7. BIOTEHNOLOGIA OBŢINERII ACIDULUI ACETIC

7.1. Caracteristicile oţetului alimentar ca produs finit

7.1.1. Generalităţi

Oţetul este o soluţie de acid acetic diluat în apă, cunoscut şi ca oţet de fermentaţie, care se

obţine din lichide cu conţinut de alcool, prin supunerea acestora fermentaţiei acetice.

Oţetul de fermentaţie se obţine după natura materiei prime folosite: din vinul natural

alterat; din malţ; plamada de malţ supusă fermentaţiei alcoolice; din fructe, când este preparat

din mustul de fructe; din alcool etilic obţinut din industria vinului.

În prezent, în lume se fabrică o gamă variată de sortimente de oţet. Cea mai mare

cantitate rezultă prin transformarea alcoolului în fermentaţie alcoolică. Se obţine oţet din vinuri

albe şi roşii, din bere şi malţ, din cidru, din fructe (mere şi pere, banane, mango, citrice, nuci de

cocos), iar în Asia din alcoolul de orez. Producţia mondială de oţet, exprimat în acid acetic pur,

este de peste 200 mii tone, ceea ce înseamnă circa 2 miliarde litri oţet de 10°.

După calităţile gustative, primul loc îl ocupă oţetul din vin şi cel din malţ. Aceste două

sortimente au apărut la sfârşitul secolului al XVIII-lea. Cerintele crescânde de oţet, cantităţile

limitate de materie primă pentru prepararea oţetului de vin si fabricarea relativ complicată a

oţetului din malţ, au dus la fabricarea oţetului din alcool etilic din vin. Din acel moment,

industria oţetului a cunoscut posibilitatea unei extinderi largi funcţie de existenta industriei de

alcool. Fabricarea relativ simplă a oţetului din alcool a întărit şi mai mult poziţia predominantă a

acestuia.

L. Pasteur a fost primul care a demonstrat că acidul acetic provine prin oxidarea

etanolului, în evidenţă fiind rolul microorganismelor Acetobacter în această transformare.

Pentru savant, problema esenţială era de a găsi mijlocul de împiedicare a dezvoltării

vegetaţiilor parazite care erau pricina bolilor vinurilor. Savantul a observat, după o serie de

experimentări, că nu era nevoie decât să se ridice câteva secunde temperatura vinului la 50 sau

60°C.

Oţetul obţinut în urma acestei fermentaţii se prezintă sub forma unui lichid incolor sau

colorat, cu gust acru; poate fi obţinut prin fermentaţie acetică a lichidelor alcoolice diluate (vin,

bere, alcool rectificat-rafinat diluat), distilarea uscată a lemnului ori diluarea acidului acetic pur.

7.1.2. Compoziţia oţetului de vin

147

Este caracterizată printr-un gust şi o aromă plăcută, specială, conţinând pe langă acid

acetic (3-9%), o cantitate apreciabilă de extract (1,5-3 g%) şi săruri, printre care bitartratul de

potasiu a cărui prezenţă permite diferenţierea acestuia de oţetul de bere, fructe etc.

Bacteriile acetice reprezintă un univers specific. Pentru prima oară ele au fost izolate în

culturi pure de către savantul danez Jensen. În 1879 el a reuşit să obţină din pelicula acetică două

specii de bacterii pe care, urmând terminologia timpului, le-a denumit: Micoderma aceti şi

Micoderma pasteurianum. Mai târziu acelaşi savant le-a schimbat denumirea în Bacterium aceti

şi Bacterium pasteurianum, la care a mai adăugat specia Bacterium kutzingianum.

În ţările văduvite de viţa de vie, oţeturile se fermentează pe malţ, cereale şi bere. Acestea

se deosebesc de cele de vin şi alcool printr-un gust fad, neplăcut şi prin absenţa aproape

completă a aromei. Pentru ameliorare se adaugă lichidului puţin vin. Metodele cele mai

răspândite pentru obţinerea oţetului sunt: metoda Orleans sau metoda franceză; metoda rapida

sau germană, existând bineînţeles o serie de variante intermediare.

