуля. Из данных табл.2 следует, что оптимальными являются гидромодули 4,5 и 6. Повышение гидромодуля до 7 не дает положительного эффекта по степени гидролиза, но приводит к разбавлению экстрактивных веществ в гидролизате, что экономически не выгодно. Оптимальные концентрации гидролизующих агентов следующие: уксусная кислота 8-12%,соляная кислота 5-7%, серная кислота 9-12%, ортофосфорная кислота 9-12%, лизосубтилин 0,5-1,,0%. Дальнейшее увеличение концентрации гидролизующих агентов не дает положитель-ного эффекта. Ферментативный гидролиз следует осуществлять при значении рН, соответствующем оптимуму действия фермента лизосубтилина. Полный лизис клеток уксусно-кислых бактерий достигается в диапазоне рЕ 6,8-0,5. Отклонения от этих значений приводят к снижению степени гидролиза. Так, при рН 6,7 она равна 85%, а при рН 8,9 9.5%. Данные по выбору оптимальных количеств гидролизатов биомассы уксусно-кислых бактерий, позволяющих интенсифицировать процесс получения биохимического уксуса, представлены в табл.3. Состав подаваемой в 1-й ферментер батареи питательной среды следующий,: этиловый спирт 7,57 уксусная кислота 2,0; однозамещенный фосфат калия 0,01; двузамещенный фосфат аммония 0,02 сульфат магния 0,01; мочевина 0,05 5%-ная аммиачная вода 0,5. Ско-рость образования уксусной кислоты и концентрацию биомассы определяют в 1-м ферментере батареи, где процесс идет наиболее интенсивно. Все варианты гидролиза можно считать альтернативными по их влиянию на скорость образования уксусной кислоты и развитие биомассы уксуснокислых бактерий. Ферментативный гидролизат по активирующему действию на процесс получения уксусной кислоты несколько уступает кислотным гидролизатам, но способ гидролиза брлее быстрый и мене трудоемкий, в этом преимущество ферментативного гидролиза. Оптимальные концентрации для применения гидролизатов чистой биомассы 0,2-0,5% по Ъбъему, для гидролизатов биомассы с бентонитовым осад ком 1-2.%. .. П р, и м е р 1. Осуществляют ;процесс получения пищевого уксуса в батарее из 4-х ферментеров. Состав подаваемой в головной ферментер питательной среды, %: этиловый спирт 6,0, уксусная кислота 2,0/ фосфат калия 0,05, фосфатаммония 0,1, суль фат магния О ,05 , мочевина 0,05/ 5%-ная с1ммиачная вода 1. Во 2-й ферментер подают дополнительно этиловый спиртВ количестве 1,5% от объема среда. Концентрация уксусной кислоты в батарее возрастает следующим образом: 1-й ферментер 5,6%, ,2-й 7,5%; 3-й 8,5%, 4-й 9,1%. Проток 0,44 м /ч, количество 100%-ной уксусной кислоты, получаемое с батареи 750,0 кг/сут, скорость образования уксусной кислоты в 1-м окисли теле 16,0 кг/ч, концентрация биомас сы 0,15 г/л, выход уксусной кислоты 84,46%. ., .1 .. --.- . С 2% солянокислого гидролизата биомассы уксусно-кислых бактерий с бентонитом процесс осуществляют в ба тарее из 3-х ферментеров. Для получения гидр.