Уксуснокислое брожение с уравнением реакции

Уксуснокислое брожение: возбудители и практическое использование

Как известно, слабые вина, оставленные в неполных открытых сосудах, быстро превращаются в уксус. При этом внутри таких алкогольных напитков образуется муть, а на их поверхности — нежная тонкая пленка. Происходит скисание вина под действием бактерий особой разновидности. Относятся эти микроорганизмы к классу аэробных, и разновидностей их существует множество.

Немного истории

О том, что вино может со временем превращаться в уксус, люди, конечно же, знали еще в глубокой древности. Однако, каким образом и по каким причинам происходит этот процесс, было выяснено только в 60-е годы XIX в. В 1867 г. возбудитель уксуснокислого брожения был открыт Луи Пастером. Назвал этот известный ученый открытую им бактерию, образующую на поверхности вина пленку, Mycoderma aceti. В переводе это означает «уксусный гриб». Позднее было выяснено, что Mycoderma aceti — это не один микроорганизм, а несколько видов уксуснокислых бактерий.

Химические формулы

Процесс сбраживания этилового спирта уксуснокислыми микроорганизмами происходит следующим образом:

• CH3CH2OH + O2 → CH3COOH + H2O + E.

То есть уксуснокислое брожение в вине происходит с его дегидрированием. Энергетический эффект при прохождении такой реакции возникает минимальный. Поэтому уксуснокислым бактериям приходится окислять очень большое количество спирта. Ведь им, как и любым другим живым существам, необходима энергия. Превращение этилового спирта в уксус из-за своей интенсивности напоминает анаэробный процесс. Однако относится эта реакция все же к аэробным.

После скисания вина находящиеся в нем бактерии продолжают свою жизнедеятельность. То есть они начинают перерабатывать уже сам уксус. При этом такая кислота преобразуется в углекислый газ (СО₂) и воду (Н₂О). При анаэробном брожении такого происходить попросту не может. Окисление при таких реакциях всегда бывает неполным.

С участием бактерий Mycoderma aceti могут происходить окислительные реакции с образованием уксусной кислоты и с глюкозой. С таким компонентом химическая формула брожения выглядит следующим образом:

C6H12O6 + 2O2 → 2CH3COOH + 2CO2↑ + E.

В данном случае, помимо собственно самого уксуса, образуется и углекислый газ. Также в процессе этой реакции выделяется немного энергии. Помимо Mycoderma aceti, возбудителями уксуснокислого брожения могут быть микроорганизмы группы Gluconobacter.

Что представляют собой бактерии

Окислять уксуснокислые микроорганизмы способны не только этиловый спирт и глюкозу. Такие бактерии превращают:

пропиловый спирт в пропиловую кислоту;

бутиловый — в масляную.

Не способны окислять такие микроорганизмы метиловый спирт, а также высшие спирты. Представляют собой такие бактерии в большинстве случаев палочковидные короткие клетки длиной 2-1.5х1.0. Особенностью этих микроорганизмов является то, что они не образуют спор. По форме и величине такие клетки могут значительно различаться, в зависимости от разновидности, возраста, условий питательной среды и пр.

Оптимальной температурой реакции уксуснокислого брожения являются 15-34 °С. При охлаждении среды до 12-15 °С развитие таких микроорганизмов замедляется. Сами бактерии при таких условиях приобретают вид коротких толстых палочек. При повышении температуры до 35-45 °С некоторые виды уксуснокислых бактерий могут принимать уродливые формы и становиться похожими на прозрачные нити со вздутиями.

При наличии в среде большого количества кислот — винной, яблочной и пр., спирта, а также солей, в ней могут появляться гипертрофированно большие микрооганизмы этого типа. Также в таких условиях у уксуснокислых бактерий обычно начинает осклизняться оболочка. В некоторых случаях этот процесс принимает настолько серьезный характер, что в среде появляются зооглеи. При этом сами бактерии в таких слизистых скоплениях обычно достаточно рассеяны.

Жизнедеятельность

Все уксуснокислые бактерии образуют на поверхности окисляемого субстрата пленки. Однако, в зависимости от разновидности таких микроорганизмов, последние могут иметь разные свойства. Некоторые виды бактерий образуют бело-серые тонкие и нежные пленки, другие — толстые кожистые.

