Tehnologia de Fabricare Si Filtrarea Otetului cu Ajutorul Sistemelor de Membrane
BIBLIOGRAFIE
[NUME_REDACTAT] Tarhon – Tehnologia fabricării oțetului, [NUME_REDACTAT] Universitare ,, Dunărea de Jos”, Galați, 2006
C. Banu – Biotehnologii în industria alimentară, [NUME_REDACTAT], 2002
C.Banu, V.Nour, C. Vizireanu, G. Musteață, D.Răsmeriță, S. Rubțov- Calitatea și analiza senzorială a produselor alimentare, Editura AGIR, București, 2007
C. Banu – Tratat de de industrie alimentară. Probleme generale, Editura ASAB, București, 2008
C. Banu – Tratat de de industrie alimentară. Tehnologii alimentare, Editura ASAB, București, 2009
[NUME_REDACTAT]-Tehnici speciale de procesare, [NUME_REDACTAT] Universitare ,,Dunărea de Jos” Galați, 2004
[NUME_REDACTAT] – Tehnologia păstrării și industrializării produselor horticole – [NUME_REDACTAT] Pres, Cluj–Napoca, 2006
[NUME_REDACTAT] – Păstrarea și prelucrarea legumelor și fructelor – [NUME_REDACTAT], Cluj-Napoca, 2004
[NUME_REDACTAT] – Tehnologii și utilaje în industria conservelor de legume și fructe -[NUME_REDACTAT], Craiova, 2002
CUPRINS
INTRODUCERE
Capitolul I. IMPORTANȚA ALIMENTARĂ A OȚETULUI
I.1.Scurt istoric
I.2.Importanța alimentară
I.2.1.Utilizarea acidululi acetic în industria alimentară
I.3.Valoarea terapeutică
Capitolul II. FERMENTAȚIA ACETICĂ
II.1.Principalele specii de bacterii acetice
II.2.Factorii care influențează fermentația acetică
II.3.Acidul acetic
II.4.Fermentația acetică
Capitolul III.TEHNOLOGIA DE FABRICARE A OȚETULUI
III.1. Metode de fabricare
III. 2.Procesul tehnologic de fabricație
III.2.1.Materii prime, auxiliare, bacterii de fermentație
III.2.2.Mecanismul de formare a acidului acetic
III.3.Ambalarea, marcarea și depozitarea oțetului
III.4.Tipuri de oțet de fermentație
III.5.Deranjamente de fabricație
Capitolul IV.FILTRAREA OȚETULUI CU MEMBRANE
IV.1. Introducere în filtrarea cu membrane
IV.2. Principiul de funcționare
IV.3. Filtrul pentru oțet KOCH-ROMICON
IV.4. Proceduri de testare
IV.5. Analiza parametrilor de calitate ai oțetului
IV.6. Regenerarea filtrului RF10
[NUME_REDACTAT]
CUPRINS
INTRODUCERE
Capitolul I. IMPORTANȚA ALIMENTARĂ A OȚETULUI
I.1.Scurt istoric
I.2.Importanța alimentară
I.2.1.Utilizarea acidululi acetic în industria alimentară
I.3.Valoarea terapeutică
Capitolul II. FERMENTAȚIA ACETICĂ
II.1.Principalele specii de bacterii acetice
II.2.Factorii care influențează fermentația acetică
II.3.Acidul acetic
II.4.Fermentația acetică
Capitolul III.TEHNOLOGIA DE FABRICARE A OȚETULUI
III.1. Metode de fabricare
III. 2.Procesul tehnologic de fabricație
III.2.1.Materii prime, auxiliare, bacterii de fermentație
III.2.2.Mecanismul de formare a acidului acetic
III.3.Ambalarea, marcarea și depozitarea oțetului
III.4.Tipuri de oțet de fermentație
III.5.Deranjamente de fabricație
Capitolul IV.FILTRAREA OȚETULUI CU MEMBRANE
IV.1. Introducere în filtrarea cu membrane
IV.2. Principiul de funcționare
IV.3. Filtrul pentru oțet KOCH-ROMICON
IV.4. Proceduri de testare
IV.5. Analiza parametrilor de calitate ai oțetului
IV.6. Regenerarea filtrului RF10
[NUME_REDACTAT]
INTRODUCERE
Oțetul este produsul obținut prin fermentația aerobă a vinului sau a alcoolului, sub efectul bacteriei Mycoderma aceti, care oxidează etanolul la acid acetic. Oțetul produs în România are concentrația acetică exprimată în practică prin "grade acetice".
Oțetul este un acid alimentar folosit pentru a da gust acru, specific, unor alimente și produse alimentare, precum și ca agent conservant. Produsul utilizat în mod curent în alimentație are concentrație în acid acetic cuprinsă între 5 și 9%( conform standardelor prevazute de legislația țării noastre).
Oțetul se obține din trei surse de materii prime, și anume:
– din vinul care a suferit fenomene de degradare la fermentare și care nu mai poate fi utilizat ca vin;
– din vinul pichet, obținut prin refermentare, după adaos de apă și zahăr, a tescovinei, rezultată la presarea strugurilor;
– prin fermentarea alcoolului etilic.
Tehnologia considerată ca fiind cea mai eficientă și care se poate realiza în flux continuu este obținerea oțetului prin fermentarea alcoolului cu microorganisme aparținând genului Acetobacter.
Nu se admite adăugarea în oțetul alimentar a urmatoarelor tipuri de substanțe chimice:
– substanțe conservante;
– substanțe aromatizante artificiale sau de sinteză chimică;
– substanțe îndulcitoare sintetice, sau edulcoranți de sinteza chimică, ca de exemplu zaharina, ciclamatul, etc;
În țara noastră se obține industrial oțet de 9°(grade acetice, respectiv concentrația % în acid acetic).Este un produs stabil din punct de vedere microbiolologic, deoarece la această concentrație în acid acetic, nu este posibilă creșterea microbiană .
Oțetul este un produs care se consumă în funcție de anotimp. Astfel, în sezonul primăvară -vară, când apar pe piață salata și legumele autohtone, consumul crește și, de asemenea, se menține mare și toamna, când se pregătesc conservele(fig.1) .
Sondajele și studiile au arătat că primăvara este preferat oțetul de mere, iar toamna oțetul din vin.
Fig. 1 [NUME_REDACTAT] poate fi obținut prin două procedee:
procedeul chimic, care constă în oxidarea acetaldehidei și distilarea uscată a lemnului;
procedeul biotehnologic, care constă în oxidarea acetică.
Prin procedeul chimic se obține acid acetic de concentrație 60-80%, cunoscut și sub denumirea de „esență de oțet", din care, prin diluare, aromati-zare și colorare, se obține „oțetul sintetic". Fabricarea acestui tip de oțet în scopuri alimentare este interzisă în multe țări, ca de altfel și în țara noastră.
Prin procedeul biotehnologic are loc o oxidare a alcoolului până la acid acetic, folosindu-se bacterii acetice și selecționate.
În lucrarea de față am urmărit tehnologia de obținere a oțetului, filtrarea oțetului prin sistemul de membane și analiza parametrilor de calitate ai acestuia la S.C.EUROPEAN DRINKS S.R.L., care funcționează din anul 2000, având o secție de producere a oțetului în localitatea Sudrigiu.
IMPORTANȚA ALIMENTARĂ A OȚETULUI
I.1.Scurt istoric
Antichitatea cunoștea și se folosea din plin de virtuțile profilactice și tămăduitoare ale diverselor sortimente de oțet.
Din vremurile biblice se știe că acest produs se utiliza ca pansament cicatrizant, în cazuri de răni deschise și de lovituri grave. Pentru a-i diversifica și a-i intensifica efectele curative, anticii îl amestecau cu diferite plante. În jurul anului 400 i.Chr., însuși Hippocrate, „părintele medicinii”, se folosea de oțet pentru a-și îngriji pacienții. Există informații ce pun în legătură oțetul chiar și cu unele campanii militare.
Astfel, datorită unor calități, acesta ar fi fost utilizat de Hannibal, în timpul celebrei expediții peste Alpi și al marșului asupra Romei. Mult mai târziu, oțetul și-a dovedit calitățile de excepție în cadrul Războiului de Secesiune, din [NUME_REDACTAT].
Cel care a dat definiția fermentației ca fiind “procesul de respirație în absența aerului” a fost Pasteur, care a și stabilit conexiunea dintre fermentații și drojdii.
Mai târziu, după 1900, chimistul german [NUME_REDACTAT] a determinat că fermentația este practic produsă de o enzimă produsă de drojdii, pe care a denumit-o zimază.
Oțetul se obține pe cale oxidativă prin oxidarea alcoolului etilic de bacteriile acetice, conform reacției: CH 3CH 2OH + O 2 = CH 3COOH + H 2O
I. 2. Importanța alimentară
Oțetul este un produs obținut exclusiv prin procedeul biologic al oxidării acetice a lichidelor sau a altor substanțe de origine agricolă.
Denumirea de “ Oțet” nu poate fi utilizată decât pentru produsele obținute din materii prime de origine agricolă și nu poate fi utilizată pentru amestecuri de oțet și acid acetic de calitate alimentară.
Oțetul este un produs care se consumă în orice anotimp. În sezonul primăvară – vară, când apar pe piață salata și legumele autohtone, consumul crește, în principal oțetul de mere, iar toamna când se pregătesc conservele, atinge un nivel mai ridicat datorită folosirii la obținerea produselor marinate, în special oțetul de vin.
I.2.1. Utilizarea acidului acetic în industria alimentară
În industria alimentară acidul acetic se poate folosi pentru conservarea produselor alimentare prin așa numitul proces de marinare. Marinarea este o metodă de conservare care folosește o soluție de acetic (de fermentație ) aromatizată cu condimente și care conține și NaCl. Marinarea are la bază principiul anabiozei și anume chimio-anabiozei, procedeul de conservare fiind acido-anabioza.
Marinarea are drept scop:
– prelungirea duratei de conservare a produselor alimentare carnate, în general netratate termic, timp de câteva săptămâni (1-3) la 40C prin scăderea pH-ului, la concentrații de 2-3 % acid acetic, concomitent cu eliminarea pericolului patogenilor, care sunt inhibate după cum urmează:
Salmonella la pH = 4,5;
Clostridium botulinum la pH = 4,3;
Staphylococcus aureus la pH = 4,8 în aerobioză și la pH = 5,5 în anaerobioză.
denaturarea proteinelor prin penetrarea țesutului muscular astfel ca produsul să devină combustibil ca atare. Această proprietate este importantă la pH < 4,5 când acidul acetic este mai puțin disociat, deci mai activ și din punct de vedere al acțiunii antimicrobiene ( la pH 4,0 disocierea este de 85 %, iar la pH 5,0 numai de 36 % );
mărirea sensibilității microorganismelor la acțiunea căldurii;
– ameliorarea caracteristicilor senzoriale ( gust, miros ) ale produsului marinat, în combinație cu NaCl;
– ameliorarea texturii produsului carnat, carnea devine mai fragedă în cazul sărării când textura devine uscată, îndesată;
– limitarea pericolului infestării omului cu nematode în cazul în care acestea parazitează carnea de pește.
Marinarea reprezintă, în fapt, o acoperire a produsului cu soluție acidă – sărată cu putere de reducere a activității bacteriene care, în același timp, ferește produsul de contactul cu aerul exterior purtători de germeni de contaminare. Prelungirea duratei de conservare se datorează faptului că produsele se acidifiază și pH- ul substratului este redus la < 4,5 și împreună cu NaCl în concentrație de 3-5 % inhibă dezvoltarea microbiotei, în special bacterii și drojdii și mai puțin mucegaiuri ( pH-ul acid favorizează ionizarea acidului acetic ).
Dacă înainte de marinare produsele solide sunt pasteurizate sau suportă un tratament termic ( aburire, prăjire), atunci microbiota vegetativă este aproape complet eliminată, inclusiv germenii patogeni.