олизата используют бентонитовый осадок с биомассой (1000 кг1 содержащий 35% сухих веществ. Гидролиз ведут в реакторе 5%-ной соляной кислотой при и гидромодуле б в течение 2 ч. После охлаждения суспензию фильтруют Через фильтр-картон Получают 1750 л гидролизата. При применении этого гидролизата концентрацию неральных и органических добавок в среде, подаваемой в головной ферментер, снижают в два раза (фосфат калия 0,020%; фосфат аммония 0-,05%; сульфат магния О.,020%; мочеви на 0,020%/ 5%-ная аммиачная вода 0,05%), концентрацию этилового спирта увеличивают до 7,5%, концентрация уксусной кислоты 2,0%. Концентрация уксусной кислоты в батарее во растает следующим образом: 1-й ферм тер 6,0%; 2-й 8,1%, 3-й 9,2%. Поток О ,71.,/количество 100%-ноЙ уксусной кислоты, получаемое с батареи, 1227, 1 кг/сут, скорость обр зования биомассы 0,19 г/л. Выход ук сусной кислоты 87,2%. Пример 2. Способ осуществ - : ляют аналогично примеру 1, только- и пользуют фосфорнокислый гидролизат уксусно-кислых бактерий с бентонитом 6- рб-%) вместо солянокислого бентонитового гидролизата. Для получения гидролиза та используют бентонитовый осадок flOOO кг), содержащий 30% су хих веществ. Гидролиз ведут в реакТоре 12%-ной фосфорной кислот9й при гидромодуле 5, 120 С.в течение 1 ч. После охлаждения суспензию фильтруют через фильтр-картон и получают 1000 л гмдролизата. При применении этого гидролизата концентрация минеральных веществ снижена по сравнению с опытом без гидролизата и составляет, %: фосфат калия 0,01, фосфат аммония 0,02; сульфат магния 0,01. Концентрация уксусной кислоты в батарее возрастает следующим образом: 1-й ферментер 6,0%, 2-й 8,3%,3-й 9,4%.Проток , О ,7 м-/ч, количество 100%-ной уксусной кислоты, получаемое с батареи 1243,2 кг/сут, скорость образования уксусной кислоты в 1-м окислителе 28,0 кг/ч, концентрация .биомассы 0,19 г/л. Выход уксусной кисло.ты 87,9%. Приме р 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1, только используют сернокислый бентонитовый гидролиза уксусно-кислых бактерций (1 об.%). Дня получения гидролизата Используют бентонитовый осадок с биомассой (1000 кг, содержащий 33% сухих веществ.. Гидролиз ведут в реакторе 9%-нЬй серной кислотой .при гидромодуле 4 в течение 2 ч при -Д30 С.. После охлаждения и фильтрации получено 650 л гидролизата. При применении этого гидролизата концентрация минеральных и органических добавок составляет, %:. фосфат калия 0,005, мочевина 0,05, фос-фат аммония 0,01, сульфат магния 0,005, 5%-ная аммиачная вода 0,5. Концентрация уксусной кислоты в батарее возрастает следующим образом: 1-й ферментер 6,0%, 2-й 8,1%, 3-й 9,2%. Проток 0,65 м/ч, количество 100%-ной уксусной кислоты, получаемое с батареи 1123 кг/сут, скорость образования уксусной кислоты в 1-м окислителе 26 кг/ч, концентрация биомассы 0,17 г/л. Выход уксусной кислоты 87,7%. Пример 4. Способ осуществляют аналогично примеру .1, но используют уксусно-кислый бентонитовый гидролизат уксусно-кислых бактерий (1 об.%). Бентонитовый осадок с биомассой (1000 кг), содержащий 30% сухих веществ, гидролизуют в реакторе 9%-ной. укрусной кислотой (сырым уксусом) пригидромодуле 5, 120С в течение 2 ч.. После охлаждения и фильтрации получено 950 л гидролизата. При применении этого гидролизата концентрация минеральных и органических добавок составляет, %: фосфат калия О,,02; фосфат аммония 0,05; сульфат магния 0,02, мочевина 0,05; .- ,(- 5%-ная аммиачная вода 0,5. Концентрация уксуеной кислоты в батарее возрастает следующим обраэомд 1-й ферментер 6,0%; 2-й 8,4%; 3-й 9,4%. Проток 0,80 , количество 100%-ной уксусной кислоты, получаемое с батареи 1420,8 кг/сут, скорость образования уксусной кислоты в 1-м окислителе 32 кг/ч, концентрация биомассы 0,18 г/л. Выход уксусной кислоты 87,2%.