Deşi durata procesuui de preparare a oţetului măreşte costul produsului, această perioadă

prezintă avantaje. În acest timp, considerat "îndelungat", se formează substanţe aromatice

(„buchetul") care imprimă oţetului calităţi superioare, tot astfel cum calităţile vinului se

îmbunătăţesc prin păstrarea în pivniţă, după epuizarea fermentaţiei.

Diferite specii de bacterii acetice se comportă diferit faţă de prezenţa acidului acetic în

mediul respectiv. Introducerea în proces a bacteriilor care sunt adaptate la concentraţii mari de

acid acetic va permite obţinerea unor condiţii selective capabile de a proteja fabricaţia atât faţă

de flora străină cât şi de cea formată din bacterii nedorite.

Un proces tipic de fermentaţie continuă îl reprezintă „metoda rapidă" de fabricare a

oţetului. Această tehnologie se poate aplica deoarece, odată însămânţat şi intrat într-o judicioasă

conducere a parametrilor de cultivare, se poate produce oţet într-o perioadă foarte îndelungată.

Una dintre problemele fundamentale ale fabricării oţetului ar fi închiderea ermetică a

vaselor şi, legat de aceasta, instalarea unui dispozitiv care să stimuleze curentul de aer

condiţionat la o temperatură şi compoziţie strict determinată, precum şi un dispozitiv pentru

reglarea vitezei aerului, depăşindu-se, astfel, pierderile de până la 30 % din producţie, în special

din cauza volatilizării alcoolului şi acidului acetic.

De altfel, temperatura are o influenţă decisivă asupra formării acidului acetic(oţetului). În

perioada de vară temperatura trebuie să fie în jurul valorii de 35°C. O dată cu sosirea

anotimpului de vară, diferenţa de temperatuă dintre încăpere şi vas se micşorează pâna când

devine zero. Dar o dată cu reducerea diferenţei de temperatură, se reduce şi diferenţa de aeraţie şi

deci şi acţiunea oxidantă a bacteriilor. Aceasta, la rândul ei duce la o scădere a temperaturii în

148

interiorul vasului şi, ca urmare, la o diminuare a aerisirii. În cele din urmă, curentul poate fi total

întrerupt şi funcţionarea vasului să înceteze din cauza insuficienţei de oxigen.

Desigur există şi alte metode pentru fabricarea oţetului care în principiu rezultă din

combinarea celor două metode enunţate. Astfel, există metoda veche, de prin 1732, în care vasul

umplut cu material convenabil (ciorchini de struguri fără boabe, talaj etc), se completează cu un

lichid de fermentat şi se lasă în repaus o jumătate de zi, după care se introduce din nou în primul

vas. Prin această metodă pelicula bacteriană se dezvoltă pe toată suprafaţa poroasă a materialului

şi fermentaţia se produce mai repede decât la metoda Orleans.

Oţetul din alcool poate fi considerat ca un produs finit, însă nu este comercializabil

deoarece are un miros dezagreabil şi un gust înţepător şi îmbătător datorită prezenţei de aldehide;

acesta dispare fie prin oxidare, fie prin evaporare.

Prin decantare oţetul se clarifică fără altă operaţie. După această fază, se pritoceşte. Când

butoaiele nu sunt bine închise, fermentaţia este foarte activă la suprafaţa lichidului şi când a

oxidat puţinul alcool pe care-l conţine, atacă oţetul care devine apos. Dacă el conţine substanţe

azotate sau acizii malic şi tartric este expus pericolului de a fi atacat de Bacterium xilinum care

descompune acidul acetic, făcându-l apos. După preparare, indiferent de metodă, produsul este

clarificat prin decantare şi păstrat la 10 - 15°C în butoaie pline, unde suferă o oxidare lentă care-i

ameliorează calitatea.