Produsele care se supun marinării sunt următoarele:
peștele sub formă de semiconservă care poate fi:
semiconserve marinate reci: implică imersarea produsului în soluți acide, condiționarea în ambalaj conținând acid acetic și NaCl (exemplu rollmops). Durata limită de conservare (DLC) pentru acest tip de marinare este de ~ 2 luni. În această categorie de produse intră și marinatele reci care sunt acoperite în final cu un gel format din 3 % carragennan și 2 % NaCl ;
semiconserve marinat la cald: sunt cele la care produsul este mai întâi tratat termic prin aburire sau prăjire în ulei la 160- 180 0C/ 5- 15 minute, dozat în recipiente, după care se adaugă o soluție de acid acetic 3,5 % și ~ 3,5 % NaCl, plus aromatizanți, raportul dintre produs (pește) și soluția de acoperire find 2:1.
După închidere marinatele sunt depozitate la frig. Pentru ambalare se folosesc recipiente de sticlă care au neutralitate față de soluția acidă și care sunt transparente la radiațiile luminoase și UV.
Închiderea borcanelor poate fi de tip: Twist- off, Pry- off, Eurocarp, Omnia- Pano. Se pot folosi și caserole din plastic cu capac termosudabil (capace de polietilenă de joasă presiune).
Conservarea cu ajutorul acidului acetic (oțet) se aplică și la obținerea unor produse vegetale, cum ar fi castraveți în oțet, gogoșari în oțet, ardei kapia în oțet, conopida în oțet, hrean în oțet, ardei iuți în oțet, varză albă în oțet.
Pentru a elimina drojdiile și mucegaiurile, conservarea prin marinare a acestor produse se dublează cu pasteurizarea.
Conservarea maionezelor este, de asemenea, realizată cu ajutorul acidului acetic, la acesta contribuind și muștarul și faptul că maionezele au un conținut redus de apă și unul ridicat de ulei ( emulsie de tip A/U ). Maioneza trebuie să aibă pH = 3,7- 4,2, iar aciditatea 0,2- 0,4 % ( exprimată ca acid acetic / 100 g produs).
Acidul acetic este folosit și pentru condiționarea suprafeței carcaselor de pasăre și vită, populația microbiană scăzând cu 3 cicluri logarimetrice. Eficiența tratamentului cu soluție de acid acetic în vederea măririi duratei de păstrare a carcaselor de pasăre și vită va depinde de acțiunea acidului acetic asupra bacteriilor psihotropedin genul Pseudomonas. Acidul acetic acționează atât în stare nedisociată, cât și prin scăderea pH- ului (protonii de hidrogen rezută prin disocierea acidului acetic), acțiunea bacteriostatică / bactericidă depinzând de raportul dintre acidul acetic nedisociat și disociat. Acidul acetic rezidual 8 rămas la suprafața carcaselor) nu influențează mirosul și gustul acestora, acest acid evaporându-se de la suprafața carcaselor la depozitarea acestora în condiții de refrigerare / congelare.
Pentru marinarea și ca soluție de stropire se folosește numai oțetul obținut prin fermentare care nu trebuie să aibă mai mult de 0,5 % alcool metalic și să nu conțină acizi minerali. Aciditatea minimă este de 60 aciditate pentru oțetul de vin și 50 aciditate pentru alte tipuri de oțet.
I.3.Valoarea terapeutică
Oțetul natural sută la sută, utilizat în mod judicios și consecvent, poate fi și un remediu redutabil împotriva a numeroase tipuri de afecțiuni. Nu e deloc nepotrivit să amintim că, odinioară, în satele românești existau instalații speciale care prelucrau merele, în scopul obținerii oțetului. Produsul se realiza și în urma procesului de fermentație a vinului sau a prunelor și de asemenea se făceau și diverse combinații cu unele plante, menite să aromatizeze ori să adauge calități suplimentare produsului final, ca, de exemplu: levănțica, păpădie, mentă verde sau mentă piperată, rozmarin, salvie, eucalipt.
Alimentele sunt remedii universale, deoarece poartă în ele pe lângă forța naturii un univers întreg de sentimente umane. Felul în care vom privi alimentele le va face pentru noi un remediu miraculos sau doar obișnuiții "combustibili".
Pentru a ne bucura de virtuțile terapeutice ale oțetului, trebuie să-l introducem în regimul cotidian. Acestea sunt datorate conținutului ridicat de aminoacizi esențiali, de vitamine, de minerale și de enzime cu efect pozitiv asupra organismului. Unii terapeuți merg până la a considera că oțetul de mere (și miere) este un panaceu universal, în sensul că toate calitățile mărului se află concentrate într-o linguriță de asemenea lichid.
Datorită calităților sale, în oțet s-au identificat până în prezent sute de moduri de utilizare pentru combaterea microbilor, alungarea durerilor, îmbunătățirea stării de sănătate, dar și pentru curățarea și degresarea spațiului vieții noastre cotidiene:
– Combaterea microbilor s-a remarcat îndeosebi în cazuri de dureri în gât, tuse (efect calmant), ca și în distrugerea microbilor din hrană.
– Eliminarea durerilor se referă la: stimularea unei mai bune circulații la nivelul picioarelor; tratarea durerilor articulare; calmarea arsurilor produse de soare și a altor tipuri de arsuri ale pielii; eliminarea durerilor de picioare, din zona inferioară; stoparea sughițului; vindecarea contuziilor și a urticariei; calmarea durerilor produse de înțepăturile de insecte; eliminarea bătăturilor și a iritațiilor produse, de exemplu, la degetele picioarelor, în urma folosirii unor încălțări necorespunzătoare.
– Mai multă sănătate, cu ajutorul naturii, prin: controlul poftei de mâncare; atenuarea așa-numitelor „pete de îmbătrânire”, care-și fac apariția pe pielea unor persoane vârstnice; protejarea pielii împotriva efectelor soarelui prea puternic; ameliorarea sănătății părului și eliminarea mătreții; calmarea oboselii musculare; protejarea și chiar „întinerirea” pielii.
Oțetul din mere reține din măr mineralele: fosforul, clorul, sodiul, magneziul, calciul, fierul, siliciul și alte elemente asociate cu potasiul. De aceea oțetul din mere este un aliment dietetic și terapeutic fiind folosit în diverse afecțiuni.
Indicații terapeutice sunt multiple: varice, intoxicații alimentare, migrene, hipertensiune, obezitate, arteroscleroza, nevroze, insomnii, sclerozele țesuturilor și a vaselor de sânge, anchiloza articulară, epidemii, oboseală cronică, zona- zoster, graviditate, complicații post-graviditate, dureri musculare și articulare.
II.FERMENTAȚIA ACETICĂ
II.1.Principalele specii de bacterii acetice
[NUME_REDACTAT], bacteriile acetice fac parte din ordinul Pseudomonadales, familia Pseudomonadaceae, genul Acetobacter(Fig.2).
Fig. 2 Bacterii acetice
Pentru producția de acid acetic se folosesc bacterii acetice din genul Acetobacter și anume:
specia Acetobacter aceti cu subspeciile:
– Acetobacter aceti- aceti ( Acetobacter mazoxidans );
– Acetobacter aceti- orleansis;
– Acetobacter aceti- xylinum;
– Acetobacter aceti- liquefaciens.
specia Acetobacter pasteurianum cu subspeciile:
– Acetobacter pasteurianus- pasteurianus ( Acetobacter ramces );
– Acetobacter pasteurianus- lovaniensis;
– Acetobacter pasteurianus- estunensis;
– Acetobacter pasteurianus- ascendens;
– Acetobacter pasteurianus- paradoxus.
specia Acetobacter peroxydans.
Hennenberg W clasifică bacteriile acetice în funcție de proprietățile lor tehnologice, după cum urmează:
– bacterii acetice din plămezi amidonoase care au rezistență redusă la alcool și produc maximum 70 acid acetic: Acetobacter oxidans, Acetobacter suboxidans, Acetobacter industrium;
– bacterii acetice din beri alterate: Acetobacter aceti, Acetobacter pasteurianum, [NUME_REDACTAT], Acetobacter ramces, Acetobacter melanogenum, Acetobacter hansen;
– bacterii acetice din vinuri oțetite care sunt alcoolorezistente și produc până la 8- 90 acid acetic: Acetobacter aceti, Acetobacter orleans, Acetobacter ascendens, Acetobacter xylinum;
– bacterii acetice de fermentație rapidă, care sunt cel mai fercvent utilizate pentru obținerea oțetului, fiind alcoolorezistente și acido- tolerante: Acetobacter schutzenbachii, Acetobacter acetigenum, Acetobacter curvum.
II.2.Factorii care influențează fermentația acetică
Factorii mai importanți care influențează fermentația acetică se referă la:
– compoziția chimică a substratului fermentativ care, pe lîngă alcool etilic, trebuie să conțină și nutrienți secundari, respectiv diverse săruri minerale și factori de creștere (vitamine).
Compoziția chimică a substratului fermentativ depinde de felul materiei prime folosite și anume:
vin alb extractivitate mică, cu tăria alcoolică de 7-9 % (în volume). Vinurile roșii sunt mai puțin indicate deoarece substanțele tanante și colorante au acțiune represivă asupra dezvoltării bacteriilor acetice, în principal prin îngreunarea schimburilor osmotice la nivelul membranei celulare. În cazul folosirii vinului ca materie primă pentru acetificare nu mai este necesară suplimentarea acestuia cu săruri minerale și vitamine. Totuși, vinurile utilizate trebuie să aibă un conținut cât mai redus de SO2 deoarece bacteriile acetice sunt foarte sensibile la acțiunea acestui antiseptic care mai întâi provoacă o inhibare a fermentației acetice, iar după un timp mai îndelungat chiar distrugerea bacteriilor acetice (în nivel de 50-100 mg / 1 vin este dăunător pentru bacteriile acetice). Un exces de fier (>7 mg/l) influențează de asemenea dezvoltarea bacteriilor acetice și, în plus, colorează oțetul în albastru.
soluții alcoolice rezultate din fermentarea sucurilor de fructe (mere, smochine, piersice, caise, curmale, ananas) sau din fermentarea mustului de malț, respectiv a sucului de mere (cidru). Nici în acest caz nu este necesară suplimentarea substratului alcoolic cu săruri minerale și vitamine.
– soluția hidroalcoolică. Obținută prin diluarea spirtului rafinat-rectificat în care caz se face suplimentarea cu săruri minerale și vitamine. Sărurile minerale folosite sunt reprezentate de fosfați și sulfați: (NP4)2 HPO4, K2HPO4, KH2PO4, MgSO4, (NH4)2 SO4. Vitaminele pot fi aduse de extractul de malț, de porumb sau de drojdie.
De menționat este faptul că fiecare adaos făcut în scop de suplimentare a substratului cu elemnte nutritive, se experimentează în prealabil și nu se admite un exces de substanțe nutritive, mai ales, cele care conțin surse de carbon, deoarece se poate întârzia declanșarea fermentației și în consecință se prelungește ciclul de producție.
-temperatura de fermentare. Temperatura de fermentare este un factor determinant al acetificării substratului alcoolic, acesta fiind cu atât mai rapidă cu cât temperatura de fermentare este mai ridicată (oțetirea este de două ori mai rapidă la 23°C decât la 18°C) . Aciditatea volatilă la începutul fermentației acetice este de două ori mai mare la 28°C decât la 23°C.
Pentru majoritatea bacteriilor acetice din genul Acetobacter temperatura optimă de dezvoltare este de 27…32°C. O temperatură de fermentare mai scăzută conduce la o fermentare acetică slabă, iar la o temperatură mai ridicată se favorizează atât evaporarea alcoolului, acidului acetic precum și a substanțelor volatile de aromă, cu influență negativă asupra randamentului în oțet dar și asupra calității produsului finit.
-aciditatea inițială a substratului alcoolic. Această aciditate este un factor important în determinarea mersului fermentației acetice. Se recomandă ca aciditatea inițială a mediului de fermentare să fie de ~ 4% acid acetic, dar în funcție de procedeul folosit la fabricarea oțetului precum și de cultura de Acetobacter utilizată, aciditatea inițială a substratului poate să ajungă la 6-7% acid acetic, însă de cele mai multe ori se încetinește procesul de multiplicare a bacteriilor acetice și respectiv se întârzie declanșarea fermentației. Vinurile destinate fabricării oțetului trebuie să aibă un pH ≥ 3,0 (pH optim = 3,0…3,5).
