автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Исследование и разработка способа получения пищевого уксуса из нетрадиционного сырья

ВСЕСОЮЗНАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫ! НАУК имени В.И.ЛЕНИНА ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧЫО-ИССЯВДОВАТЕЯЬСКИИ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ -БИОТЕХНОЛОГИИ ( ВНИИПБТ )

На правах рукописи

СТОЯНОВА НИНА ВАСИЛЬЕВНА.

УДК 663.15:577.15

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ПИЩЕВОГО' УКСУСА ИЗ НЕТРАДИЦИОННОГО СЫРЬЯ '

Специальность 05.18.07-

"Технология продуктов брожения» алкогольных и безалкогольных напитков"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1990

Г ' ■ .../ / ..

' ^ ;• л .• I . •' - 'V '

С. *г С / . ^ \

✓ - > / / "Л

Работа выполнена во всесоюзном научно-исследовательском институте пищевой биотехнологии ( ШШШБ'Г ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор УСТИННИКОВ Б.А.

Официальное оппоненты: доктор технических наук

ГЕРНЕТ Ы.В. кандидат биологических наук ДВАДЦАТОМ Б.А.

Ведущее предприятие - Ленинградский ликеро-водочный завод

Защита диссертации состоится * " 1991 г.

в часов на заседании Специализированного Совета К-120.86.01

во Всесоюзном научно-исследовательской институте пищевой биотехнологии по адресу: 109033, Иосква, уд. Самокатная, д.46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БНИИПБТ. Автореферат разослан "_"____1990 г. .

Ученый секретарь

Специализированного Совета, кандидат технических наук

И.И.Бурачевский

а-:-- \

О;'/',"--" [

;.:;г:м •'! ..• ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. На современном этапе экономического развития особенно актуально?» является проблема более рационального использования производственного потенциала, созданного в народном хозяйстве. Одним из направлений ее решения принято рациональное ' -использование сырья, вторичных материальных ресурсов.

Б пищевой промышленности образуется относительно высокий уровень побочных продуктов и отхоцоз производства на единицу исходного снрья, Так, в спиртовой отрасли при ректифзкацлв спирта-сырца выход головной фракции этилоеого спирта ( ЭАФ ) - побочного продукта производства - составляет 1,5-5,£$.

В настоящее время большая часть подвергается дальнейшей зазг.ояке, в результате которой получает.Э2% технического эткло-зого спирта, использующегося в химической промышленности я ь-7% юнцентратй ЭАф,- который затем сжигается.

Имеющиеся в литературе данные по. составу ЭА5 позволяет пред-голожить, что головная фракция этилового спирта может попользоваться в качестве сырья для получения пищевого уксуса.

Замена традиционного снрья уксусного производства па ЭА5' озволит высвободить высококачественное зерновое сырье, рздно-ально использовать природные ресурсы, снизить себестоимость укуса и обеспечить улучшение экологической обстановка.

Поль и задачи.исследований. Целью настоящей работы является, ¡^следование процесса культавированяя уясусно-кисднх б&ктерзЗ /КБ ) на среде с головпой фракцией этилового спирта и разрз->тка способа получения пищевого спиртового уксуса из яетрэдя-:онного сырья.

Для достижения указанной целя необходвш было репкть сле-ющиз задачи:

- подобрать активный продуцент уксусной кислоты из ЭАФ и определить условия для роста и синтеза уксусной кислоты;

- изучить физиологические особенности выбранного штамма;

- исследовать влияние компонентов нетрадиционного сырья на жизнедеятельность бактерий;

- изучить динамику летучих компонентов культуральной жидкости в.процессе биосинтеза уксусной кислоты УКБ;

- оптимизировать состав питательной среды;

- разработать способ получения спиртового уксуса из голов-•ной фракции этилового спирта;

- проверка полученных результатов исследований в производственных условиях.

Научна^ новизна работы. На основании сравнительных исследований чистых культур бактерий рода Асе<овас<ел выбрана культура А.ра$1еии*апи5 - 27 в качестве активного'продуцента уксуса из ЭАФ.

В результате.изучения зависимости кислотообразующей способности УКБ от физиологического состояния культуры установлено, что наибольшей активностью обладают клетки А.ра$^еиг£апи5-27 поздней экспоненциальной фазы роста.