Oţetul alimentar este un produs de fermentaţie acetică obţinut prin oxidarea enzimatică a

alcoolului etilic din unele lichide cu un conţinut moderat de alcool.

Oţetul este o soluţie apoasă de acid acetic, care în funcţie de materia primă din care se

obţine mai conţine: glucide, alcool etilic, substanţe tanante, coloranţi, compuşi cu azot, vitamine,

săruri minerale etc. Calitatea oţetului de vin este reprezentată prin: 15-18 g/l extract; 5-8 g/l

zaharuri; 12 g/l acid tartric; 2-4 g/1 săruri minerale; 0,8-1,2 g/l alcool etilic şi 50-80 g/l acid

acetic; aciditatea totală a oţetului alimentar este 9-0,3 g acid acetic la 100 grame produs (9°

aciditate ); culoare de la alb-galbui la brun-roşcat.

Concentraţia totală reprezintă concentraţia maximă de acid acetic care s-ar putea obţine

prin transformarea totală a alcoolului din mediu de reacţie, calcul utilizat în practica industrială,

are la bază următoarea corespondenţă (pentru 100 ml):

4,6 g etanol → 5,8 ml etanol → 5,9 ml acid acetic

La concentraţiile uzuale ale oţetului, eroarea introdusă prin acest calcul este

nesemnificativă.

149

Bacteriile acetice se caracterizează printr-o remarcabilă capacitate de oxidare a etanolului

la acid acetic la diverse valori de pH. Acestea aparţin genurilor Acetobacter şi Gluconobacter: A.

Aceti, A. Hansenii, A. orleanense, A. suboxidans, A. xilinus etc.

Conversia etanolului în acid acetic, în procesul de fermentaţie acetică aerobă propune,

mai întâi, transformarea acestuia în acetaldehidă, transformare catalizată de alcooldehidrogenaza

(1). Acetaldehida este hidratată sub acţiunea unei hidrolaze (2), iar aldehid-dehidrogenaza (3)

conduce la acid acetic.

Activitatea optimă a acetobacteriilor este la pH de 3 – 3,2 la concentraţia acidului acetic

de 8 - 10% şi a alcoolului etilic de 6 - 7%.

Cultura bacteriilor acetice se menţine în mediu agarizat, care conţine fosfaţi de amoniu,

magneziu şi potasiu. Maiaua de bacterii selecţionate se realizează în mediu nutritiv lichid cu

aerare intensă (1,84 m3 aer pentru un litru alcool etilic absolut). Mediul nutritiv conţine pentru un

litru alcool etilic absolut: 0.25 g superfosfat; 0.25 g sulfat de amoniu; 9 g carbonat de potasiu; 5

g glucoză.

Fermentaţia acetică este un proces aerob exoterm, cu degajare de 455 - 490 kJ/mol.

7.1.3. Caracteristicile organoleptice şi fizico-chimice ale oţetului

Caracteristicile organoleptice ale oţetului de fermentaţie şi de distilare sunt prezentate în

tabelul 7.1.

Tabelul 7.1. Caracteristicile organoleptice ale oţetului de fermentaţie şi de distilare

Tipul de

oţetAspect Culoare Miros Gust

Oţet de

fermentaţie

Limpede până la

slab opalescent,

fără sediment sau

corpuri străine

Galben-

roşcat

Plăcut,

caracteristic

de oţet

Acru, plăcut,

carcteristic, fără

gust de talas, fără

alt gust străin

Oţet de

distilare

Limpede, lucios,

fără sediment sau

Incolor Caracteristic Acru, nici

înţepător, nici

150

corpuri străineaspru, fără gust

străin

Caracteristicile fizico-chimice ale oţetului sunt redate în tabelul 7.2:

Tabelul 7. 2. Caracteristicile fizico-chimice ale oţetuluide fermentaţie şi cel de distilare