– concentrația în alcool a substratului fermentativ. Această concentrație determină dezvoltarea și respectiv capacitatea fermentativă a bacteriilor acetice. Din acest punct de vedere, în funcție de concentrația alcoolică a substratului, se alege și specia de bacterie acetică care prezintă o anumită rezistență la alcool.
-numărul de bacterii acetice inoculate în substrat. Acest număr prezintă importanță la începutul fermentării, când viteza de dezvoltare depinde de numărul de celule reținute la suprafața lichidului în contact cu aerul (în cazul fermentației acetice clasice). O dată cu construirea voalului (peliculei), cantitatea de acid acetic formată nu numai direct corelată cu numărul de bacterii acetice.
-aerarea substratului. Oxigenul este indispensabil pentru dezvoltarea (multiplicarea) bacteriilor acetice, deci în timpul fermentației acetice este necesar un contact cât mai intens al aerului cu bacteriile acetice.
Aerarea este esențială mai ales în cazul procedeului submers, când absența aerului chiar un minut provoacă o reducere majoră a numărului de bacterii acetic active, ceea ce mărește durata procesului și conduce la micșorarea randamentului în produsul finit.
Practic în sistemele (procedeele) de fermentație acetică cu aerare forțată, nu se consumă tot oxigenul din aerul ventilat prin acetator (mai mult de ½ din oxigen rămâne neconsumat) și din acest motiv prin închiderea parțială a admisiei aerului în acetator se obține o adaptare a bacteriilor acetice astfel încât aerul ce părăsește acetatorul mai conține 12-13% oxigen.
La fabricarea oțetului dacă aerarea nu este suficientă, fermentația se poate opri la stadiul de aldehidă acetică, iar dacă există un exces de aer atunci acidul acetic format este oxidat la CO2 și H2O.
[NUME_REDACTAT], în practică sunt necesari cel puțin 2,4 litri aer pentru oxidarea unui gram de alcool etilic, din care se poate obține teoretic 1,26 grame de acid acetic.
– concentrația în acid acetic acumulat în substratul ce fermentează. Bacteriile acetice se deosebesc între ele și prin rezistența la acid acetic format, existând specii care se pot dezvolta (și deci pot forma) la concentrații de până la 11-11,5 % acid acetic (Acestobacter schützenbachii și Acetobacter curvum). Unele bacterii acetice își încetează activitatea la concentrații reduse de acid acetic (Acetobacter acetigenum la 3% acid acetic și Acetobacter suboxidans la 2% acid acetic).
În orice caz, fementația acetică trebuie oprită în mediu când au rămas ~0,2% alcool etuâilic, deoarece în caz contrar se produce fenomenul de supraoxidare (asimilarea și oxidarea acidului acetic la CO2 și H2O).
– prezența agenților dăunători. Printre dăunătorii care influențează fermentația acetică mențonăm în primul rând anghilulele, care se dezvoltă în oțetul cu aciditate mică și se hrănesc cu bacteriile acetice, dar și substanțele nutritive din substratul fermentativ (alcool, acid acetic, hidrați de carbon, substanțe solubile azotoase, substanțe minerale). Dezavantajul principal al prezenței anghilulelor este acela că se distrug pelicula de la suprafața lichidului fermentativ (cazul procedeelor clasice) și tulbură oțetul.
Un alt dăunător este musculița de oțet de culoare brun-roșcată, ale căror larve se dezvoltă în partea superioară și inferioară a fermentatorului, mai ales când aciditatea oțetului este redusă. Se impune deci protecția fermentatoarelor față de intrarea musculițelor de oțet care pot consuma alcoolul, acidul acetic și bacteriile acetice. Aceste musculițe pot provoca și infectarea fermentatoarelor cu alte microorganisme dăunătoare.
Gândacul de oțet (mare și mic) se dezvoltă de asemenea, la suprafața suportului din fermentatoare și aceștia pot dăuna calității produsului finit.
II.3. Acidul acetic
Acidul acetic e un compus chimic organic ce apare ca un lichid incolor, cu miros caracteristic, înțepător; se amestecă în orice proporții cu apa. Temperaturile de topire și fierbere sunt 16,7 °C respectiv 118,2 °C. Se fabrică prin fermentarea acetică a soluțiilor diluate de alcool, prin distilarea uscată a lemnului (v. și acid pirolignos) sau prin oxidarea aldehidei acetice. Oțetul conține acid acetic în concentrație de 3–9%.
Acidul acetic glacial este un acid acetic de concentrație 98–99,8%. Este caracterizat printr-o mare capacitate de a atrage apa din mediul în care se găsește (higroscopicitate).
Acidul acetic este:
– coroziv, vaporii săi provocând iritarea conjunctivei oculare și a căilor respiratorii, putând merge până la congestia pulmonară;
– considerat a fi un acid slab, deoarece în soluții apoase și în condiții standard de temperatură și presiune acidul disociat coexistă în echilibru cu forma nedisociată, spre deosebire de acizii tari care sunt complet disociați;
– unul dintre cei mai simpli acizi carboxilici, urmând după acidul formic;
– un reactiv chimic important de largă utilizare în industrie, fiind folosit pentru producerea tereftalatului de polietilenă, compus ce stă la baza obținerii de sticle pentru băuturile răcoritoare; se folosește la prepararea acetatului de celuloză, în special pentru filmul fotografic, la fabricarea de solvenți pentru industria de lacuri și vopsele, pentru obținerea acetatului de polivinil, în industria medicamentelor, ca și în producerea de fibre și țesături sintetice. În gospodărie, acidul acetic diluat e adesea utilizat ca agent de detartrare. În industria alimentară, este utilizat sub codul E 260 ca aditiv alimentar cu scopul ajustării acidității.
Bacteriile producătoare de acid acetic sunt prezente peste tot în lume și orice civilizație umană care a cunoscut procesul de fermentație alcoolică pentru a produce bere sau vin a descoperit inevitabil și oțetul, ca rezultat al expunerii acestora la aer.
Utilizarea acidului acetic în alchimie coboară până în antichitate. În secolul al III-lea d.Hr., filozoful grec Teofrast a descris acțiunea oțetului asupra metalelor, producând pigmenți utili în artă, incluzând plumbul alb (carbonat de plumb, ceruzita) și verdele de Grecia (carbonat de cupru II, cocleala), o mixtură verde de săruri de cupru, printre care și acetatul de cupru II. Vechii romani fierbeau vinul oțetit în vase de plumb cu scopul de a obține un sirop foarte dulce, numit sapa. Acesta era bogat în acetat de plumb, o substanță dulce, cunoscută ca zahăr de plumb sau zahărul lui Saturn, care a contribuit la otrăvirea cu plumb în rândul aristocrației romane.
În secolul al VIII-lea, alchimistul arab Jabir ibn Hayyan (Geber) a fost primul care a concentrat, prin distilare, acid acetic din oțet. În epoca renascentistă, s-a obținut acid acetic glacial prin distilarea uscată a acetaților metalici. În secolul al XV-lea, alchimistul german [NUME_REDACTAT] a descris o asemenea procedură și a comparat acidul acetic glacial produs prin acest procedeu cu oțetul. Prezența apei în oțet avea un efect atât de puternic asupra proprietăților acidului acetic, încât vreme de secole mulți chimiști au crezut că acidul acetic glacial și acidul găsit în oțet sunt două substanțe diferite. Cel care a dovedit că sunt identice a fost chimistul francez [NUME_REDACTAT].
În 1847, chimistul german [NUME_REDACTAT] sintetizează pentru prima dată acid acetic din material anorganic. Secvența de reacții a constat în clorinarea sulfurii de carbon (CS2) până la tetraclorură de carbon (CCl4), urmată de piroliză până la tetraclor- etilenă și clorinare apoasă până la acid tricloracetic și încheiată cu reducerea electrolitică la acid acetic.[2]
Până în 1910, acidul acetic glacial era obținut din "sucul pirolignos" prin distilarea lemnului (v. mai jos). Acidul acetic era izolat ulterior prin tratarea cu lapte de var (hidroxid de calciu), iar produsul rezultat (acetat de calciu) era apoi acidifiat cu acid sulfuric obținându-se acidul acetic. Pe atunci, Germania producea 10.000 tone de acid acetic glacial, din care cam 30 % era folosit pentru manufacturarea vopselei indigo.
Acidul acetic este produs atât prin fermentare bacteriană, cât și prin sinteză. La ora actuală, doar 10 % din producția mondială de acid acetic se face pe cale biologică, cea care rămâne de bază pentru obținerea oțetului, cu atât mai mult cu cât legislația multor țări impune ca oțetul de uz alimentar să fie de origine naturală. Circa 75 % din acidul acetic produs pentru utilizarea chimică se obține prin carbonilarea metanolului (vezi mai jos). Restul de 25 % se obține prin metodele alternative [9].
Producția mondială totală de acid acetic pur este estimată la 5 Mt/an (milioane tone pe an), din care aproximativ jumătate este produsă în [NUME_REDACTAT]. Producția europeană se ridică la aproximativ 1 Mt/an și e în scădere, iar 0.7 Mt/an este produsă în Japonia. Alte 1.5 Mt sunt reciclate in fiecare an, aducând piața mondială totală la 6.5 Mt/an. Doi dintre cei mai mari producători de acid acetic pur sunt Celanese și BP Chemicals. Printre alți mari producători se numără și: [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], Samsung, Eastman și [NUME_REDACTAT].
II.4.Fermentația acetică
Procesul de fermentație acetică poate avea loc în prezența oxigenului și a bacteriilor aerobe, precum și în absența oxigenului, dar a prezenței bacteriilor anaerobe.
Fermentația oxidativă
Pentru o lungă perioadă a istoriei omului, acidul acetic, sub formă de oțet, a fost produs cu ajutorul bacteriilor din genul Acetobacter. În condițiile prezenței abundente de oxigen, aceste bacterii pot produce oțet pornind de la o largă varietate de alimente fermentabile. Produsele utilizate în mod obișnuit sunt cidrul de mere, vinul și cerealele fermentate, malțul, orezul sau cartofii. Se obține prin fermentație acetică, din etanol, conform ecuației chimice generale:
C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O
O soluție diluată de alcool inoculată cu Acetobacter și păstrată într-un loc cald și aerat se va transforma în oțet de-a lungul a câtorva luni. Metodele de producere industrială a oțetului accelerează acest proces prin îmbunătățirea aportului de oxigen pentru bacterii.
Primele eșantioane de oțet produs prin fermentație au apărut probabil ca greșeli în cursul procesului de fabricare a vinului (vinificație). Dacă mustul este fermentat la o temperatură prea mare, Acetobacter se va multiplica în exces și va inhiba drojdia ce apare spontan pe struguri. Ca urmare a faptului că cererea de oțet pentru uz culinar, medical și sanitar creștea, producătorii de vin au deprins rapid să folosească și alte materii organice pentru a fabrica oțet în timpul lunilor calde de vară, chiar înainte de coacerea viilor. Metoda era lentă și nu întotdeauna încununată de succes, întrucât producătorii încă nu înțeleseseră fenomenul.
Unul dintre primele procedee industriale a fost metoda rapidă sau metoda germană, practicată pentru prima dată în Germania în 1823. În acest proces, fermentația are loc într-un turn în care sunt introduse și așchii de lemn sau cărbune vegetal. Alimentul conținând alcool este vărsat puțin câte puțin prin gura turnului; pe la baza turnului este introdus aer proaspăt prin convecție naturală sau forțată. Ameliorarea aportului de aer prin acest proces reduce timpul de producere a oțetului de la câteva luni la câteva săptămâni.
Astăzi, oțetul este produs în cea mai mare parte în rezervoare în care sunt scufundate culturile bacteriene, metodă care a fost pentru prima dată descrisă în 1949 de către [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT]. Prin această metodă, alcoolul este fermentat până la oțet într-un rezervor în care se amestecă în continuu, iar oxigenul este furnizat prin barbotarea aerului în această soluție. Astfel, se poate produce oțet de concentrație de 15 % în doar 24 ore/șarjă sau chiar oțet de 20 % în 60 ore.