Особенностью микроорганизмов этой разновидности является высокая степень подвижности. Но это их свойство в большой мере зависит от условий окружающей среды. При очень высоких температурах и недостатке воздуха свою способность двигаться эти микроорганизмы теряют.

Обитать бактерии, вызывающие уксуснокислое брожение, могут на овощах, фруктах, в соках, уксусе, алкогольных напитках.

Применение

Процесс окисления этилового спирта и глюкозы используется в промышленности в основном для получения натурального спиртового уксуса. Также посредством таких реакций могут производиться:

Применение уксуснокислого брожения возможно и в молочной промышленности. Бактерии этой разновидности могут входить в состав заквасок, используемых при приготовлении, к примеру, кефира.

Самые популярные разновидности

Как уже упоминалось, Mycoderma aceti — это не одна бактерия, а целая группа. На поверхности вина пленку образует, к примеру, разновидность Acet Orleanense. Бактерия это очень распространенная. На поверхности вина она способна образовывать шелковистую и довольно-таки прочную пленку. Ее особенностью, в отличие от большинства представителей группы, является то, что она способна выдерживать очень большое количество спирта в среде — до 12%. Именно эту бактерию, поэтому обычно и используют для получения винного уксуса из слабоалкогольных напитков.

Также очень распространенным представителем группы является Acet Schuetzenbachii. Эта бактерия используется для получения уксуса по быстрой немецкой технологии. Выращивается она на буковых стружках, смоченных подкисленным разведенным этиловым спиртом.

Достаточно широко известными являются также уксуснокислые бактерии:

Acet Aceti, представляющая собой короткую грамотрицательную палочку, не образующую спор. Эта бактерия неподвижна, создает цепочки и способна выдерживать до 11% спирта в воде. Acet aceti образует пленку на поверхности пива. Йодом эта бактерия окрашивается в желтый цвет.

Acet Pasteurianum. Эта разновидность по форме и характеристикам похожа на Acet Aceti. Но на поверхности напитков в процессе уксуснокислого брожения она образует складчатую пленку. Йодом эта разновидность окрашивается в синий цвет.

Сфера использования уксуса

Это вещество, бесспорно, является самым универсальным растворителем из всех известных. Относится уксус к одноосновным алифатическим кислотам, отличается устойчивостью, дешевизной и доступностью. Растворять это вещество способно большинство веществ органического происхождения. По-другому уксус называется этановой кислотой. Использоваться он может в самых разных сферах человеческой деятельности.

По крепости различают три основных разновидности растворов уксусной кислоты:

пищевую (собственно уксус) крепостью 3-15%;

техническую (эссенция) — 70-80%;

Использование пищевого раствора

Наиболее широкое применение натуральный спиртовой уксус нашел, конечно же, в пищевой промышленности и быту. В этих сферах используется в основном низкоконцентрированная этановая кислота 3-15%.

В пищевой промышленности и быту уксус может применяться:

для ароматизации блюд;

при приготовлении выпечки;

при приготовлении овощных маринадов и солений;

при приготовлении маринадов для жарения рыбы, птицы или мяса и пр.

С уксусом, к примеру, можно есть пельмени. При выпекании пирогов и тортов им гасят соду. В результате тесто наполняется пузыриками и в последующем гораздо лучше поднимается.

С использованием уксуса маринуют огурцы, помидоры, баклажаны. Благодаря наличию этого ингредиента такие заготовки могут сохранять свою пищевую ценность весь холодный период года. В особенности явственно уксуснокислая реакция проявляется при квашении капусты.

Использование технического раствора

Уксусная эссенция 70% также может применяться в быту и пищевой промышленности в тех же целях. Такой раствор при необходимости просто разбавляется до нужной концентрации водой или же используется в небольших количествах. Также техническая уксусная кислота может применяться:

в медицине при приготовлении лекарственных препаратов (к примеру, аспирина);

в целлюлозно-печатной промышленности;

при приготовлении лаков, красок, ацетона;

в текстильной, кожевенной промышленности и т. д.

Где применяется стопроцентный уксус

Ледяная безводная кислота имеет температуру плавления чуть больше 16 °С. При более низких температурах она начинает кристаллизоваться. Именно за это она и получила свое название. Как и техническая разновидность, ледяная уксусная кислота может применяться, к примеру, при производстве медицинских препаратов или растворителей.