TipulOţet de

fermentaţieOţet de distilare

Aciditatea totală, în g acid

acetic la 100 ml produs

(grade aciditate)

9 ± 0,3 9 ± 0,3

Extract, g la 100 ml produs,

min0,1 -

Alcool metilic, g la 100 ml

produsMax. 0.05 Lipsă

Compuşi de metale grele

(Pb, Cu, Zn, Sn)Lipsă Lipsă

Acizi minerali Lipsă Lipsă

Coloranţi artificiali şi

caramelLipsă Lipsă

7.1.4. Tipuri de oţet de fermentaţie şi caracteristici compoziţionale

Influenţa procesului tehnologic asupra calităţii oţetului de fermentaţie nu este neglijabilă

şi în anumite cazuri (oţetul balsamic) este extrem de importantă. Cu toate acestea, cel mai

important factor este materia primă. În funcţie de natura materiei prime, există câteva tipuri

distincte de oţet, prezentate pe scurt în continuare.

Oţetul de vin. Se fabrică în mod normal din vin. Totuşi, există sortimente comerciale

care sunt prezentate ca „oţet din vin", deşi numai o parte din substratul iniţial este formată din

vin, restul fiind un alt lichid hidroalcoolic, de obicei un amestec de spirt şi apă. Se folosesc în

general vinuri de calitate inferioară sub aspectul acidităţii volatile, cu un conţinut redus de dioxid

de sulf sau alte substanţe care ar putea inhiba bacteriile acetice. Culoarea oţetului din vin variază

151

de la galben pal la roşu, în funcţie de sortimentul de vin folosit ca materie primă. Conform

normelor Comunităţii Europene, aciditatea totală a oţetului din vin trebuie să fie de minim 6

g/100 ml, iar conţinutul de etanol să fie sub 1,5% (vlv).

Oţetul de fructe. Oţeturile de fructe sunt obţinute prin fermentaţia acetică a unor soluţii

alcoolice obţinute din fructe. Cel mai popular produs de acest tip este oţetul de mere, care are o

culoare galben deschisă şi o aromă specifică.

Oţetul de orez. Se fabrică în Asia, din lichide hidroalcoolice obţinute prin fermentarea

alcoolică a unor plămezi de orez, uneori chiar din rachiu de orez. Metodele tradiţionale folosesc

fermentaţia acetică lentă, dar au fost dezvoltate şi procedee submerse.

Oţetul din spirt. Este denumit uneori şi oţet alb. Se obţine prin fermentaţia acetică a

unor substraturi obţinute prin diluarea spirtului şi adăugarea unor nutrienţi. În mod normal, acest

tip de oţet este incolor şi nu are aromă.

Oţetul balsamic. Este un produs special, fabricat printr-o tehnologie particulară care

porneşte de la mustul de struguri. Imediat după începerea fermentaţiei alcoolice a mustului (la

aproximativ o zi de la presare), acesta este concentrat prin evaporare până când volumul se

reduce la o treime din cel iniţial. În continuare acest substrat este supus unor fermentaţii

alcoolice şi acetice concomitente şi foarte lente. În acest timp, soluţia este trecută succesiv prin

butoaie din lemn de diferite esenţe.

Procesul durează între 5 şi 12 ani, uneori mai mult. Produsul are un conţinut ridicat de

substanţă uscată, o aromă specială şi o tărie acetică de 6-15 grade. Indicii compoziţionali ai

oţetului variază foarte mult în funcţie de materiile prime folosite şi tehnologia adoptată.

Caracteristicile unor tipuri comerciale de oţet de fermentaţie sunt prezentate în tabelul 7.3,

împreună cu caracteristicile „oţetului" sintetic.