Впервые исследовано влияние алифатических спиртов и эфиров на жизнедеятельность уксусно-квслых бактерий.

Оптимизирован состав питательной среды с применением метода математического планирования эксперимента.

Изучено потребление растворенного кислорода А.ра$*еииапиБ на разных стадиях уксуснокислой ферментации.

Практическая ценность.. В результате проведенных исследований и полученных зависимостей разработана технология получения пищевого спиртового уксуса из головной фракции этилового спирта,

основанная на использована в чибтой культуры А.ра5*еи«апи5 - 27, что позволяет полностью заменить основное сырье уксусного производства - спирта ректификованного- вторичными материальными ресурсами.

Отработка технологии и производственные испытания разработанного способа на Московском опытной заводе ВНИИПБТ и на Экспериментальном пицекомбинате имени 25 лет Октября, проведенные в опытно-промышленных и промышленных ферментаторах показали, что • внедрение данной технологии позволит снизить себестоимость продукции на 18,8^.

Ожидаемый экономический эффект в расчете на годовой объем производства 279 т.дал уксуса составит 93*74 т.руб или 0,34 т.руб на 1т.дал продукта. .

Результаты исследований по разработке способа культивирования уксусно-кислых'бактерий на среде с головной фракцией этилового спирта использованы при составления "Опытно-промышленного регламента на производство спиртового уксуса из нетрадиционного сырья, ТР-10-0334585-3-89".

Апробация работы. Основные положения диссертации, результаты проведенных исследований доложейы, обсуждены и одобрены на:

- секциях ученого Совета ВНИИПБТ (1987-1990 гг.);

- Всесоюзном симпозиуме "Химии ароматических соединений ( Вильнюс, 1987 г.);

- Всесоюзном совещании "Перспективные направления использования вторичных материальных ресурсов и создания малоотходных и безотходных технологий в пищевой промышленности (г.Черновцы, 1989 г. );

- конференции молодых ученых и специалистов по пищевой биотехнологии ( г.Руза, 1989 г. ).

Публикации. По катериалаы исследований опубликовано 6 печатных работ.

Структура .и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, ? глав, выводов, списка литературы и 5 приложений. Основной текст диссертации изложен на страницах машинописного текста, включает 14 рисунков и 20 таблиц. Список использованной литературы состоит из 210 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

обосновывается актуальность темы диссертационной работы, излагаются цель к основные задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе представлен обзор литературы, состоящий из 5 разделов, где рассмотрены вопросы сырья, применяемого для прои; водства пищевого уксуса в различных странах; микрофлоры уксусного производства и перспективы использования чистых культур; физиологических.особенностей уксусно-кислых бактерий; влияния аэрации и перемешивания культуральной жидкости на биосинтез уксусной кислоты; способов получения биохимического уксуса..

Б литературе имеются сведения об использовании за рубежом в качестве сырья б производстве уксуса различных спиртосодержащих ыатеркалов, эфиров, спирта денатурированного,' в то время как в нашей стране основны:.; сырьем для получения спиртового уксуса является спирт ректификованный.

Литературные данные по изучению микрофлоры уксусных предприятий и исследованию их окислительной способности показывают, что производственная культура является смесью разных видов уксусно-кислых бактерий, отдельные из которых обладают такими неблагоприятные для-уксусного производства свойствами как

способность к переоклслению. Лишь некоторые предприятия используют чистую культуру УКБ.

Недостаточно изучено влияние летучих компонентов сырья на жизнедеятельность бактерий.

Анализ литературных данных показал целесообразность решения проблемы использования вторичных материальных ресурсов - головной фракции этилового спирта - в качестве сырья в производстве пищевого уксуса.

На основе изучения и анализа отечественных и зарубежных публикаций были определены основные направления исследований по )азработке технологии получения спиртового уксуса из ЭАФ, сформированы цели и задачи исследований.

Во второй главе '"Материалы и методы исследований изложены [етоды исследований, методика культивирования продуцента; описа-а экспериментальная установка. ' •

Исследования проводились в лабораторных условиях во ВНИИПБТ, опнтно-проышшентгх условиях на московском опытном заводе и производственных условиях на Экспериментальном пшцекомбинате л. 25 лет Октября.