Методы приготовления

Научились люди делать уксус уже очень давно. Первое упоминание о практическом применении этого вещества относится еще к 3 тысячелетию до нашей эры. Использовался уксус когда-то, к примеру, для приготовления свинцовых белил или яр-медянки.

В наше время для производства этого продукта могут применяться две основные технологии:

Французский метод, позволяющий получать продукт самого высокого качества. При использовании этой технологии уксуснокислому брожению подвергают слабые виноградные вина. Процесс в данном случае идет несколько недель. За этот срок, помимо всего прочего, образуются особые ароматические вещества, которые и придают уксусу его отличные качества.

Немецкий быстрый метод. В данном случае с использованием скрученных буковых стружек, смоченных подкисленным спиртом, предварительно создается очень большая поверхность окисления.

Уксус, приготовленный по французской технологии, получается более качественным. Но и стоит такой продукт, поскольку изготавливается он довольно-таки длительное время, достаточно дорого.

Португальский рецепт

Некоторые люди интересуются в том числе и тем, как приготовить винный уксус своими руками. Сделать это можно, к примеру, из следующих ингредиентов:

• красного сухого вина — 0.75 л;
• уксуса виноградного — 50-100 мл.

Вино на первом этапе выливают в большую емкость. Далее в него добавляют уксус-закваску. Процесс брожения при использовании таких ингредиентов длится около 30 дней.

Как сделать яблочный уксус в домашних условиях: простой рецепт

Из вина приготовить такой продукт можно достаточно быстро и без особых проблем. Но еще проще сделать домашний уксус из яблок. Рецепт его приготовления в данном случае будет выглядеть следующим образом:

яблоки вымыть, разрезать на крупные дольки и оставить на воздухе до потемнения;

отжать с кусочков сок;

полученную жидкость перелить в стеклянные емкости с узким горлом;

надеть на емкости резиновые медицинские перчатки с проколом в одном пальце;

выдержать жидкость в теплом темном месте 6 дней.

После того как перчатки надуются, бродящий яблочный уксус нужно перелить в широкую посуду. Это ускорит процесс приготовления продукта. Емкость с уксусом далее следует снова перенести в теплое темное место и подержать там 2 месяца при температуре +27 °С.

По этому простому рецепту яблочный уксус в домашних условиях сделать особого труда не составит. Готовый продукт на заключительном этапе нужно процедить через марлю в чистые бутылки и отправить на хранение в холодильник или погреб.

Уксуснокислое брожение

Уксуснокислое брожение является аэробным процессом. Наиболее часто оно наблюдается в слабоалкогольных винах. Оставленные в неполных открытых сосудах, такие вина довольно быстро превращаются в уксус, или, как говорят, скисают. В вине сначала появляется тонкая муть, а затем на поверхности развивается беловато-серая или желтовато-серая нежная пленка.

Явление превращения вина в уксус было известно в глубокой древности. Но лишь в 60-е годы прошлого века (1867 г.) Луи Пастер открыл возбудителей этого микробиологического процесса. Исследуя пленки, появляющиеся на скисающих винах, Пастер пришел к выводу, что они образованы одним видом микроорганизма. Этот микроорганизм и был им назван «уксусный гриб» (Mycoderma aceti). Однако позже выяснилось, что Mycoderma aceti — не один вид, а несколько видов различных уксуснокислых бактерий.

Уксуснокислые бактерии способны окислять не только этиловый спирт в уксусную кислоту, но и пропиловый спирт в пропионовую кислоту, бутиловый спирт — в масляную. Не окисляют уксуснокислые бактерии метиловый спирт и высшие спирты. Это можно объяснить тем, что возникающий при окислении метилового спирта муравьиный альдегид — промежуточный продукт реакции — является ядовитым для микроорганизмов, как и высшие гомологи этилового спирта.

Многочисленными исследованиями установлено, что окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями осуществляется путем его дегидрирования. Суммарную схему процесса обычно представляют в виде уравнения

В средах с достаточно большим содержанием этилового спирта уксусные бактерии окисляют его только до уксусной кислоты. Эта реакция протекает со сравнительно малым энергетическим эффектом, и потому, чтобы получить нужное для жизнедеятельности количество энергии, уксуснокислым бактериям приходится производить окисление больших количеств спирта. Эта особенность внешне сближает уксуснокислое брожение е обычными анаэробными процессами. Но, несмотря на это сходство, уксуснокислое брожение остается типичным аэробным процессом, тем более что при недостатке в среде спирта наблюдается его «полное окисление» — превращение уксусной кислоты в CO2 и H2O (углекислый газ и воду). Подобного окисления продуктов, возникающих при истинном анаэробном брожении, никогда не происходит.