Fermentația anaerobă
Unele specii de bacterii anaerobe, incluzând pe unele din genul Clostridium, pot transforma zaharidele direct în acid acetic, fără utilizarea etanolului ca produs intermediar. Reacția generală determinată de aceste bacterii se poate scrie:
C6H12O6 → 3 CH3COOH
Aceste bacterii acetogene pot sintetiza acid acetic pornind de la compuși monocarbonați (cu un singur atom de carbon), cum ar fi metanolul, monoxidul de carbon sau o mixtură de dioxid de carbon și hidrogen:
2 CO2 + 4 H2 → CH3COOH + 2 H2O
Capacitatea bacteriilor din genul Clostridium de a utiliza direct zaharidele sau de a produce acid acetic din materii prime mai ieftine demonstrează că acestea ar putea produce acid acetic mai eficient decât oxidanții etanolului ca Acetobacter. Totuși, bacteriile Clostridium sunt mai puțin tolerante la mediu acid decât Acetobacter. Chiar și cele mai tolerante la acid dintre sușele de Clostridium nu pot produce decât un oțet de o concentrație de doar câteva procente, comparativ cu unele sușe de Acetobacter care pot produce un oțet de o concentrație de până la 20 %. La ora actuală rămâne mai rentabilă producerea oțetului cu ajutorul sușelor de Acetobacter decât prin fermentarea anaerobă urmată de concentrare. Ca urmare, cu toate că bacteriile acetogenice se cunosc încă din 1940, utilizarea lor în industrie rămâne destinată unui segment îngust de utilizări.
Acidul acetic este folosit în alimentație sub formă de oțet și ca materie primă în industria farmaceutică, la prepararea aspirinei (acid acetilsalicilic). Unele săruri ale sale (acetații de Fe, Cr, Al) se folosesc ca mordanți în vopsitorie (mordanții sunt fixatori ai culorii pe fibră).
Acidul acetic se folosește în sinteza diferitor substanțe pe post de catalizator și/sau solvent atunci când reacțiile se petrec în mediu anhidru.
Acidul acetic este un reactant chimic utilizat pentru producerea a numeroși compuși chimici. Cea mai importantă întrebuințare a acidului acetic constă în producerea monomerului de acetat de vinil, urmată îndeaproape de obținerea anhidridei acetice și a esterilor. Prin comparație, volumul de acid acetic folosit pentru producerea oțetului este mic.
Sub formă de oțet, soluțiile de acid acetic (de regulă, având 5 % până la 18 % acid acetic, cu procentajul calculat de obicei în masă) sunt folosite ca atare fie pentru condimentare, fie pentru conservarea ca murături a legumelor și a altor produse alimentare. Oțetul de masă tinde să fie mai diluat (5 %-8 % acid acetic), în timp ce murăturile comercializate folosesc în general soluții mai concentrate. Cantitatea de acid acetic consumată ca oțet la scară mondială nu este mare, dar cronologic este de departe cea mai veche și cea mai cunoscută întrebuințare.
III. TEHNOLOGIA FABRICĂRII OȚETULUI
III.1. Metode de fabricare
Soluțiile de acid acetic pot fi produse prin 2 tipuri de metode:
1.metode chimice:oxidarea acetaldehidei, distilarea uscată a lemnului.
2.metode biotehnologice:fermentație acetică.
1.Metode chimice
Oxidarea acetaldehidei la acid acetic se realizează industrial în prezența unor catalizatori de tipul sărurilor de Fe,Ni,Mn.
Prin distilarea uscată a lemnului rezultă ,pe lângă mangal, acid acetic și alți compuși secundari. Acidul acetic rezulta sub forma unei soluții ce conține aprox. 10% acid acetic, 2,5%alcool metilic,0,5%acetona, gudroane și alți compuși.
Este transformat separat în sare de calciu, ce se tratează cu acid sulfuric rezultând din nou acid acetic.
Acidul acetic obținut prin ambele metode se purifică în continuare prin distilare și alte procedee chimice.Se obține astfel acid acetic glacial. Pe baza acestora se pot prepara soluții de acid acetic de concentrații cuprinse între 60%-80%, denumite și “esența de oțet” și care se folosesc prin diluare ,aromatizare și colorare la obținerea oțetului sintetic.
2.Metodele biotehnologice împlică următoarele procedee:
A – prepararea substratului hidroalcoolic,
B – fermentația acetică,
C – maturarea.
A.Prepararea substratului hidroalcoolic: Materiile prime utilizate la fabricarea oțetului sunt: vin, spirt (alcool etilic), cidru, diverse soluții obținute prin fermentația alcoolică a unor sucuri de fructe, a mierii, etc.Condiția esențială este să conțină alcool etilic. Aceste materii se pot folosii individual sau în amestec, cu sau fără amestec de apă.
Concentrația de alcool etilic din soluția hidroalcoolică se reglează la valori cuprinse între 3,5%-17%, în funcție de tăria acetică.
Pe lângă prezența alcoolului etilic pentru desfășurarea fermentației acetice în condiții bune, este necesară și o serie de nutrienți secundari și factori de creștere. Dacă se utilizează ca materie primă vinul sau lichide alcoolice provenite din fermentarea sucurilor de fructe și a mustului de malț, adăugarea de nutrienți secundari nu este necesară.Totuși dacă fracțiunea reprezentată de vin, must de malț fermentat sau de sucurile fermentate de fructe este sub 50%-60%, este necesară adăugarea unor elemente nutritive suplimentare.
B.Fermentația acetică – Aspecte microbiologice și biochimice: microorganismele care produc cantități semnificative de acid acetic fac parte din genul Acetobacter.
Formarea acetaldehidei ca intermediar în fermentația acetică a fost dovedită experimental prin adăugarea de sulfit sau bisulfit de calciu în fermentatorul acetic.
Bisulfitul de calciu reacționează cu aldehida acetică .În acest fel se blochează mecanismul principal al fermentației acetice. Produsul format nu este oxidat de bacteriile acetice și se acumuleaza în mediu.
Randamentul teoretic de conversie a alcoolului etilic în acid acetic este de 130,4kg de acid acetic la 100kg de alcool.
Viteza de conversie depinde de natura microorganismelor și a substratului, de nivelul de aprovizionare cu oxigen, de temperatură și scade cu creșterea concentrației acidului acetic prezent in mediu.
Fermentația acetică este un proces exoterm. Conversia fiecărui mol de alcool etilic însoțită de eliberarea unei cantități de căldură de 117kcal.
Procedee de realizare a fermentației acetice:
În funcție de viteza de formare a acidului acetic, procedeele de fermentație acetică pot fi împarțite în 2 categorii: procedee lente și procedee rapide.
-Procedeele lente sunt de tip casnic și de tip Orleans.
Procedeul casnic
Acest procedeu se bazează pe oxidarea alcoolului etilic în vase de lemn cu volum de 200 – 1000 litri fiecare, prevăzute cu orificii laterale, prin care se formează un curent permanent de aer. Vasele se umplu cu substrat până aproape de orificiile de ventilație( care se află la 4/5 din volumul vasului ). Vasele se așează pe rafturi într-o încăpere care se încălzește artificial la temperatura de 25-30 0C.
După câteva zile de la introducerea vinului în vase se observă că la suprafața lichidului se formează o peliculă subțire de culoare albă, ceea ce înseamnă că a început fermentația acetică și că se dezvoltă coloniile de bacterii acetice.
Pe măsură ce oțetirea vinului avansează, se încălzește vinul din butoi, iar circulația aerului se face din ce în ce mai bine. Aerul intrat prin orificiile de la suprafața lichidului iese afară pe la vrană.
Acidul acetic format prin oxidarea alcoolului, la suprafața vinului, cade la fundul butoiului (deoarece are greutatea specifică mai mare decât a vinului) și se ridică la suprafața vinului mai puțin oțetit, dar cu o concentrație alcoolică mai mare. Astfel se continuă obținerea vinului până ce tot alcoolul se transformă în acid acetic.
Această operație are la început o durată foarte mare, pentru că suprafața lichidului este foarte mică în raport cu volumul lui.
La a doua încărcare fermentația acetică se desfășoară mai repede, pentru că nu se evacuează toată cantitatea de oțet care se produce, ci se introduc cantități (relativ mici) de vin peste maiaua (plămada) care conține cantități mari de bacterii acetice active. De obicei, se introduce vin cam a 15 parte din oțetul (maiaua) rămas în vas.
Fermentația acetică durează 10-12 zile și depinde de calitatea vinului introdus, de tăria alcoolică a vinului și dacă s-a menținut sau nu temperatura optimă în timpul fermentației acetice.
Oțetul astfel fabricat are o concentrație de circa 7 grade acetice și conține 2,5 alcool nefermentat.
Aceasta a fost prima metodă folosită la începutul dezvoltării industriei oțetului și este o metodă de fermentație naturală.
Dezavantajele acestei metode sunt următoarele:
– metoda este foarte înceată
– se obțin concentrații foarte scăzute de acid acetic și randamente reduse
Mai târziu s-a căutat o metodă mai rapidă de fabricație, cu pierderi mai mici de evaporare. S-a încercat și o economie a spațiului de fabricație. Prin încercări repetate s-a găsit o metodă de transformare în oțet a alcoolului obișnuit, neamestecat cu vin.
Se știa că pentru o fermentație completă și rapidă este nevoie ca suprafața de contact între lichid și aer să fie cât mai mare și pentru aceasta s-a găsit un suport (care nu este atacat de acizi) și care permite lichidului să aibă un contact cât mai mare cu aerul.
Procedeul de tip Orleans: soluția alcoolică este plasată într-un vas cu raport diametru/înălțime mare, ce conține talaș, tulpini de viță sau alte materiale de origine vegetală. După aprox.7zile, perioada în care se declanșează fermentația acetică, lichidul este trecut într-un alt vas.Umplerea se face în așa fel încât lichidul să ocupe de la 50%-70% din volumul total al vasului(Fig.3).
Fig. 3Vas pentru obținerea oțetului
Astfel, fermentația acetică se desfasoară lent, numai la suprafața lichidului, unde concentrația de oxigen dizolvat este suficientă pentru a asigura metabolizarea alcoolului etilic de către bacteriile acetice.
Fermentația durează aprox. 8-14 săptămâni, în funcție de compoziția inițială a soluției alcoolice, temperatura, natura microorganismelor, suprafața de contact lichid/aer. Procedeele lente se folosesc pentru obținerea unui oțet cu tăria de 4-7 grade acetice.
Avantajul folosirii procedeelor lente este aroma foarte fină a produsului finit. Din acest motiv, procedeele lente sunt folosite pentru fabricarea oțeturilor din fructe și a unor produse speciale, cum ar fi:oțetul balsamic.
-Procedeele rapide: folosesc coloane cu umplutură pentru atingerea unui nivel ridicat de oxigen dizolvat, plămada este distribuită printr-un procedeu oarecare pe o coloana cu umplutura care asigura o suprafață mare de transfer gaz-lichid.
Distribuirea plămezii se poate face continuu (stopirea uniformă a părții superioare a coloanei cu substrat) sau discontinuu. Componentele tehnologice sunt prezentate în tabelul 1.
Tabelul 1
Componente tehnologice
Cel mai utilizat acetator cu umplutură este aparatul Frings(Fig.4), alcătuit din :
-vas tronconic cu înclinație mică;
-2 grătare:inferior și exterior;
-pompă;
-distribuitor de aer.
Fig. 4 Schița acetatorului Frings
III.2.Procesul tehnologic de fabricare
Schema tehnologică de obținere a oțetului este prezentată în figura 5.
III.2.1Materii prime, auxiliare, bacterii de fermentație
Fig. 5 Schema tehnologică de obținere a oțetului
Materiile prime pentru obținerea oțetului alimentar de fermentație (singurul oțet admis de legislația în vigoare) sunt reprezentate de vinuri (în principal cele albe desulfitate și mai puțin cele roșii care conțin polifoli ce influențează negativ bacteriile acetice), cidru, soluții alcoolice obținute prin fermentația alcoolică a unor sucuri de fructe, miere alcool etilic rafinat.
În cazul folosirii spirtului diluat se utilizează și diferite nutrimente reprezentate de: săruri de amoniu (sulfat de amoniu, fosfat de amoniu), săruri de potasiu (sulfat de potasiu), săruri de fosfor (fosfați), extract de porumb sau extract de malț. Se consideră că atunci când se utilizează soluție hidroalcoolică, la 1 L de alcool absolut, în acetator, trebuie să se adauge: 0,25 g superfosfat, 0,25 sulfat de amoniu, 9 g carbonat de potasiu și 5 g glucoză tehnică sau melasă din amoniu.