Для выявления активного продуцента пищевого уксуса из головной закции этилового спирта исследованы .штаммы бактерий рода ¡еЮвасйе^ , полученные в результате селекции и идентификации льтур уксусно-кислых бактерий, выделенных из производственных паратов. Работа с продуцентами уксусной кислоты проводилась на аризованной, твердой и на жидкой питательных средах, приготов-ешых на основе ЭАФ.

Газохроматографический анализ сырья и готового продукта пцествляли на газовом хроматографе "Цвет - 100".

В процессе культивирования уксусно-кислых бактерия содер-ше спирта и уксусной кислоты определяли в соответствии с ме-

тодиками, изложенными .в ОСТ 18-10-86 "Уксус спиртовый пищевой наауральный". Для определения концентрации биомассы, выраженной гвл, разработана методика на основе использования фотоэлектроко-лориметрических измерений.

Третья глава "Подбор активного продуцента пищевого уксуса из головной фракции этилового спирта" содержит результаты сравнительных исследований по выявлению активного шташа бактерий рода Асе^овас£ег- на среде с ЭАФ процессов роста и кислотообразования УКБс целью определения условий приготовления посевного материала.

Основными критериями в подборе штамма являлись устойчивость к уксусной кислоте и высокая скорость кислотообразования.

Исследования показали, что при концентрациях кислоты в среде от 2 до 4 г/100 см3 и ¡2? ЭАФ рост биомассы у культур А.&сеИ ниже, чем у культур А.ра5£еит2апиз ( рис.1 )• При этом штамм $27 обладал более высокой скоростью кислотообразования при концентрации кислоты 3 г/100 см3 - 2,-5 г уксусной кислоты на I г биомассы в час.

С целью выявления наиболее кислотоустойчивого штамма УКБ проводили процесс глубинного культивирования бактерий при стартовых концентрациях 5-7 г / 100 см3".

Результаты опытов показали, что стартовая концентрация 5 Г / Ю0 см3 является низкой для культур А.ра5£еиг4апи5 . При стартовой концентрации 6 г/ 100 сы3 рост и синтез кислоты бактериями А.асе-К' снижается, тогда как увеличивается скорость кислотообразования А.ра54еиг1апиз . С повышением стартовой концентра' цив кислоты до 7,0 г / 100 см3 уменьшается кислотообразующая способность у всех исследуемых культур дсе^овас^е/* . Из полученных данных установлено, что стартовая концентрация оптимальная для

Уксусная кислота, г/100 см3

Рис. I Рост и размножение.бактерий рода Асе^овас^ег- на среде • с ЭАФ при различном содержании кислоты 1,2,3 -А.асе*£( шт. 6, 23, 10 ) 4,5,6 - А.ра^еигшшЗ ( шт. Ш 27, 3, 21 )

а-

А.ра$£еигшпи5 - 6 г/100 см3. Наиболее устойчивой к высоким концентрациям кислоты являлась культура А.ра51еих/апи табл.1 ).

На основании проведенных исследований данный шталш был выбран в качестве активного продуцента уксуса из ЭАф.

Таблица I

Влияние стартовой концентрации уксусной кислоты на процесс кислотообразования

Конечные IСтартовая 1_Штаммы Асе^овас^ел-_______

показатели 1концентрац. 1 _А.асеП_) k.vas^emlв.^a^ís_

I к-тн.г 1001 I 1 II 1 ___I 6 - 1 \_21 1 3_

Концентрация 1 5 • 1 0,29 0,29 0,28 0,36 0,34 . 0,32 биомассы,.г/лI 6 . I 0,17 0,18 0,16 0,25 0,23 0,22 _ • I 7 I 0,12 • 0,13 ■ 0,12■ 0,16- 0,15 < 0,14.

Содержание !■ 5 , 7,43 7,55 7,43 '8,09 7,88 7,64

уксусной кис- 1 .6 1 7,03 7,25 7,06 8,24 7,82 7,7

лоты, г/Ю0см31 7 1 7,36 7,42 7,28 7,99 7,78 . 7,64.