Tabelul 7.3. Caracteristicile unor tipuri comerciale de oţet

Indicatorul

Tipul de oţet

Oţet de

vin

Oţet de

mere

Oţet de

malţ

Oţet

din

spirt

Oţet

de

orez

Oţet

balsamic

Oţet

sintetic

Densitate,

kg/m3

1013 -

1020

1013-

1024

1011-

1022

1015-

1020- -

1007-

1022

Extract, g/l8,71 –

24,88

19,00-

35,00

3,00-

28,00

1,50-

6,00-

336,7-

873,9

1,00-

4,50

Cenuşă, g/l 1,47 – 2,00- 0,60- 0,20- 0,50- 4,00- 0,20-

152

3,10 4,50 7,60 0,50 7,60 18,80 0,50

Aciditate

totală, %

acid acetic

5,94 –

9,20

3,90-

9,00

4,30-

5,90

11,50-

12,20

4,00-

5,24

6,25-

14,88

4,10-

5,30

Aciditate

volatilă, %

acid acetic

5,55 –

7,95- - -

3,79-

5,16

3,90-

13,60-

Acizi

nevolatili,

% acid

acetic

0,02 –

0,55

0,10-

0,55

0,20-

0,40-

0,05-

0,66

1,58-

2,27-

Alcool

etilic, %

0,00 –

0,81- -

0,05-

0,15

0,05-

0,68

0,04-

0,08-

Azot total,

%

1,15 –

1,86-

0,40-

1,40

0,03-

0,30

0,80-

1,29

1,02-

2,16-

Glucide, g/l0,00 –

6,20

1,50-

7,00

0,00-

6,20-

0,00-

91,00

351,0-

689,7-

Aldehidă

acetică,

mg/l

19,9 –

114,4-

18,9-

114,4- -

84,9-

374,7-

Acetat de

etil, mg/l

206,0 –

590,0-

206,0-

590,0- - - -

Acid citric,

g/l

0,26 –

0,39-

0,26-

0,39- -

1,66-

3,47-

Acid malic,

g/l

0,47 –

0,80

0,47-

0,80

0,47-

0,80- -

8,00-

37,40-

7.2. Caracteristicile materiilor prime

Oţetul este un produs cu gust acru, înţepător, datorită conţinutului în acid acetic. Se

foloseşte în alimentaţie drept condiment la acrirea unor mâncăruri, la marinarea legumelor,

peştelui, etc.

153

Se obţine prin două metode: prin fermentaţia acetică a unor materii prime şi prin diluarea

cu apă a acidului acetic pur (esenţa de oţet). După materia primă folosită la fabricare se clasifică

în: oţet de fermentaţie şi oţet de distilare.

Oţetul de fermentaţie

Materiile prime folosite la fabricarea oţetului de fermentaţie sunt: vinul, borhotul de

fructe, tescovina, diferite soluţii alcoolice, etc. Alcoolul din aceste materii prime este oxidat în

acid acetic în prezenţa aerului. Pentru ca fermentarea acetică să decurgă normal, se asigură în

lichidul supus fermentării o concentraţie alcoolică până la maximum 12°, temperatura între 25 şi

32°C, precum şi diferite săruri pentru nutriţia bacteriilor acetice. În asemenea condiţii, activitatea

bacteriilor acetice este optimă. Vinurile destinate oţetului sunt de obicei bolnave (oţetite, etc), cu

defecte sau sunt slab alcoolice. În vederea obţinerii unui produs fără defecte, vinurile sunt supuse

unor operaţii de condiţionare (limpezire, cupajare, etc), iar alcoolul se diluează până la tăria

indicată, după care i se adaugă substanţe nutritive.

Principiul de fabricaţie al oţetului constă în crearea unei suprafeţe cât mai mari de contact

între materia primă, bacteriile lactice şi aer, în vederea asigurării unei oxidări complete a

alcoolului etilic conţinut de materia primă. Diferitele procedee industriale folosite pentru

fabricaţia oţetului se deosebesc prin aparatura folosită.