Pentru fermentația acetică ( fermentație aerobă ) se utilizează bacterii din genul Acetobacter care se diferențiază între, prin tăria alcoolică pe care o suportă ( % v /v ), producția maximă de acid acetic realizată (% m/v) și temperatura de fermentare. Având în vedere că produsul finit trebuie să aibă o concentrație de ~90 g acid acetic/L, se folosesc numai speciile de bacterii acetice care pot realiza asemenea concentrație, și anume:
Acetobacter ascendendens…………..toptima = 31°C
Acetobacter orleansis……………….toptima= 30°C
Acetobacter schützenbachii………….toptima= 28°C
Bacteriile acetice, care sunt Gram (-), sporogene, cu flageli de 0,4-0,8 µm, de dezvoltă bine la pH = 3,0 – 3,2. Cultura de bacterii acetice se menține în mediu agarizat care conține ,l(NP4)3PO4 · 3H2O, MgHPO4 · 3H2O ·KH2PO4. Maiaua de bacterii selecționate se menține în mediu nutritive lichid, cu aerare intensă.
III.2.2.Mecanismul de formare a acidului acetic
Mecanismul biochimic de conversie a alcoolului etilic în acid acetic implică parcurgerea următoarelor etape:
Transformarea alcoolului etilic în aldehidă acetică, reacție în care este implicată alcooldehidrogenaza:
Alcooldehidrogenaza
CH3-CH2-OH +1/2 O2 → CH3- CHO + H2O
NADH+H+ NAD+
Hidratarea aldehidei acetice prin adiția unei molecule de apă, reacție în care este implicată o hidratază:
H
Hidrataza ∕
CH3-CHO + H2O → CH3-C − OH
\
OH
Transformarea produsului hidratat în acid acetic sub influența aldehid dehidrogenazei:
H
∕ Aldehid hidrogenaza
CH3-C – OH + ½ O2 → CH3-COOH
\
OH
NADH + H+ NAD+
Există și o cale colaterală de transformare a acetaldehidei în acid acetic, printr-o reacție de disproporționare:
CH3-CHO + CH3-CHO + H2O → CH3-COOH + CH3-CH2 – OH
Alcoolul etilic format intră apoi în reacția catalizată de alcooldehidrogenază. Pentru amorsarea fermentației acetice, în mediul de fermentare se adaugă până la 1% oțet, aciditatea favorizând activitatea becteriilor acetice supuse la stresul concentrației de alcool a substratului.
Viteza de fermentare va depinde de: specia de bacterie acetică utilizată; de natura substratului (cel mai bine se comportă vinul care posedă toate nutrimentele necesare); nivelul de aerare (oxigenare) a substratului; temperatura de fermentare.
Randamentul teoretic de conversie a alcoolului etilic în acid acetic este de 130,4 kg acid acetic/100 kg alcool etilic absolut, respectiv 0,013 kg acid acetic/grad alcoolic Salleron. Fermentația acetică, fiind un proces aerob, este însoțită de degajarea de căldură (117 kcal/mol de alcool etilic).
Cantitatea de căldură care se formează în cursul fermentației acetice este de aprox.10600kj/kg de alcool etilic.Acetatorul produce în condiții unor costuri rezonabile, oțet cu tăria de până la 12 grade acetice, iar în regim normal ciclul de producție este de 8-12 zile și cu producerea oțetului la 9grade acetice. Productivitatea este influențată de natura bacteriilor acetice și modul de conducere a fermentației.
-Procedee ce folosesc fermentația submersă: un acetator submers tipic poate produce 25-30kg de acid acetic/m3 de volum util în 24 ore. Prin fermentația submersă se pot obține soluții cu tărie acetică de până la 150. Oțetul produs prin fermentație submersă este mult mai tulbure și ceva mai puțin aromat decât cel produs în acetatoare cu umplutură.
Dezvoltarea industrială a fermentației acetice submerse a avut loc treptat, după 1950, pe baza experienței acumulate în producția submersă de antibiotice. În cazul fermentației acetice submerse, suprafața de transfer gaz/ lichid creată cu ajutorul umpluturii în cazul acetatoarelor clasice este înlocuită cu suprafața unor bule de aer cu dimensiuni mici, distribuite în număr foarte mare în toată masa lichidului aflat în fermentație. În plus „ cuibul de oțet” folosit la acetatoarele cu umplutură este înlocuit adeseori cu culturi selecționate de bacterii acetice.
La unele dintre primele acetatoare care foloseau fermentația submersă, pentru distribuirea bulelor de aer a fost folosită o placă gorasă de sticlă sinterizată. În prezent, instalțiile industriale de obținere a oțetului prin fementație submersă utilizează bioreactoare de diverse tipuri (Vogelbusch, B.M.A., Chemap etc. ) adaptate corespunzător, la care generarea unei suprafețe de contact cât mai mare între aer și lichid se face prin mijloace mecanice.
Un acetator tipic din această clasă este format dintr-un vas de oțel inoxidabil, acido-rezistent sau polipropilenă armată cu fibre de sticlă, un sistem mecanic de distribuire a aerului sub formă de bule cu diametru mic ( turbină cu sau fără autoaspirație, fie un injector special combinat cu un sistem de paiete pentru realizarea unui regim puternic turbionar ), suprafețe de transfer termic montate în interior sau un schimbător de căldură extern, spărgător de spumă ( de obicei de tip mecanic, cu elemente active ), condensator pentru recuperarea vaporilor de acid acetic, aparatură de automatizare și control specifică. Printre altele, acesta trebuie să cuprindă elemente pentru măsurarea temperaturii, a conținutului de oxigen dizolvat ( pO2 ), a conținutului de alcool și a nivelelor de lichid și spumă din aparat.
Conducerea procesului se realizează în general automat, uneori cu calculator de proces, prin reglarea continuă a temperaturii și a conținutilui de oxigen dizolvat. În momentul în care conținutul rezidual de alcool etilic atinge 0,2 %, se extrage automat 30-50 % din volumul de lichid din acetator și se înlocuiește treptat ( pentru menținerea temperaturii în plaja optimă pentru bacteriile acetice ) cu materie primă.
Productivitatea unui astfel de aparat depinde de nivelul de aerare (5-15 m3 aer/m3 de soluție x oră) și de eficacitatea cu care acesta este distribuit sub formă de bule fine.
Un acetator submers tipic poate produce 25-30 kg de acid acetic/ m3 de volum util în 24 de ore. Volumul util este, de obicei 60-70 % din volumul total. De exemplu, în caazul acetator cu un volum util de 21 m3, la care se extrage pe ciclu o treime din soluția acetică, durata fementației pentru o tărie finală de 12 grade acetice este de aproxmativ 30 de ore.
Randamentele obținute sunt net superioare în raport cu acetatoarele cu umplutură, putând atinge 98 % din randamentul teoretic.
Prin fermentația submersă se pot obține soluții cu o tărie acetică de până la 15 grade. Dacă se urmărește obținerea unei concentrații mari de acid acetic, se separă fermentația în două trepte, care se desfășoară în bioreactoare diferite, cu culturi diferite și parametri specifici.
Din de vedere al operării, acetatoarele submerse sunt mai sensibile decât cele cu coloană de umplutură, deoarece absența aerării pe durate chiar foarte scurte ( sub 1 minut provoacă o reducere majoră a numărului de bacterii acetice active, cu repercusiunile corespunzătoare asupra duratei ciclului și randamentului. Astfel de evenimente sunt evitate prin utilizarea de surse rezervă pentru alimentarea cu energie și unor sisteme de automatizare cu siguranță mare în exploatare(fig5).
Fig. 5 Acetator care folosește procedeul submers
1-coorpul acetatorului, 2-agitator, 3-distribuitor, 4-pompă de recirculare, 5-distribuitor de aer, 6-condensator, 7-schimbător de căldură
Oțetul produs prin fermentație submersă este mult mai tulbure și ceva mai puțin aromat decât cel produs în acetatoare cu umplutură. Din aceste motive este supus unei operații de limpezire / filtrare și se lasă uneori la maturare / învechire în butoaie de lemn.
C. Maturarea oțetului
Imediat după fabricare oțetul are o aromă dură și un miros înțepător, care dispar după maturare. Maturarea se aplică selectiv în funcție de procedeul de obținere și se realizează în butoaie din lemn de stejar.
Tratamentul oțetului după maturare
Acest tratament poate include:
limpezirea cu ajutorul bentonitei, cleiului de pește; (se utilizează 20 g gelatină / 100 l oțet, respectiv 2- 20 g clei de pește / 100 l oțet. )
limpezirea este urmată de filtrare;
îndepărtarea eventualelor mirosuri care se face prin tratarea oțetului cu 200- 500 g cărbune activ / 1000 l oțet; după tratatrea cu cărbune activ oțetul se filtrează.
Pasteurizarea și conservarea oțetului
Oțetul pus în consumație cu concentrația de 9 grade acetice nu are nevoie de pasteurizare, chiar dacă este fabricat numai din vin.
Oțetul provenit din alcool etilic se conservă timp nelimitat ( dacă are tăria de cel puțin 6 grade acetice), spre deosebire de oțetul din vin, care mai conține încă 1 / 10 extract din vin ( materie primă ).
Dacă oțetul are sub 6 grade, aciditatea poate fi alterată de Acetobacter xylinum sau impurificat ( prin înmulțirea anghilulelor, care au fost scoase din generator odată cu oțetul). În acest caz se impune pasteurizarea.
Oțetul poate fi pasteurizat înainte de îmbuteliere, prin încălzirea acestuia la temperaturi cuprinse între 60- 65 0C / 30 minute, apoi este răcit până la 32- 38 0C, când este umplut în sticle, bidoane sau butoaie.
În cazul pasteurizării după îmbuteliere se mențin sticlele 30 de minute la temperatura de 60- 66 0C, apoi sticlele se răcesc.
Pasteurizarea în sistem continuu constă în încălzirea oțetului până la temperatura de pasteurizare, urmată de umplera sticlelor sau bidoanelor cu oțet fierbinte, după care acesta se închide ermetic.
Controlul dezvoltării bacteriilor acetice poate fi efectuat și prin utilizarea conservanților chimici, SO2, acid benzoic și ioni de argint.
De asemenea, se poate utiliza pentru împiedicarea dezvoltării becteriilor acetice în oțet și filtrarea sterilizantă sau bactericidă.
Conservarea oțetului este o problemă pentru fabricile de oțet.
Deși se consumă oțet tot timpul anului, există, totuși, două perioade mai însemnate de vânzare, și anume:
în lunile aprilie, mai, iunie, iulie când se consumă pentru salate;
în sezonul de toamnă când se pregătesc conserve pentru iarnă.
III.3.Ambalarea, marcarea și depozitarea oțetului
[NUME_REDACTAT] alimentar se ambalează în:
cisterne din material inoxidabil sau din polstif;
butoaie de lemn de stejar sau fag;
butelii de sticlă de 0,5 0,7 și 1 litru;
damigene de sticlă de 50 litri;
flacoane din plastic.
Recipientele destinate umplerii cu oțet alimentar vor fi bine curățate și spălate. Butoaiele se vor închide cu dopuri de lemn bătute până la nivelul doagei. Dopurile vor fi marcate cu emblema întreprinderii producătoare. Peste dop se va aplica o placă metalică pentru a asigura inviolabilitatea conținutului.
Damigenele se vor închide cu dopuri din plută, sau din cauciuc sau din material plastic, legate în cruciș cu sârmă de gâtul damigenei și plombate cu emblema întreprinderii producătoare.
Buteliile de sticlă se vor închide cu dopuri din plută sau din material plastic sau cu capsulă din material plastic, care trebuie să asigure etanșeitatea corespunzătoare. Dopurile se acoperă cu un capișon de hârtie, cu bandă de control lipită de gâtul buteliei.
Ambalajele destinate umplerii cu oțet alimentar, vor fi bine spălate și nu trebuie să prezinte miros.