Уд«скорость 1 5 Г 1 1,16 1,22 1,21 1,19- 1,18 1,14'

кислотообразо-1 6 ■ 1 0,84. 0,96- 0,92- 1,24" 1,1 = 1,07

вания,г/г-час I 7 1 0.4 , 0,45 . 0,32 . 0,86 ' 0,72 0,63

Известно, что высокой активностью обладают клетка УНБ в экс--поаещиальной фазе роста. Добавление в этот период развития культуры большого количества субстрата вызывает переход ее в фазу замедления роста в к активному синтезу кислоты. Однако. для каждого продуцента необходимо установить условия, способствующие на-шиденаю продукта.

В результате изучения двншикн роста А.ра^еииап14-27 нами исследована деятельность культуры в разных фазах развития в

установлена зависимость кислотообразующей способности клеток от физиологического состояния бактерий ( табл.2 ).

. Таблица 2

Зависимость кислотообразующей способности клеток А.раз^еиг/апиз от физиологического состояния культуры

фазы роста УКБ {Возраст ¡Прирост !Концент-я1Накопле-1/д.скорость ¡культуры ¡кислоты ¡биомассы !ние к-тжкислотоОб-я ¡ час ¡в среде ,ь г/л ¡г/ЮОсм^! г/ г 'час __/ ! гЛООсм^ ! !

раняя 14-16 0,06-0,12 0,05-0,07 7,59 1,13

|| средняя 16-18 0,18-0,4 0.08-0,11 8,18 1,29

Ц поздняя 18-20 0,5-0,8 0,12-0,18 8,79 . 1,42 фаза замедления-

роста 22-24 0,9-1,4 0,19-0,24 7,6 1,16

Рост биомассы ограничивали добавлением 5%об. ЭАФ на 14-24час культивирования УКБ.

Результаты исследований показали, что наибольшей кислотообразующей 'активностью обладают клетки'А.раз^еимапиз -27 поздней экспоненциальной фазы, при этом прирост кислоты в среде составляет 0,5-0,8 г/ ЮОсм^.В дальнейшем в качестве основного критерия оценки посевного материала был выбран показатель прироста кислоты. • .

Четвертая глава "Исследование процесса окисления ЭАФ при -глубинном культивировании А.ра5*еиг»апи2 -27" . С целью определения возможности использования нетрадиционного сырья для получения уксуса изучено влияние компонентов ЭАФ на жизнедеятельность бактерий, использование летучих веществ сырья в процессе биосинтеза уксусной кислоты.

Влияние компонентов ЭАФ на рост и синтез уксусной кислоты А.ра5*еиг('апи5 -27 исследовали на модельных опытах, основываясь на результаты газогроматографического анализа состара сырья (ЭА^).

В исходную питательную среду, пошило спирта ректификованного, дополнительно вносили, соответствующие концентрации компонентов ЭАф.

Результаты опытов показали, что содержание изоаыилового спирта в среде 0,1$ в выше тормозит рост и развитие бактерий.Отрицательное влияние других алифатических спиртов наблюдается при концентрациях 0,2% ( табл.3 ). Дополнительные исследования позволили установить ингибирующее действие метанола-при концентрации его в среде свыше 0.8$.

Таблица 3

Влияние алифатических спиртов на процесс роста и кислотообразо-вания А.ра5*еиг*апи5 -27

Алифатические ! Биошсса , г/л ! Уксусная кис-та,г/100см^ ■

спирты ' ! количество компонентов в среде, %об.

1 1 ,0,05 ¡0,1 \ 0,2 ) 0,3 1 ¡0,05 | : о-1 \ 0,2 \ 0,3

Ыетанэд 0,35 0,33 0,32 0,33 7,89- 7,95 8,06 8,14

Н.пропанол 0,35 0,35 0.26 0.2 7,84 7,95 6,85 5,85

Изопропанол 0.33 0,33 0.29 0.27 ■7,61 7,44 7,25 7,08

Изоашлол 0,35 0,17 0,04 0,04 7,64 ■ 6,42 3,04 3,04

Изобутанол 0,33 0,34. 0,11 0,08 7,76 7,89 4,19 3,68

Я.бутанол 0,33 0,32- 0,12 .0,08 7,68 7,52 ■ 4,44 3,62

контроль - б/д 0,32. 7,72

Другая зивисикость установлены при изучении влияния э<ри-ров на процесс кнслотоо0разования. С увеличением концентрации эфиров в среде снижается рост бактерий, однако увеличивается синтез уксусной кислоты (табл.4). Из проведенных опытов било установлено, что при этом в среде изменяется содержание этвлово-

го спирта, что следует считать результатом диссоциации эфиров.