Orice lichid cu conţinut de alcool poate fi utilizat la obţinerea oţetului; este cunoscut

oţetul de vin, fiind cel mai vechi şi cel mai apreciat. Pentru obţinerea unui oţet de bună calitate se

cere ca materia primă să fie din punct de vedere calitativ la nivelul cerinţelor tehnologice.

Pentru fabricarea oţetului din vin se pot întrebuinţa atât vinurile albe, cât şi vinurile roşii.

Din cauza preţului de vânzare redus, la fabricarea oţetului din vin nu se întrebuinţează în

general vinurile de calitate superioară. Se valorifică vinurile alterate calitativ, dar nu toate

vinurile alterate se pretează la fabricarea oţetului, sunt admise vinurile care au un inceput de

oţetire sau care au început să se întindă.

Conţinutul în alcool nu trebuie să fie prea ridicat. Cel mai bun oţet este cel obţinut din

vinurile care au o concentraţie de 8 - 9% alcool. Vinurile mai slabe produc un oţet slab, greu de

conservat; când gradul alcoolic este mai mare acidifierea este incompletă şi neuniformă, dar se

poate corecta prin utilizarea vinurilor care pot respecta această cerinţă tehnologică.

Vinurile care conţin dioxid de sulf se acidifiază greu sau chiar deloc întrucât dioxidul de

sulf este un antiseptic puternic cu acţiune inhibantă.

Conţinutul în alcool al vinurilor trebuie să fie cuprins între 8 - 9 volume % alcool. La un

grad alcoolic mai ridicat al vinului, bacteriile acetice nu se dezvoltă bine. Din vinurile cu un

154

conţinut mai mic în alcool, rezultă un oţet slab, greu de conservat, cunoscându-se că dintr-un

grad de alcool rezultă un grad de acid acetic.

Transformarea vinului în oţet se face cu ajutorul bacteriilor acetice. Ele trăiesc la

suprafaţa vinului şi formează o peliculă subţire, mai mult sau mai puţin transparentă, mată sau

gelatinoasă. Temperatura optimă pentru activitatea bacteriilor acetice este între 22 şi 26°C.

Cu ajutorul enzimei alcoolaza, bacteriile acetice oxidează alcoolul etilic, transformându-l

la început în aldehidă acetică apoi în acid acetic.

Dintre bacteriile acetice care se folosesc la fabricarea oţetului, cele mai importante sunt:

Bacterium orleanse, Bacterium xylinum, Bacterium Schűtzenbachii, etc.

În funcţie de materia primă folosită există oţet de fermentaţie obţinut prin fermentarea

acetică a lichidelor alcoolice şi oţet de distilare, obţinut prin distilarea acidului acetic pur.

Oţetul de fermentaţie, după felul materiei prime folosite în fabricarea lui, poate fi din vin

când este pregătit din vin natural, din malţ când plămada de malţ se supune fermentaţiei acetice,

din fructe când este pregătit din mustul de fructe fermentat acetic, din vin cu adaos de alcool şi

chiar numai din alcool atunci când la pregătirea mediului se folosesc şi săruri minerale ca surse

de azot, fosfor, magneziu, potasiu, etc.

În procesul de fermentare, oxidarea alcoolului până la acid acetic se efectuează cu

ajutorul bacteriilor acetice cultivate. Oxidarea are loc în căzi în care se găsesc suporturi de

oxidare. În ultimul timp fermentarea acetică se desfăşoară în vase special construite şi în condiţii

submerse. La aceste instalaţii productivitatea este foarte mare. Ele însă nu s-au răspândit până în

prezent prea mult, deoarece sunt destul de scumpe pentru a le înlocui pe cele actuale.

Ca materii prime în fermentaţia acetică sunt utilizate vinuri alterate şi slab alcoolizate,

alcooluri obţinute din cereale, sfeclă ori cartofi, rafinate sau diluate, sucuri de fructe, siropuri de

zahăr, materiale amidonase, etc.