Materialele plastice folosite ( inclusiv polstiful ) trebuie să fie avizat de [NUME_REDACTAT])(Fig.6).
Fig. 6 Ambalarea oțetului
[NUME_REDACTAT] vor fi marcate astfel:
butoaiele prin etichete lipite pe unul din funduri;
damigenele prin etichete de carton atașate prin plombare de gâtul; damigeneisau prin etichete lipite vizibil pe partea superioară a damigenei;
buteliile de sticlă prin etichetare.
Etichetele vor porta următoarele mențiuni:
marcarea de fabrică sau denumirea întreprinderii producătoare
denumirea produsului, tipul și aciditatea ( în grade )
data îmbutelierii ( ziua, luna, anul )
conținutul ( în mililitrii ) la butelii sau ( în litri ) la butoaie și damigene sau alte recipientecu capacitate mai mare de 1 litru.
STAS- ul 157 / 86.
Prețul de vânzare cu amănuntul ( la butelii ).
[NUME_REDACTAT] alimentar se va depozita în încăperi bine închise, ferite de lumină și la temperatura de 0- 25 0C.
[NUME_REDACTAT] oțetului alimentar se face cu mijloace de transport destinate bunurilor alimentare ( ferite de intemperii ).Transportul buteliilor cu oțet se face în lăzi sau containere.
[NUME_REDACTAT] lot de livrare va fi însoțit de documentul de certificare a calității, întocmit conform dispozițiilor legale în vigoare.
Termenul de garanție
Termenul de garanție pentru oțetul alimentar este de 6 luni. Acest termen se referă la produsul ambalat, depozitat și transportat în condițiile prezentului standard și normele tehnice pentru depozitarea bunurilor alimentare și decurge de la data îmbutelierii.
III. 4. Tipuri de oțet de fermentație
Elementele de bază care diferențiază sortimentele de oțet sunt:
procesul tehnologic de obținere;
material prima folosită.
Procesul tehnologic de obținere a oțetului are la bază oxidarea acetică a unor lichide hidroalcoolice.
In funcție de materia primă folosită, principalele categorii de oțet de fermentație sunt(Tabel 2).
oțet de vin – când este pregătit din vin natural;
oțet de fructe – când este obținut prin fermentație acetică a mustului de fructe;
oțet din vin cu adaos de alcool;
oțet din alcool – când este obținut prin fermentație acetică a unui amestec hidroalcoolic ( amestec de alcool și apă );
oțet din cereale – oțetul obținut prin oxidarea alcoolului obținut fără distilare intermediară, din cereale ( orez, porumb ) al căror amidon a fost zaharificat prin alt procedeu decât cel cu diastazele din malț prin fermentație acetică.
Oțetul din vin
Oțetul de vin este un produs obținut prin oxidare acetică a vinului sau a unui amestec în care vinul este în proporție de 70%.
Exista însă unele sortimente comerciale, care sunt prezentate ca “ oțet din vin “ deși numai o parte din substratul inițial este format din vin, restul fiind un alt lichid hidroalcoolic, de obicei un amestec de alcool etilic si apă.
Oțetul din vin este de diferite calități, funcție de vinul din care a fost preparat. De obicei se folosesc vinuri de calitate inferioară sub aspectul acidității volatile, cu un conținut redus de dioxid de sulf sau alte substanțe care ar putea inhiba bacteriile acetice.Culoarea oțetului din vin variază de la galben pal la roșu, iar in funcție de sortimentul de vin folosit ca materie primă.
Oțeturile fine provin din vinuri fine și se maturizează încet, în butoaie de stejar. Maturizarea lor durează de la câteva săptămâni la doi ani. Oțeturile preparate din vin roșu sunt îmbătrânite mai mult timp decât cele provenite din vin alb.
Oțeturile obișnuite din vin folosesc drept materie primă pentru vinuri de calitate inferioară sub aspectul aciditații volatile, cu un conținut redus de bioxid de sulf sau alte substanțe care ar putea inhiba bacteriile acetice.
Culoarea oțetului din vin variază de la galben pai la roșu, în funcție de sortimentul de vin folosit ca materie primă.
Conform normelor [NUME_REDACTAT], aciditatea totală a oțetului din vin trebuie să fie de minim 6g/100ml,iar conținutul de etanol să fie sub 1,5%.
Oțetul din fructe
Este un produs obținut prin oxidarea acetică a unor soluții alcoolice obținute din fructe . Cel mai cunoscut produs din acest tip este oțetul din mere, cu sau fără adaos de miere, care are o culoare ‘ caldă”, ca a mierii, precum și o aroma specifică. Acesta se utilizează ca produs alimentar dietetic, dar și în scopuri terapeutice, în diverse afecțiuni precum intoxicațiile alimentare, insomnii, obezitate, relaxarea și calmarea sistemului nervos, dureri musculare, varice etc.
Se știe că mărul conține potasiu, element chimic care condiționează organismul pentru o funcționare normală, și anume participa la menținerea echilibrului osmotic și acido – basic. Oțetul de mere reține din măr toate mineralele, așa cum sunt fosforul, clorul, sodiul, magneziul, calciul, sulful, fierul, siliciul, precum și multe micro elemente asociate cu potasiu.
Deși se comercializează filtrate, exista concepția ca oțetul de mere nefiltrat este excelent pentru sanatate.
Oțetul din fructe se poate prepara din zmeură, afine si coacăze. Produsul rezultat are un gust dulceag și delicat, o excelentă completare pentru salate și dressinguri, cum ar fi vinegreta de zmeură.
Există și oțet din stafide, care are o culoare brun- deschisă, ușor tulbure, și este produs in [NUME_REDACTAT], mai ales in Turcia. Uneori, este aromat cu scorțișoară, ca să i se îmbunătățească gustul și aroma. Este folosit la prepararea de soiuri pentru salate.
Oțetul din alcool
Este cunoscut și sub denumirea de “ oțet alb” și se obține prin oxidare acetică a unor substraturi hidroalcoolice ( alcool etilic si apa), cu adăugarea in plămezile ce urmează a fi supuse procesului de fermentarea unor elemente nutritive suplimentare ( săruri de amoniu, de potasiu și de fosfor).
Acest oțet este incolor și nu are o aromă tipică.
Oțetul din orez
Se fabrica în special în Asia, din lichide hidroalcoolice obținute prin fermentarea alcoolică a unor plămezi de orez, uneori chiar din rachiu de orez. După sortimentul de orez din care este obținut, oțetul poate fi:
Oțetul din orez negru, foarte popular în sudul Chinei, unde se fabrică oțetul Chiankiang, cel mai bun oțet extras din orez negru. În mod normal, oțetul de orez negru este preparat din orez glutinos sau dulce, deși meiul și sorgul pot fi alternative excelente. De culoare brună, acest oțet are un gust de afumat. Este folosit mai ales la mâncărurile fierte sau la prepararea sosurilor. Se foloseste uneori ca înlocuitor al oțetului balsamic.
Oțetul din orez roșu este de culoare închisa, dar nu atât de închisa ca oțetul de orez negru. Gusturile sunt însa diferite, oțetul de orez roșu fiind o combinație interesanta de dulce cu acru. Poate substitui oțetul de orez negru doar dacă i se adaugă puțin zahăr.
Oțetul din orez alb este un lichid incolor, asemănător ca gust cu oțetul obișnuit. Totuși, este mai puțin acid și ceva mai delicat ca gust. De asemenea, dacă este preparat din orez glutinos, are o ușoară notă dulceagă.
Oțetul din porumb
Este preparat din sirop de porumb și este rezultatul fermentației alcoolice a zahărului din porumb. Are un gust plăcut și o culoare ușor brună.
Oțetul de malț
Este preparat dintr-o băutura asemănătoare cu berea folosind malț de orz, printr-o metodă asemănătoare celei prin care se obțin oțeturile din vin. Oțetul de malț este lăsat uneori să se maturizeze înainte de a fi îmbuteliat. Are un gust puternic și o aciditate medie. Este folosit doar drept condiment sau pentru murături.
Oțetul balsamic
Despre oțetul balsamic se spune că este singurul dressing care poate fi folosit de la pește și pînă la înghețată, fiind mai complicat de preparat ca vinul. Acest tip de oțet este un produs special fabricat printr-o technologie aparte, având ca materie prima mustul de struguri concentrat (concentrarea se face evaporarea până ce volumul său se reduce la o treime din cel inițial), care este supus fermentării foarte lente concomitent alcoolică și acetică. Produsul obținut are un conținut ridicat de substanță uscată și o aromă cu totul specială.
I se spune balsamic pantru că are consistența și aroma rășinei din care sunt făcute butoaiele în care este ținut. Oțetul balsamic traditional și original se face doar în regiunile Modena și Reggio din Italia, în special din mustul strugurilor din sortimentul Trebbiano. Se poate folosi și alte tipuri de struguri – Lambrusco, Ancellotta, Sauvignon si Sgavetta. În mustul concentrat se poate adăuga substanțele care ajuta sucul să se transforme in oțet balsamic. Apoi se pune la maturat în butoaie făcute din diverse tipuri de lemn. Unii producători adaugă în oțet zahăr brun sau caramel, pentru a elimina nuanțele de gust amar.
[NUME_REDACTAT], fiecare dintre producătorii de oțet balsamic are propriul secret, de cele mai multe ori acesta ținând de tipul de lemn pe care îl folosește pentru fabricarea butoaielor. Acest tip de oțet nu poate fi vândut decât după ce împlinește vârsta de 6 ani. Calitatea medie este atinsă atunci când oțetul ajunge la zece ani de vechime, iar după 25 de ani se poate spune că oțetul balsamic este aproape de perfecțiune.
Caracteristicile tipurilor de oțrt sunt prezentate în tabelul 2 Tabel 2
Caracteristicile unor tipuri comerciale de oțet
*De regulă oțetul din spirt se colorează cu caramel.
**Nu este admis pentru consum alimentar conform legislației în vigoare.
III. 5. Deranjamente în procesul de fabricare și înlăturarea lor
Deranjamente din cauza alcoolului
Deranjamentele în funcționarea aparatelor de oxidare se observă imediat, iar îndreptarea lor este de cele mai multe ori foarte grea și se soldează cu pierderi mari de materiale.
Deranjamentele din cauza alcoolului se observă la concentrații mari ale acestuia și se manifestă prin scăderea temperaturii, care la început este la nivel de 1-2 °C/zi.
Controlând aciditatea se constată că oxidarea este foarte redusă sau s-a oprit. Încetinirea sau chiar oprirea fermentației acetice poate fi cauzată și de substanțele toxice din materiile prime (acetaldehidele din spirtul brut; substanțele tanante și fierul din vinurile roșii; dioxidul de sulf din vinurile albe; clorul și sărurile minerale din apă).
Deranjamente din cauza întreruperilor
Întreruperile din alimentarea suportului de oxidare pot avea diferite cause. Dacă distribuitorul-stropitor de soluție hidro-alcoolică nu funcționează bines au dacă suportul de oxidare este încărcat în unele părți cu reziduu, iar lichidul și aerul nu mai circulă prin umplutură sau dacă pompa centrifugală nu mai funcționează atunci are loc o creștere a temperaturii peste 40-50 °C (timp în care echipamentul enzymatic al bacteriilor acetice este distrus), iar după ce bacteriile acetice au fost distruse se poate observa po scădere a temperaturii (deoarece fermentația acetică se întrerupe).
Întreruperile pot apare și din cauza:
unui talaș prea vechi, care s-a tasat în timp, și prin care nu mai circulă lichidul și aerul. Există aparate care au funcționat cu plămezi de alcool timp de 20-25 de ani, fără să li se schimbe talașul. De obicei, umplutura dintr-un acetator poate fi folosită timp de 4 ani.
unor sobe care elimină fum în mediul ambient al acetatorului (fumul este atras de curentul de aer folosit pentru aerarea plămezii, aceasta se fixează pe talaș și întrerupe fermentația acetică),
unor infecții
Când fermentația acetică se desfășoară greu și nu se ajunge la tăria acetică normală, atunci trebuie să se schimbe talașul sau se scoate din acetator talașul și se spală (prin sterilizare cu apă fierbinte). Apoi, se introduce prin acetatorul cu umplutură proaspătă (sau sterilizată) oțet, cu bacterii acetice care produc o fermentație acetică bună.