Результаты культивирования А.ра$-£еиг/апи5 -27 глубинным способом на среде с этплацетатом, без внесения спирта ректификованного, подтвердили сделанное предположение о том, что Эфи-ры являются субстратом для уКБ, при этом наблвдается а&тивннй рост биомассы и образование уксусной кислоты ( рис.2 ).

Исходная концентрация уксусной кислоты в начальный период составляла 2,5 г/100 см3, содержание этилацетата 2^об. После увеличения кислоты в среде дополнительно добавляли этплацетат в количестве { по 1%об. на 20 и 44 час культивирования УКБ ).

£0 О

8 5-

I—I

Й л

в 4 -

3 3

и ¡>>

о Й

2 ■

1

I

ш

24 48

Длительность, ч

0,28

0,21

и

0,14 са" о о

£5

0,07

о 8

72

Рис.2 Динамка кислотообразования А.раз^езтапив -27 на среде с этилацетатом ^^

—■- кислота; У/л биомасса

добавление этилацетата е среду

Таблица 4

Влияние зфиров на рост и синтез уксусной кислоты УКБ

Конечные IКонтроль! Исходное содержание в среде, параметры |б/добав.!, кетилацетат , Этилацетат

! I----1--1---Г--Г----Т---Т--1-

_. I I 0,1 10,2 10,3 10,5 I 0,1 ! 0,2 1 0,3 10,5

Концентрация 7,95 8,48 8,48 8,42'7,84 8,4 8,93 8,83 7,71 уксусной кислоты,г/ЮОсм3

Содержание

биомассы, г/л 0,33 0,3 0,29 0,31 0,26 0,31 0,27 0,25 0,2Г

Среднесуточный прирост 1,23 1,37 1,37 1,35 1,27 1,35 1,48 1,48 1,18 г/100 см3

На основании проведенных исследований по изучению динамики летучих компонентов культуральной жидкости в процессе биосинтеза уксусной кислоты установлено, что практически все компоненты ЭА.Ф используются УКБ в своем метаболизме, однако первыми ассимилируются этанол .ацетальдегид, метанол и .этилацетат. ( табл. 5 ).

Сравнительный газогрошатографический анализ готового уксу- ' са показал, что уксус, полученный из головной фракции этилового спирта, не содержит вредных веществ и по составу не отличается от уксуса, полученного из спирта ректификованного.

Повышенное содержание формируют букет уксуса, полученного из ЭАФ, содержание метанола находится в допустимых пределах.

Таблица ь

Количественное изменение летучих компонентов ЭАф в процессе биосинтеза уксусной кислоты А.ра5£еиг<апи^ -27

Наименование ! Содержание компонентов, % масс. ! Ассимилировано {исходная ! после ферментации 1 1

¡питательная; питательная! культур.! % нас о.! % ! среда ! среда /жидкость ! !

Ъцетальдегид 0,016 0,006 0,0003 0,0057 95

1роп.альдегид 0,00034 0,0002 0,0001 0,0001 50

'етилацетат 0,0018 0,0011 0,0006 0,0005 45,5

¡тил&цетат 0,02 0,017 0,006 0.011 64,7

1тилпропионат 0,0004 0,0003 0,00018 0,00012 40

Метанол 0,09 0,05 0,004 0,046 91,8

танол 5,78 .5,06 0,22 4,84 95,7

'.пропанол ' 0,0006 0,0003 ■ 0,00016 0,00014 46,6

'зопропанал сл 0 . 0 - -

.бутанол сл 0 0 -

зобутанол 0,0001 . сл сл - -

зоамилод 0,00011 ■ . сл .сл - -

В пятой главе ."Оптимизация состава питательной среды для тубинного культивирования А.раз^еигшпи^ -27 на среде с ЗаУ и )учались потребности культуры в питательных веществах, которые тцественно зависят от применяемого сырья.