Число видов уксуснокислых бактерий очень велико. Это типичные аэробы, способные образовывать на поверхности субстратов пленки. Размножаются уксуснокислые бактерии чрезвычайно быстро: в течение 12 ч из одной бактериальной клетки может возникнуть до 17 млн. особей. Небольшое количество уксусной кислоты в субстрате ускоряет их размножение. Поэтому при производстве уксуса подвергают сбраживанию не чистые спиртовые растворы, а смеси их с некоторым количеством уксусной кислоты.

Уксуснокислые бактерии всегда можно обнаружить в воздухе, почве, воде, на поверхности плодов и ягод. Встречаются они в любом вине. Родовое название для уксуснокислых бактерий — Acetobacter, предложенное М. В. Бейеринком, в настоящее время является общепринятым и вошло в определители бактерий.

Уксуснокислые бактерии в большинстве своем очень короткие палочковидные клетки размером 2-1,5×1,0 мкм. Спор уксуснокислые бактерии не образуют. Величина и форма их клеток значительно колеблются в зависимости от возраста, вида, условий питательной среды и других причин. При неблагоприятных условиях развития (при высокой температуре, в присутствии больших количеств спирта, солей, яблочной, винной, соляной кислот) появляются сильно увеличенные (гипертрофические) клетки и клетки, изменившие свою форму (инволюционные формы). Оболочка клеток уксусных бактерий ослизняется; у некоторых видов это ослизнение бывает настолько сильным, что они образуют слизистые скопления — зооглеи, в которых бактерии рассеяны сравнительно редко. Температура оказывает очень большое влияние на развитие уксуснокислых бактерий. При охлаждении до 12-15 °С размножение уксуснокислых бактерий в субстрате замедляется, а сами бактерии приобретают вид коротких и толстых палочек. Температура между 15 и 34 °С является для них оптимальной. В этих границах температуры клетки делятся очень быстро, образуя цепочки. При температуре от 35 до 45 °С у некоторых видов уксусных бактерий появляются уродливые клетки в виде прозрачных нитей без поперечных перегородок с разнообразными вздутиями.

Уже указывалось, что способность образовывать на поверхности субстратов пленки свойственна всем уксуснокислым бактериям, но у различных видов она проявляется по-разному. Одни виды образуют очень нежные и хрупкие беловато-серые пленки, даже островки или кольца у стенок сосудов, в которых находится питательный субстрат. Другие виды образуют толстые кожистые пленки.

Все уксуснокислые бактерии подвижны. Однако их подвижность в сильной степени зависит от условий внешней среды — при малом доступе воздуха и высокой температуре клетки теряют подвижность.

Наиболее важными представителями уксуснокислых бактерий являются:

1. Acetobacter aceti (рис. 33) — короткая бесспоровая палочка, способная образовывать длинные цепочки. Цитоплазма клеток йодом окрашивается в желтый цвет. Бактерия выносит довольно высокие концентрации спирта (до 11% об.), накапливает в среде до 6% уксусной кислоты. Оптимум роста 34 °С. При высоких температурах (выше 40 °С) образует нитевидные клетки с грушевидными вздутиями.

2. Acetobacter pasteurianum (рис. 34) — короткая палочка, морфологически близка к предыдущей, отличается от нее тем, что цитоплазма клеток йодом окрашивается в синий цвет.

3. Acetobacter orleanense — небольшая тонкая палочка, заостренная с обоих концов. При развитии на субстрате образует тонкую, но настолько прочную пленку, что жидкость остается совершенно прозрачной. Это дает возможность использовать данный вид уксуснокислых бактерий при производстве уксуса. Раствор йода окрашивает цитоплазму бактериальных клеток в желтый цвет. Бактерия выдерживает концентрацию спирта до 10-12% об. Накапливает в субстрате до 9,5% уксусной кислоты.

4. Acetobacter xylinum образует толстые хрящевидные пленки, достигающие иногда значительной толщины. Цитоплазма клеток окрашивается йодом в синий цвет.

5. Acetobacter schutzenbachii — сравнительно длинные палочки, образующие сплошную, но непрочную пленку только в старых культурах.