În cazul acetatoarelor submerse, întreruperi ale aerării timp foarte scurt (sub un minut) provoacă o scădere majoră a numărului de bacterii acetice active, cu repercursiuni asupra ciclului și a randamentului.
Deranjamentele datorate întreruperilor pot fi evitate prin utilizarea unor surse de rezervă pentru alimentarea cu energie și a unor sisteme de automatizare cu suprafață mare în exploatare.
3. Deranjamente datorate supraoxidării
Supraoxidarea apare în cazul în care fermentația acetică nu a fost întreruptă când în mediul de oxidare (în plămadă) se mai află 0,2% alcool.
Bacteriile acetice din genul ACetobacter au capacitatea de a oxida și acidul acetic (când în mediu nu mai sunt alte surse de carbon) cu producere de dioxid de carbon și apă. În aceste condiții, se observă o scădere a acidității plămezii.
În aparatele în care apar fenomene de supraoxidare, temperature crește, plămada devine tulbure și este, adesea, însoțită de dezvoltarea anghilulelor.
Mirosul plămezii nu mai este aromat, ca la aparatele unde are loc numai oxidarea alcoolului, ci greu și neplăcut.
Se observă că la partea superioară a acetatorului și la ventilele de aerisire se adună roiuri de muște. Ventilația este foarte puternică și, în cazurile grave, aparatul suflă, adică se inversează ventilația. Acest aer conține cantități mari de dioxid de carbon.
În practică există două tipuri de supraoxidare: cronică și acută.
Supraoxidarea cronică menșine fermentația defectă timp îndelungat, într-o stare staționară, pierzîndu-se continuu cantități diferite de alcool.
Când supraoxidarea este acută, aciditatea se micșorează lunar, iar aparatul produce un oțet foarte slab.
Controlînd conținutul gazelor prin analiză, se constată un procent de dioxid de carbon mai mare de 1%.
Ecuația chimică a acestui fenomen este următoarea:
CH3 – COOH + 2 O2 = 2 CO2 + 2 H2O
Se constată că din această supraoxidare se produce dioxid de carbon și apă.
Pentru evitarea fenomenului de supraoxidare cronică, se spală suportul de oxidare cu oțet tare de 11-12 grade acetice, provenit de la un aparat neinfectat. Pe tot parcursul spălării ventilația trebuie să fie bine închisă. Oțetul cu care s-a aparatul se scoate și, în aparat se introduce plămadă nouă (cu cel puțin 11° alcool).
În cazul supraoxidării acute este necesar să se schimbe talașul cu altul nou și să se dezinfecteze toată instalația.
Deranjamente datorate infestării
Un alt deranjament este provocat de prezența anghilulelor. S-a constat că mediul prielnic pentru anghilule este oțetul din aparatele cu aciditate slabă și cu substanțe hrănitoare în proporții mai mari.
În aparatele unde se lucrează cu temperaturi între 35-37°C și cu aciditate de 11-12 grade acetice, anghilulele nu se pot înmulți, iar cele existente dispar în timp de o lună. Păduchele de oțet se hrănește cu anghilule. Aceștia nu produc daune, dar prezența lor trebuie evitată.
IV. FILTRAREA OȚETULUI CU AJUTORUL SISTEMELOR DE MEMBRANE
IV. 1. Introducere în filtrarea cu membrane
Înainte de apariția fibrelor tubulare, folosirea industriala a filtrării în curent transversal a fost limitată la densitatea mică de împachetare. Fibrele tubulare au permis potrivirea unor suprafețe de membrane mari într-un spațiu foarte mic, în acest fel apare un design compact și performanțe de filtrare mari, în același timp. Membranele cu fibre tubulare sunt anizotropice, cu toate acestea sunt fabricate în stare polimerică neîntreruptă-membrana într-un singur strat. Aceasta dă membranei o înaltă stabilitate mecanică ce este combinată cu stabilitatea chimică mare, asigură durata de viață mare și performanțele membranelor KOCH-ROMICON(fig.7) .
.
Fig. 7 Modul de membrane tubulare
1-alimentare cu produs; 2-evacuare concentrat; 3-evacuare permeat
Procesul de filtrare este lin, iar calitatea si intensitatea culorii oțetului rămâne neafectată. Chiar oțeturile dificil de filtrat se pot clarifica cu acest filtru. Aceste membrane sunt potrivite pentru clătire, spălare secundare și asigură un debit omogen și eficacitate maximă la procesul de filtrare. La acest proces, este posibilă eliminarea sau renunțarea la prelimpezire prin agenți de filtrare
Avantajele pe care le prezintă membranele tubulare sunt:
-sunt ușor de curățat;
-sunt fără spații moarte;
-tolerează particule de substanță.
Dezavantajele membranelor tubulare sunt:
-volum mare reținut pe unitatea de suprafață de membrană;
-presiunea de lucru este mare;
-instalația ocupă spații mari, raportate la unitatea de suprafață
Fabricarea modulului de 5 inchi a fost un pas decisiv pentru scăderea costurilor. Proprietățile acestui modul sunt unice și potrivite pentru instalații comerciale.
Avantajele modulelor de filtrare de oțet KOCH-ROMICON:
costurile scăzute datorită producției de serie;
design compact;
densitate de împachetare mare, mai mult de 7 mp de suprafața filtrantă;
posibilitatea verificării vizuale a integrității membranei;
adaptabilitatea ușoară la toate ariile de performanță;
durată de viață și funcționare mare;
ideale pentru aplicațiile comerciale
IV. 2. Principiul de funcționare
Prin procesul de curgere transversala KOCH-ROMICON, oțetul este pompat din tancul de stocare în tancul de proces al sistemului. Pompa de circulație alimentează oțetul prin modulul de filtrare de oțet KOCH-ROMICON. Acest modul conține sute de fibre tubulare prin care curge oțetul nefiltrat. Filtratul este alimentat spre exterior. Solidele și tulbureala sunt reținute de membrane și concentrate în curentul nefiltrat până când filtrarea este întreruptă sau are loc un schimb de concentrate. Deoarece se pot atinge valori foarte mari de factori de concentrare, pierderile de produs sunt nesemnificative, comparativ cu metodele de filtrare convenționale.
Volumul mort al sistemului fiind foarte mic, golirea completă a părții cu tulbureală și a părții cu oțet clar, permite cea mai bună separare posibilă a lotului. Procesul discontinuu permite obținerea materialului ce trece, respective ce se reține într-un singur proces, de asemenea, procesul discontinuu este posibil și cu alimentare continuă cu produs brut respectiv cu circuit intern cu presiune stabilizată.
IV. 3. Filtrul pentru oțet KOCH-ROMICON
Filtrul pentru oțet KOCH-ROMICON este un sistem de filtrare cu curgere discontinuă, care cere un singur pas. Din tancul de oțet tulbure, acesta trece prin pompa de alimentare P301- care nu face parte din sistemul de filtrare – și prin tubul cot unghiular cu site FI+08 în tancul de proces B1. Pompa de proces P101 trimite oțetul prin modulul de filtrate. Prin robineții 05a si 05b și debit-metrele de solid F1, pompa de filtrate pompează oțetul clarificat într-un tanc pentru oțet clar de stocare.
Concentratul iese din filtru împreuna cu nefiltratul ce-i urmează din tancul de proces prin pompa P101 în partea de admisie. O cantitate de oțet tulbure, ce corespunde exact cu filtratul scurs anterior este apoi transmis din tancul de proces B1 în circuitul de filtrare. Pompa P101 trimite amestecul de nefiltrat și concentrate parțial în circuitul de filtrare și parțial prin țevile și robineții 04 înapoi spre tancul de proces, deci va crește concenrația din tancul de proces în mod constant.
Senzorul de nivel LSH 1 previne o deversare în tancul de proces și decuplarea pompei alimentare. Pompa de alimentare este pornită prin senzorul LSL1de jos. Partea de admisie a pompei are o sonda TIC/LSSL pentru a monitoriza temperatura lichidului de filtrate și pentru a proteja pompa de proces ca să nu meargă în gol(fig. 8).
Fig. 8 [NUME_REDACTAT]-[NUME_REDACTAT] trebuie plasat, astfel încât să asigure o înclinare la partea cu motor, astfel asigurându-se drenarea completă a filtrului.
Folosirea filtrul de oțet presupune:
respectarea instrucțiunilor de curățare;
filtrarea numai a oțetului care în prealabil a fost clarificat cu agenți de clarificare sau care este așezat și decantat, astfel încât să conțină solizi și tulbureli mai puțin de 0,5% din volum;
când se filtrează oțet sau must foarte proaspăt cu conținut foarte mare de glucan, ester necesar un tratament în prealabil pentru reducerea acestuia;
în cazul filtrării dificile și când se concentrează tulbureala, filtrul de oțet nu trebuie lăsat nesupravegheat, pentru a se putea interveni și decupla la timp;
nu se filtrează lichidele cu depuneri, deoarece pot obstrucționa fibrele care apoi necesită o curățare complicată și pot apărea deteriorări ireversibile;
filtrul nu trebuie să funcționeze la temperaturi mai mari de 60°C;
robinetele trebuie deschise încet, astfel încât modulele să nu fie supuse la presiuni mari brusc, pentru evitarea șocului hidraulic;
în timpul procesului de filtrare se verifică la intervale regulate dacă nu au apărut solizi sau tulbureli, dacă sita din tubul cu cot nu este înfundată pentru evitarea unui debit mic de filtrare;
dacă performanțele descresc brusc, se recomandă concentrarea și scurgerea tulburelii, prin clătire cu apă caldă.
IV.4.Operarea filtrului de oțet KOCH-ROMICON
Funcționarea filtrului KOCH-ROMICON are loc conform schemei prezentată în figura 9.
Fig.9 Schema de funcționare filtrului KOCH-ROMICON
[NUME_REDACTAT] de alcool denaturat, apă și nutrienți, care a fost calculată conform formulei de către computer sau tehnolog, este încărcat în acetator. Urmat de prima fază de încărcare forțată, încărcarea se efectuează pe bază de temperatură, de ex. apa este adăugată atâta timp cât temperatura nu cade sub temperatura de încărcare plus gama de toleranță DT al temperaturii. Imediat ce temperatura crește, încărcarea normală este continuată. După adiția volumului calculat al alcoolului denaturat, se umple cu apă de proces până la nivelul calculat.
Pornirea fermentării
În această fază are loc multiplicarea bacteriei și accelerarea acidificării. Temperatura este controlată funție de un punct setat, care urmează o funție liniară între temperatura de încăracare ET, la începutul acestei faze și temperatura de pornire a fermentației GT la sfârșitul acestei faze. Imediat ce concentrația de alcool atinge nivelul de adiție de alcool HA, sistemul se comută la adiția de alcool din faza de TC-UP.
Adiția de alcool
În timp ce concentrația de alcool este menținută la un nivel constant, o cantitate de alcool denaturat, calculat de către computer sau tehnolog cu formula HDV, este pompat în acetator. În timpul acestei faze se adaugă și nutrienții. Temperatura se ajustează la valoarea adiție de alcool HT. Imediat ce volumul total calculat de alcool denaturat a fost pompat în acetator, sistemul se conectează la Finalizare.
[NUME_REDACTAT] se controlează continuu între valorile inițiale ale temperaturii după Adiția de alcoolHT și Temperatura de descărcare AT. Fermentația se continuă până când concentrația alcoolului coboară sub valoarea de Concentrație la descărcare AA. Sistemul de comută la faza de Descărcare.
[NUME_REDACTAT] este descărcat până la volumul calculat AV. Pe durata acestei faze concetrația alcoolului este păstrată la un nivel minim prin adiția de alcool denaturat, numai dacă este cazul. La atingerea volumului minim de descărcare sistemul se comută la Încărcare.
IV.5. Analiza parametrilor de calitate ai oțetului.
Pentru a analiza calitatea oțetului obținut prin filtrarea cu filtrul KOCH-ROMICON, au fost urmăriți următorii parametrii:
acidate;
alcool;
TC(aciditate+alcool);
DCH(aciditate+alcool la descărcare);
însușirile organoleptice.