П р и м а р 5. Способ осуществляют аналогично примеру 1, но исполь зуют солянокислый гидролизат биомассы уксусно-кислых бактерий (0,2 об,% полученный действием 5%-ного раствора НС1. Для получения гидролизата биомассу уксусно-кислых бактерий 5,0 кг), отделенную от сырого уксуса центрифугированием, гидролизуют 7%-ной соляной кислотой при гидромодуле б, в течение 2ч. Получают 30 л гвдролизата. Концентрация кислоты в батарее возрастает следующим образом: 1-й ферментер 6,0%; 2-й 8,0%; 3-й 9,0%. проток 0,7 , количество. 100%-ной уксусной кислоты, получаемое с батареи 1193 кг/сут, скорость образования уксусной кислоты в 1-м окислителе 28,4 кг/ч, концентрация биомассы 0,18 г/л, выход уксусной кисло- ты 87,5%,

Пример 6. Способ осуществляю аналогично примеру 1, но используют 0,5% уксусно-кислого гидролизата уксусно-кислых бактерий, полученного действием 9%-ного уксуса. Для получения гидролизата биомассу уксуснокислых бактерий (5,0 кг), отделенную от сырого уксуса сепарированием, гидролизуют 9%-ной уксусной кислотой (сырым уксусом) при гидромодут ле 6, 12 ОС в течение 2 ч. Получают 32 л гидролизата. Концентрация мкне ральных и органических добавок в атсмл опыте, %: фосфат калия 0,01; фосфат аммония 0,02, сульфат магния 0,01j мочевина 0,.05; 5%-ная аммиачная вода 0,5. Концентрация спирта 7,0%, концентрация кислоты. 2,5% .

Концентрация уксусной кислоты в батарее возрастает следующим образом: 1-й ферментер 6,5%, 2-й 7,9; 3-й 9,3%. Проток 0,76 мЗ/ч, количество 100%-ной уксусной кислоты,получа мое с батареи 12403, 2 кг/сут, скорость образования уксусной кислоты впервом окислителе 30,4 кг/ч, концентрация биомассы 0,18 г/л, выход уксусной кислоты 87,0%.

Пример7 Процесс осуществля ют аналогично примеру 1, но используют 0,3% сернокислого гидролизата биомассы уксусно-кислых бактерий. Для получения гидролизата биомассу уксус но-кислых бактерий 6,5-«г), отделенную от сырого уксуса центрифугированием, гида)олизуют 9%-ной серной кислотой при гидромодуле б, 120 С в течение 1,5 ч. Получают 45 л гидролизата. Концентрация минеральных

и органических добавок в питательно среде,%: фосфат калия 0,01, фосфат аммония 0,02, сульфат магния 0,01 мочевина 0,05/ 5%-ная аммиачная вода 0,5. Концентрация уксусной кислоты в батарее возрастает следующим образом: 1-й ферментер 6,0%; 2-й 8,05%; 3-й 9,05%. Проток 0,68 м/ч, количество 100%-ной уксусной кислоты, получаемое с батареи 1150,5 кг/сут, скорость образования уксусной кислоты в 1-м окислителе 27,0 кг/ч, концентрация биомассы 0,20 г/л, выход уксусной кислоты 87,1%

П р и м е р 8. Способ осуществляют аналогично примеру 1, но используют 0,2% фосфорнокислого гидролизата биомассы уксусно-кислых бактерий. Для получения гидролизата биомасау уксусно-кислых бактерий (G кг), отделенную от сырого уксуса центрифугированием, гидролизуют 12%-ной фосфорной кислотой при гидрмодуле 6, 120°С в течение 1 ч. Получают 40 л гидролизата. Концентрация минеральных и органических добавок к питательной среде, %: фосфат калия 0,01, фосфат аммония: 0,02; сульфат магния 0,01; мочевина 0,05, 5%-ная аммиачная вода 0,5. Концентрация спирта в среде 8,0%, уксусной кислоты 1,5%. Концентрация уксусной кислоты в батарее возрастает следующим образом: 1-й ферментер 6 , 0.2-й 8,15%; 3-й 9,10%, проток 0,62 , количество 100%-ной уксусной кислоты, получаемое с батареи 1160,6 кг/сут, скорость образования уксусной кислоты в одном окислителе 27,3 кг/ч,концентрация биомассы 0,18 г/л. Выход уксусной кислоты 87,5