Уксуснокислое брожение используется в производстве столового уксуса. Существует два способа приготовления уксуса:

1) французский, или орлеанский, способ, при котором исходным материалом служит подкисленное уксусом и разбавленное водой вино. Брожение ведут в плоских открытых низких чанах. На поверхность питательного субстрата в чане вносят куски пленки Acetobacter orleanense. Когда окисление спирта закончится, из чана спускают 10% жидкости, а взамен добавляют столько же разбавленного вдвое вина;

2) быстрый, или немецкий, способ. Исходным материалом служит разбавленный спирт.

Жидкость пропускают через деревянные цилиндрические или конические чаны, заполненные буковыми стружками для увеличения поверхности, на которой развивается пленка уксуснокислых бактерий. Чаны снабжаются верхним и нижним ложными доньями с многочисленными отверстиями, через которые продувается воздух. Окисляемый разбавленный спирт, разбрызгиваемый из сегнерова колеса, медленно стекает по буковым стружкам и благодаря жизнедеятельности развившихся уксусных бактерий Acetobacter schutzenbachii постепенно превращается в уксусную кислоту. Полученный уксус отбирается из нижней части чана. Исходная спиртсодержащая жидкость поступает сверху.

Уксуснокислое брожение — наиболее опасное заболевание вин, возникающее обычно в жаркие годы в слабоалкогольных винах, хранящихся в неполных емкостях, и приносящее большой ущерб винодельческим хозяйствам. Может наблюдаться уксуснокислое брожение и в слабокислых пастеризованных маринадах при хранении их в негерметичной таре. Маринады при этом «скисают» и плесневеют.

ГК «Униконс»

Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.

«Антисептики Септоцил»

Септоцил. Бытовая химия, антисептики.

«Петритест»

Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.

«АльтерСтарт»

Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.

• Вы здесь:
• Библиотека технолога
• Микробиология
• В.Н. Азаров. Основы микробиологии и санитарии

Уксусно-кислое брожение

Уксусно-кислое брожение представляет собой процесс превращения этилового спирта при участии кислорода в уксусную кислоту. Брожение является важным в хозяйственном отношении, так как позволяет получать в больших количествах из доступных субстратов уксусную кислоту — вещество, широко используемое в пищевой, текстильной и других отраслях промышленности.

Процесс уксусно-кислого брожения протекает в два этапа. Сначала этиловый спирт окисляется до уксусного альдегида:

а затем уксусный, альдегид в результате дальнейшего окисления превращается в уксусную кислоту:

Результаты этих превращений могут быть выражены следующим суммарным уравнением:

Возбудители уксусно-кислого брожения встречаются на растениях, ягодах, фруктах, часто совместно с дрожжами в квашеных овощах, в почве, воздухе, на зерне и многих других материалах. Они представляют собой слабоподвижные или неподвижные бесспоровые палочки; отличаются высокой степенью устойчивости к кислотам, некоторые способны проявлять жизнедеятельность при содержании в среде до 7-11% уксусной кислоты; нуждаются в питательных средах сложного состава; оптимальная температура их развития 20-34°С.

Важными представителями этой группы являются уксусная палочка, способная накапливать в среде до 6% кислоты, орлеанская уксусно-кислая палочка, накапливающая до 9,5 % кислоты и хорошо развивающаяся на слабом вине, а потому использующаяся для промышленного получения винного уксуса, а также палочка Шютценбаха, которая образует сплошную поверхностную пленку и накапливает до 11,5% уксусной кислоты.

Для промышленного получения пищевого уксуса слабый спиртовой раствор сбраживают чистыми культурами в условиях с принудительной аэрацией. Процесс отбора готовой продукции (столового уксуса) ведется непрерывно. Реже пользуются старинным способом сбраживания в открытых чанах разбавленного столового вина для получения так называемого винного уксуса.

Уксусно-кислые бактерии способны сбраживать не только этиловый спирт, но и другие первичные спирты, превращая их в соответствующие кислоты. Они могут также окислять вторичные спирты в кетоны. Например, молочная кислота окисляется в пиро-виноградную, являющуюся кетонокислотой, по схеме:

Попадая на различные товары, уксусно-кислые бактерии могут вызывать их порчу — скисание вина, пива. Они являются вредителями спиртового, дрожжевого, хлебопекарного и других производств.