Analize acetator
Analiza acidității :
Înainte de filtrare conform analizei avem o aciditate de 10,56 %, alcool 2,4 și TC(aciditate+alcool) – 12,96, După 24 ore șarja descărcată cu o aciditate de 10,56 % se v-a filtra, iar în urma filtrării conform analizei rezultă o aciditate de 16,5, alcool 0,4 și DCH(aciditate+alcool la descărcare)- 16,9.
Această esență de oțet de 16,5 %, se v-a amesteca cu apă pentru obține o aciditate de 9%.
Pentru a obține o aciditate de 16,5 % oțetul trece prin mai multe faze:
în faza de START avem o aciditate de 8 % și o concentrație alcoolică de 3,50C;
în faza de TC- UP concentrația alcoolică se manține la 2,50, iar aciditatea crește până la aproximativ 14,4 % ;
în faza de Final aciditatea crește până la 16,5 %, iar concentrația alcoolică scade la 0,40. Când s-a ajuns la o aciditate de 16,5 % șarja respectivă se descarcă.
Se descarcă aproximativ 57 m3 oțet nefiltrat cu aciditate de 16,5 %.
Însușiri organoleptice ale oțetului:
Miros înțepător
90 acetice
Alcool minim 0,4- 0,1
Culoare incolor
Gust acru
IV.6.Regenerarea filtrului RF10
Pentru a putea refolosi filtrul într-un nou proces de filtrare, acesta este supus unui procedeu de regenerare, care presupune:
Se golește filtrul de oțet printr-un robinet de golire;
Se introduce apă în filtru;
Se clătește cu apă prin recirculare aproximativ 10 minute;
După care se golește din nou apa în canal;
În vasul de apă a filtrului se introduce apă demi 450 aproximativ și se adaugă NaOH pentru a obține o concentrație de 2 %;
Se recirculă filtrul cu o soluție de curățare;
După recirculare se golește soluția;
Se clătește filtrul cu apă demi la 450 ;
În vasul de apă a filtrului se introduce apă demi la 450 și se adaugă soluție de apă oxigenată H2O2 pentru a obține o concentrație de 2 %;
Recirculăm soluția de curățare în filtru după care se v-a goli;
Clătim filtrul cu apă demi pentru 10- 15 minute;
Nu se lasă apa în filtru mai mult de 3 ore.
Proceduri de testare
Conținutul în solizi, tulbureli și pectină sunt factori critici ce afecteaza performanțele sistemului, dar și posibilitățile de curățire al modulului. Verificați aceste date zilnic, acești parametrii fiind de o importanță crucială pentru buna funcționare a filtrului. Depășirea valorilor limită indicate poate duce la obstrucționări ireversibile pe fiecare fibră și asupra modului ca întreg.
Solizi și tulbureli: conținutul în solizi și tulbureli în oțetul tulbure sau must este un factor decisiv pentru funcționarea filtrului. Valorile limită sunt în funcție de metoda de măsurare. Deoarece designul și mărirea de la centrifuga poate diferi, se va aplica următorul standard pentru metode de centrifugare: – o proba este cenrifugata timp de 5 minute la 1.750 G. o centrifuga cu masă cu eprubeta de 15 ml este potrivită pentru această metodă. Valoarea limită pentru filtrabilitate este de 30% din substanța centrifugată tulbure. Dacă această valoare este depășită, filtrul de oțet trebuie clătit și curățat imediat.
Conținutul de pectină: înainte de a filtra mustul, pectinele trebuie decantate. Se poate folosi un simplu test pentru a determina dacă există pectine, dar cu acest test nu se poate afla și cantitatea lor. Acest test se poate face cel mai bine cu must clarificat, care nu s-a așezat încă, și care a rămas de la testul de centrifugare pentru obținerea conținutului de solizi și tulbureala.
Procedura de testare:
-se pune 6,5 ml de alcool izopropilic într-o eprubeta de 100 ml și adăugați 35 ml de lichid rămas de la testul de centrifugare
-închideți eprubeta cu un dop de pluta și amestecați prin întoarcerea eprubetei o dată cu capul în jos
-dacă se formează o gelatină cu bule de aer în aprox. 2-3 minute, proba conține pectine. Precipitatul se separă rapid și se așează pe fundul eprubetei
-dacă proba rămâne clară sau devine foarte puțin tulbure, nu există pectine în lichid
-dacă există pectine în probă, conținutul întregului tanc se va trata cu pectinoză până la eliberarea completa a pectinei din proba testate.
[NUME_REDACTAT] filtrarea oțetului pot să apară diferite probleme, pentru remedierea cărora sunt necesare anumite operațiuni.
Cauzele și remediile necesare sunt prezentate în tabelele :
[NUME_REDACTAT] reduse la filtrare
[NUME_REDACTAT] filtrului nu este clar
tabel
Alimentare slabă la tancul de oțet
[NUME_REDACTAT] alimentare nu lucrează:
[NUME_REDACTAT] de proces nu lucrează:
Pregătirea pentru depozitare
Înainte de a depozita filtrul de oțet, acesta se va curăța chimic, se va dezinfecta și clăti. Filtrul de oțet nu trebuie expus la temperaturi sub 0 grade iar membranele se vor păstra umede.
Depozitarea pentru mai mult de 2 săptămâni: după curățare, dezinfecție și clătire, filtrul trebuie clătit pentru 2-3 minute cu soluție 1% KOCHLEEN ULTRACLEAN WO. Se lasă soluția în sistem și se închide toți robineții.
Depozitarea pe termen lung: după ce a fost bine curățat și dezinfectat, filtrul trebuie umplut cu o solutie de 1% KOCHLEEN ULTRACLEAN WO. Filtrul trebuie păstrat în locuri ferite de îngheț. Se verifică lunar filtrul ca aspect și miros, concentrație. Dacă una dintre acestea diferă de condițiile inițiale, filtrul se golește, se spală și se umple cu o nouă soluție de păstrare.
Filtrul poate fi umplut pentru perioadă de păstrare și cu oțet filtrat diluat cu apă demi pentru a avea o concentrație de 9%.
CONCLUZII
Oțetul este un acid alimentar folosit pentru a da gust acru, specific, unor alimente și produse alimentare, precum și ca agent conservant. Produsul utilizat în mod curent în alimentație are concentrație în acid acetic cuprinsă între 5 și 9%.
Oțetul poate fi obținut prin două procedee:
procedeul chimic, care constă în oxidarea acetaldehidei și distilarea uscată a lemnului;
procedeul biotehnologic, care constă în oxidarea acetică.
Prin procedeul chimic se obține acid acetic de concentrație 60-80%, cunoscut și sub denumirea de „esență de oțet", din care, prin diluare, aromatizare și colorare, se obține „oțetul sintetic".
Fabricarea acestui tip de oțet în scopuri alimentare este interzisă în țara noastră.
Prin procedeul biotehnologic are loc o oxidare a alcoolului până la acid acetic, folosindu-se bacterii acetice.
Metodele biotehnologice împlică următoarele procedee:
– prepararea substratului hidroalcoolic,
– fermentația acetică,
– maturarea.
Prepararea substratului hidroalcoolic – presupune utilizarea ca materii prime la fabricarea oțetului: vin, spirt (alcool etilic), cidru, diverse soluții obținute prin fermentația alcoolică a unor sucuri de fructe, a mierii, etc., cu condiția ca acestea să conțină alcool etilic.
Fermentația acetică – se realizează de către bacteriile din genul Acetobacter, care produc cantități semnificative de acid acetic.
Viteza de fermentare depinde de: specia de bacterie acetică utilizată; de natura substratului; de nivelul de aerare a substratului; de temperatura de fermentare.
Randamentul teoretic de conversie a alcoolului etilic în acid acetic este de 130,4 kg acid acetic/100 kg alcool etilic absolut, respectiv 0,013 kg acid acetic/grad alcoolic Salleron. Fermentația acetică, fiind un proces aerob, este însoțită de degajarea de căldură.
Maturarea oțetului – se aplică selectiv în funcție de procedeul de obținere și se realizează în butoaie din lemn de stejar, deoarece după fabricare oțetul are o aromă dură și un miros înțepător, care dispar după maturare.
Tratamentul oțetului după maturare – presupune limpezirea cu ajutorul bentonitei și filtrarea.
Folosirea industrială a filtrării în curent transversal este limitată de densitatea mică de împachetare.
Prin folosirea sistemelor de membrană, a fibrelor tubulare este permisă potrivirea unor suprafețe de membrane mari într-un spațiu foarte mic, în acest fel apare un design compact și performanțe de filtrare mari, în același timp.
Membranele cu fibre tubulare sunt anizotropice, sunt fabricate în stare polimerică neîntreruptă de membrană într-un singur strat. Aceasta dă membranei o înaltă stabilitate mecanică, combinată cu stabilitatea chimică mare, asigură durata de viață mare și performanțe membranelor KOCH-ROMICON
Procesul de filtrare este lin, iar calitatea și intensitatea culorii oțetului rămâne neafectată. Chiar oțeturile dificil de filtrat se pot clarifica cu acest filtru. Aceste membrane sunt potrivite pentru clătire, spălare secundare și asigură un debit omogen și eficacitate maximă la procesul de filtrare.
Principalele avantaje ale modulelor de filtrare de oțet KOCH-ROMICON:
costurile scăzute datorită producției de serie;
densitate de împachetare mare, mai mult de 7 mp de suprafață filtrantă;
posibilitatea verificării vizuale a integrității membranei;
adaptabilitatea ușoară la toate ariile de performanță;
durată de viață și funcționare mare;
Pentru a analiza calitatea oțetului obținut prin filtrarea cu filtrul KOCH-ROMICON, au fost urmăriți următorii parametrii:
acidate;
alcool;
TC(aciditate+alcool);
DCH(aciditate+alcool la descărcare);
însușirile organoleptice.
Astfel prin filtrarea oțetului cu filtrul KOCH-ROMICON, de la o aciditate de 10,56 %, alcool 2,4 și TC(aciditate+alcool) – 12,96, în urma filtrării se obține o aciditate de 16,5, alcool 0,4 și DCH(aciditate+alcool la descărcare)- 16,9.
Esența de oțet, de 16,5 %, se amestecă cu apă pentru obține o aciditate de 9%.
Pentru a putea refolosi filtrul într-un nou proces de filtrare, acesta este supus unui procedeu de regenerare, care se realizează cu apă demi 450 la care se adaugă NaOH pentru a obține o concentrație de 2 %.
Lucrarea de față analizează o metodă modernă de filtrare a oțetului, prin folosirea sistemului de membrane tubulare, respectiv filtrul KOCH-ROMICON, care datorită avantajelor tehnice, economice și al compoziției produsului obținut, reprezintă o alternativă la filtrarea clasică în curent transversal care este limitată de densitatea mică de împachetare.
BIBLIOGRAFIE
[NUME_REDACTAT] Tarhon – Tehnologia fabricării oțetului, [NUME_REDACTAT] Universitare ,, Dunărea de Jos”, Galați, 2006
C. Banu – Biotehnologii în industria alimentară, [NUME_REDACTAT], 2002
C.Banu, V.Nour, C. Vizireanu, G. Musteață, D.Răsmeriță, S. Rubțov- Calitatea și analiza senzorială a produselor alimentare, Editura AGIR, București, 2007
C. Banu – Tratat de de industrie alimentară. Probleme generale, Editura ASAB, București, 2008
C. Banu – Tratat de de industrie alimentară. Tehnologii alimentare, Editura ASAB, București, 2009
[NUME_REDACTAT]-Tehnici speciale de procesare, [NUME_REDACTAT] Universitare ,,Dunărea de Jos” Galați, 2004
[NUME_REDACTAT] – Tehnologia păstrării și industrializării produselor horticole – [NUME_REDACTAT] Pres, Cluj–Napoca, 2006
[NUME_REDACTAT] – Păstrarea și prelucrarea legumelor și fructelor – [NUME_REDACTAT], Cluj-Napoca, 2004
[NUME_REDACTAT] – Tehnologii și utilaje în industria conservelor de legume și fructe -[NUME_REDACTAT], Craiova, 2002
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Tehnologia de Fabricare Si Filtrarea Otetului cu Ajutorul Sistemelor de Membrane (ID: 2191)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.