С целью изучения влияния источников органического азота и ютовых факторов на образование продукта исследовали Елияние курузного экстракта, цголскевого автолизата, пептона. В резуль-те исследований установлено, что добавление в питательную сре-кукурузного экстракта и дрожжевого автолизата способствует

накоплению биомассы, однако не стимулирует кислотообразующую активность бактерия ( табл.6 ).

Добавление пептона в среду оказывало стимулирующий эффект на скорость кислотообразования, однако его использование на среде с ЗАО следует признать нецелесообразным.

Таблица 6 •

Влияние органических источников азота и ростовых факторов на биосинтез уксусной кислоты А.ра5*еигсапи£ -27

Источники азота !Концент-я ! Конечные параметры !Уд.скорост1

¡вещества !' Г1кислотооб-^

! ! Биомасса !Ук.кис-та„! г/г-час

!в среде ил! г/л I г/100 см !

Кукурузный экстракт I 0,3 ■ 8,18 1,08

2 0,32 8,24 0,97

3 • 0,33 8,2 0,92

Дрожжевой автолизат I 0,32 8,2 0,96 '

2 0,34 8,28 0,92

3 0*,35 8,3 0,88

Пептон I 0,28 8,25 1.Н

2. 0,29 . 8,43 1,2

3 0,3 8,64 1,22

Контроль - б добавок - 0,27 8,12 1,09

на основе проведенных исследований проводилась оптимизация питательной среды по минеральному составу методом математического планирования эксперимента с1 использованием процедуры пошаговой регрессии. Расчет регрессивного уравнения проводился по

юсраше БТвЕС . ь результате выбранного уравнения регрессии, штодом крутого восхождения, была получена оптимальная точка, юответствующая следующему составу питательной среды, г/л: [ЫЪА )2НР04- 1,15, КН2Р04 - 1,15, М9Б04 - 0,26.

В дальнейшем, оптимизированная питательная среда была принта в качестве основной для культивиррвания А.ра$£еи?/апи5 - 27 а среде с ЭАФ.

В главе шестой "Разработка способа получения спиртового ксуса из ЭАФ" приведены результаты исследований процесса полугнил уксуса при разных технологических режимах, на основе кото-игх внбралы технологические параметры культивирования А.ра^беиг/'атеа а среде с ЭАФ.

На основании проведенных ранее исследований процесс уксус-окислой ферментации осуществляли периодическим и полунепрерывны способом, предусматривающим умеренное ингибироваяие роста иокассы А.раь^еих/апиз -27 субстратом или уксусной кислотой Ъ% ЭАФ-и стартовая концентрация кислоты 6 г/100 см3 соответст-енко ).

С этой целью^определено оптимальное количество посевного атериала - не' менее 4СЙ от раб. объема ферментатора, разрасо- . ан способ подачи субстрата.

При периодическом способе культивирования УКБ субстрат вно-или сразу в один прием до суммарной концентрации 9,7 - и,2%.

При полунепрерывном способе получения уксуса основное ко-ичество ЭАФ вносили питательной средой, крепостью 4С#,так, что-ы содержание спирта в среде не превышало при стартовой кон-ентрации 6 г/100 см3, при ограничении роста биомассы субстра-ом питательную среду добавляли в поздней экспоненциальной фазе азвития культуры в течение 10-12 часов.

48 96 144

Длительность ферментации, ч-.

Рис.3 Динаишка биосинтеза "уксусной кислоты л.рая^еигсатя - 27

при разных технологических режимах

I - периодический способ при Р ст. 6 г/100 см3 2,3 - полунепрерывный способ

-уксусная кислота

---этиловый спирт

I добавление ЭАФ в среду

Из ряда опытов было установлено, что лучшие технологический показатели получены при умеренном ингибировании роста биомассы субстратом - производительность 12 кг/м3 в сутки, выход кислоты - 89,( табл.7 ).