Примеру. Способ осуществляют аналогично примеру 1, но используют 0,2% гидролизата уксуснокислых бактерий, полученного действием лизосубтилина Г 10 х. Для полу.чения гидролизата биомассу уксусно/кислых бактерий,отделенную от сырого уксуса центрифугированием (5 кг) нейтрализуют 10%-ным раствором ЫаОН до рН 7,5, затем разводят водой в 5 раз и внося 125 г препарата лизосубстилина 10х, т.е. 0,5%. Смесь выдерживают в термостате при в течение 30 мин. Получают 25 л гидролизата. При его использовании применяют питательную среду, содержащую, %: фосфат калия 0,005; фосфат аммония 0,01; сульфат магния 0,005; мочевина 0,05, 5%-ная аммиачная вода 0,5. Концентрация уксусной кислоты в батарее возрастает следующим образом: 1-й ферментер 6,0%, 2-й 8,0%; 3-й 9,2%. Проток 0,60 количество 100%-ной уксусной кислоты, получаемое с батареи 1036,8 кг/сут, скорость образования уксусной кислоты в 1-м окислиj

24 кг/ч концентрация биомассы 0,18 г/п, выход уксусной кислоты 88,2%.

В табл.4 приведены покаэателй| характеризунлдие предлагаемый и известный способы.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом повышает выход готового продукта на 2%, процесс ускоряется-В 1,5-2 раза за счет повышения окислительной активности культуры.

IТаблица

Таблица 2

Продолжение табл,3 Гида)олиэат Количество гид-Ко ролизата,вводи-би мое в ферментер, об.% fliva « 1В ( -I Ферментативный 0,1 0,2 0,5 0,6 Показатели I Прототип Скорость образования уксусной кислоты в первом окислителе, кг/ч 14 Выход уксусной кислоты,% 85-86

Продолжение табл. 3 нцентрация Скорость обраомассы, зования VKj,/jj сусной кислоты, кг/ч 0,15 16,6 0,18 24,0 0,18 22,4 0,18 20,2. Таблица. 4. I Предлагаемый способ i 24-32 , J 87-88

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ nHUlEBOГО УКСУСА путем окисления в батарее ферментеров этилового спирта уксуснокислыми бактериями в питательной среде , состоящей из этилового спирта, уксусной кислоты, фосфата или сульфата калия, фосфата или сульфата аммония и сульфата магния, осветления уксуса с получением биомассы уксусно-кислых бактерий, обработки биомассы, отделения от нее жидкой фракции и введения жидкой фракции в пер- . вый по ходу процесса ферментер, о тличаюсдийся тем, что, с целью повышения скорости образования уксусной кислоты и увеличения ее выхода, одновременно с жидкой фракцией в первый по ходу процесса ферментер вводят 0,5-1,0% от объема . питательной средм 5%-ной аммиачной воды, а в качестве жидкой фракции используют гидролизат биомассы в количестве 0,2-2,0% от объема питательной среды. 2.Способ ПОП.1, отлич аю1Д и и с я тем, что обработку биомассы уксусно-кислых бактерий ведут путем ее гидролиза 0,S-1,0%-HUM раствором лизосубтилина ПОх при гидромодуле 4-6, рН 6,8-8,5 и 36,5-37,5С в течение 30-40 мин. 3.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что обработку биомассы уксусно-кислых бактерий ве(Л дут путем ее гидролиза 8-12%-ным раствором уксусной или 5-7%-ным раствором соляной или 9-12%-ным раст вором серной, или 9-12%-ным раствором ортофосфорной кислот при гидромодуле 4-G и 110-140 С в течение 1-2 ч. 4.Способ по п.1, отличающийся тем, что при осветлении уксуса, оклеенного бентонитом,обраNl ботку биомассы уксусно-кислых бактеО рий ведут путем ее гидролиза в присутствии бентонита.