Таблица 7

Технологические показатели получения уксуса из ЭАФ при разных технологических режимах

Показатели (Периодический 1 Полунепрерывный способ

!способ при I 1 старт.конц-ии 1 6 г/100 см3 I ! 1 ингибирующий фактор

субстрат Ъ% ЭАФ ,укс. кислота ¡6 г/юо см3

Прои зводительно сть кг/м в сутки 5,2 12,0 6,3

Продолжительность, час 144 120 114

Выход кислоты, Я. •83,6 89,0 86,3

На основе изучения динамики роста и кислотообразования А.ра5*еип'апя5 -27 при разных технологических режимах, ( рис.3 ), а также газохроматографического анализа готового уксуса, в работе сделан вывод о наиболее полном использовании компонентов ЭАФ в период активного роста бактерий. В связи с этим обосновывается выбор-технолгического режима получения уксуса из ЭАФ.

Результаты культивирования А.ра£{еиг(апий -27 на разном сырье показали, что УКБ синтезируют уксусную кислоту из головной фракции этилоеого спирта аналогично спирту ректификоватг-юму, при этом уровень биомассы несколько выше контрольного гаранта , что обусловлено высокой питательной ценностью компонен-ов ЭАФ.

С целью определения оптимального режима аэрации изучено влияние интенсивности аэрации и перемешивания на процесс кисло-тообразования, а также потребление кислорода УКБ в ходе уксуснокислой ферментации на экспериментальной установке и в лабораторных условиях .

Кз ряда опытов установлено, что для активного синтеза кислоты уровень насыщения среды кислородом воздуха должен составлять не менее 1,5 г С^/л-ч < по сульфитному числу ). Проведенные исследования по влиянию аэрации показали, что увеличение удельного расхода гоздуха от 0,3 до 0,9 л/л в мин незначительно увеличивает образование уксусной кислоты, в среде, но при этом возрастают потери от уноса спирта и уксусной кислоты.

Б результате изучения динамики растворенного кислорода в процессе биосинтеза уксусной кислоты А.ра5*еип'апи5 -2? при удельном расходе воздуха 0,3 л/л в мин. установлено, что в период лагфазы потребление кислорода составляе-т 20$, в то время как в период активного синтеза кислоты концентрация растворенного кис-ророда снижалась до ЬО/о. На последней стадии культивирования, когда количество уксусной кислоты в среде увеличивается свыше 8 г/ЮО см3, потребление кислорода бактериями уменьшается (рис.4).

на основе литературных данных, в работе сделано предположение, что с повышением кислоты в среде снижается потребление кислорода клетками укБ вследствйи ингибировании цитохромной системы бактерий высокими концентрациями кислотн.

Дополнительными исследованиями был разработан переменный режим аэрации, предусматривающий удельный расход воздуха на начальной и конечной стадии ферментации ид л/л в мин., в момент активного роста А.ра5*еи?£апи5 -27 и синтеза уксусной кислоты -0,3 л/л в мин.

Из ряда опытов установлена оптимальная температура культи-

вировашзя УКБ для проявления высокой окислительной активности бактерий - 30°С.

100

о

о_

Я?

Й5

К"3

о >>

о

н

■еа ч о Р( о

ч

о

(ч I

К

о. 60 о

и -н о сЗ

РЦ ф

ш к

|20

\ \ <

и. ч. \ \ у г ^^

/1 — -— 1 -----

X У Г

0,4

•5

о

сЗ

О

¿5

40

80

120

Длительность ферментации, ч'

Рис.4. Динамика парциального давления растворенного кислорода

в среде в процессе биосинтеза уксусной кислоты А.ра^еип'алмз

давление растворенного кислорода уксусная кислота

-----.---биомасса

На основе проведенных исследований разработан глубинный полунепрерывный способ получения пищевого спиртового уксуса из головной фракции этилового спирта.

Глава семь "Реализация предложенного способа получения пищевого спиртового уксуса из ЭАФ -в производственных условиях" содержит результаты промышленной проверки разработанного способа в условиях Экспериментального пищекоыбината им. 25 лет Октября.

Экспериментальными данными подтвервдены результаты лабораторных и опытно-промышленных испытаний - производительность ферментатора составила 11,8 кг в сутки, выход уксусной кислоты - 89,3$.

Приведены данные по оценке качества полученного уксуса из ЭАф. '

Результаты расчета экономической эффективности показали, что при объеме производства уксуса 279 т.дал в год она составит 93,74 т.руб или 0,34 т.руб на I т.дад продукта.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ-

1. В результате сравнения окислительной способности шести штаммов Асе^овас-^ел при культивировании на среде с ЭАф отобрана чистая культура А.ра$-<енгсади5- 27, обладающая высокой скоростью кислотообразования -1Г,5 г/г сух. в-ва в час.

2. Установлено, что наибольшей кислотообразующей активностью обладают клетки A.pasteигtaпиs - 27 поздней экспоненциаль- ■ ной фазы роста.

3. Проведены исследования по изучению влияния компонентов ЭАф на жизнедеятельность уксусно-кислых бактерий.

Показано отрицательное влияние сивушных спиртов на процесс кислотообразования. при их содержании в среде свыше 0,1&>б.

4. В результате изучения динамики летучих компонентов культуральной жидкости в процессе биосинтеза уксусной кислота Л.ра^^еиг/апи5 -27 показано их использование в метаболизме бактерий. Более доступными компонентам, ассимилируемые УКБ, являются этанол, ацетальдегиц, метакол и этилацетат.

5. Использование органических источников азота и дополнительных факторов роста ( кукурузного экстракта, црокжевого ав-толизата ) способствует накоплению биомассы уксусно-кислых бактерий, но не оказывает стимулирующего действия на их кислотообразующую активность.

6. На основе метода математического планирования экспериментов разработан оптимальный состав питательной среды: (Л'Н4)2ИР04.- 1,15 г/л, КН2Р04 - 1,15 г/л, 1»3$0А - 0,26 г/л.

7. Проведена исследования процесса образования уксусной кислоты из ЭАф при разных технологических режимах.

Установлено, что при умеренном ингибировании роста биомассы культуры субстратом, производительность и выход уксусной кислоты выше --12 кг/и3 в сутки и 89^.

8. Разработан переменный режим аэрации процесса культивирования А.раз^еиг1'апи5 -27: на .начальной и- конечной стадии ферментации удельный расход воздуха составляет 0,1 л/л'в мин., а период активного синтеза уксусной кислоты - 0,3 л/л в ьин.

9. Реализован в промышленных условиях разработанный способ получения пищевого спиртового уксуса из ЭАф.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения данного способа и условиях Экспериментального-пищекомбината им. 25 лет Октября составит 93,74 т.руб ила 0,34 т.руб на 1.т.дал уксуса.

Основные положения диссертации отражены в следующих пуб-

ликациях:

1. Глазунова Л.Ы., Стоянова Н.В., Галкина Г.В. Исследование в подбор культуры УЕБ при использовании спирта-сырца для получения уксуса^ЦНИИТЭИ пищепром СССР. Эксп. инф. Отечественный и зарубежный опыт. - 1985.-В.2,- С.8-12.

2. Васильева Э.Г., Галкина Г.В., Глазунова Л.Ы., Илларионова В.: Стоянова Н.В., Стрельникова Л.И. Вкусоароматические свойства уксуса, полученного из различного сырья.// Тез. докл. Всесоюз ного симпозиума "Химии ароматических-соединений", Вильнюс, 15-17сен., 1987, С.22-24.

3. Стоянова Н.В., Глазунова Л.Ы., Галкина Г.В*.Определение биомассы уксусно-кислых бактерий при получении спиртового уксуса.// АгроНИИТЭИ пищепром СССР. Деп. рукоп. Ы669. - 1988. -библ.указ. т. - C.I50.

4. Стоянова Н.В., Устинников Б.А., Галкина Г.В. Получение пищевого уксуса на основе использования полупродуктов и отходов производства./^Тез. докл. Всесоюзного совещания "Перспективн направления использования вторичных сырьевых ресурсов и создание малоотходных и безотходных технологий в пищевой промышленности", г.Черновцы, 15-16мая, 1989, С.32-33.

5. Стоянова Н.В. Влияние качества спирта на процесс уксуснокислой ферментации.//Тез. док. конференции молодых ученых и специалистов по пищевой биотехнологии, г.Руза, 24-26 окт., 1989, С. 8-10.

6. Галкина Г.В., Илларионова В.И., федоренкова О.В., Стоянова I Маркова Н.В., Коржикова Е.Ы. Получение пищевых органических кислот, подкислителей, различных видов уксуа на основе нетрадиционных источников сырья и создание экологически чистой малоотходной технологии их производства^ Пищевая промышленность. - 1990, - В.8. - С.26