Acidul acetic este din punct de vedere chimic un acid alifatic, monocarboxilic. Sunt

utilizate în acest scop vinurile care au început a se oţeti, ori au început să se "întindă". Vinurile

amare nu pot fi utilizate în acest scop deoarece mirosul se accentuează.

Tabelul 7.4. Modificări ale compoziţiei chimice a vinului intervenit prin transformare în

oţet, datorită activităţilor bacteriilor acetice

Specificaţie Vin*Oţetul de

vin rezultat

Modificări

%Modificări**

Densitate 15/15°C 1,0028 1,0221 +78.9 +22,4

Alcool, vol% l5/15°C 8,07 0,5 -93 -75,7

155

Aciditate totală [g/100 ml] 3,52 8,46 +140,6 +66,6

Extract uscat la 100°C [g/100

ml]2,048 2,496 +21,8 +11,4

Cenuşă [g/100 ml] 0,248 0,270 +8,8 +5,8

Acid tartric total [g/100 ml] 0,165 0,102 -1,8 +2,3

Tanin [g/100 ml] 0,023 0,022 -4,3 -5,2

SO2 total [g/100 ml] 0,0023 0,006 +160 +94,1

Acetil-metilcarbinol [g/100 ml] 0,005 0,012 +140 +21,8

Aldehide [mg etanal/100 g acid

acetic]179,9 62,4 -65,3 -38,5

Indice iod [ml sol. Iod n/100] 103,78 93,5 -9,3 -34,6

Raport aciditate totală/extract 1,72 3,39 +197,9 +50,3

* după introducerea în aparatul de acetificare

** pentru valori medii a 20 probe de vinuri transformate în oţet.

7.3. Fermentaţia acetică

Fermentaţia acetică este un proces aerob exoterm, cu degajare de 455-490 kJ/mol.

7.3.1. Factorii dominanţi în procesul de fermentare

Viteza de conversie a alcoolului etilic la acid acetic depinde de natura microorganismelor

şi a substratului, de gradul de aerare, de temperatură şi scade cu creşterea concentraţiei acidului

acetic prezent în mediu.

Bacteriile acetice din vin

Această grupă curpinde următoarele bacterii: Bacterium orleanense, care formează un

voal subţire, adeseori roz şi care are tendinţa de a se înălţa pe pereţii vasului. Are l,3 - 2 μ în

lungime şi 0,3 - 0,4 μ în lăţime. Poate produce 9,3% acid acetic; oţetul care ia naştere este

parfumat şi limpede. Acetobacterium plicatum (Fuhrmann) este o bacterie care suportă 10 - 11%

alcool şi produce 7,5% acid acetic, Bacterium xylinoides (Heneberg), care produce 8% acid

acetic, Acetobacter ascendens (Henneberg), izolat din oţetul de vin tulbure dă naştere unui voal

care se rupe uşor. Bacterium vini acetati (Henneberg) este izolat dintr-o fabrică de oţet de vin din

Berlin, Bacterium xylinum (Brown), izolat din oţetul de vin, se prezintă sub formă de bastonaşe

156

curbate, prezintă polimorfism, suportă numai până la 7% alcool, produce 4,5% acid acetic

precum şi alţi produşi secundari; oţetul format este de calitate inferioară.

Numărul microorganismelor prezintă importanţă la începutul alterării, când viteza de

dezvoltare a bacteriilor depinde de numărul celulelor care ramân la suprafaţă, reţinute de forţele

capilare în contact cu pereţii şi cu lichidul. După constituirea voalului, cantităţile de acid acetic

formate devin foarte apropiate, oricare ar fi fost populaţia de pornire.

Temperatura este un factor determinant; oţetirea progresează cu atât mai repede cu cât

temperatura este mai ridicată; aciditatea volatilă formată la începutul alterării este de 2 ori mai

mare la 28°C decât la 23°C şi de 2 ori mai rapidă la 23°C decât la 18°C.

Oxigenul este în general indispensabil pentru multiplicarea bacteriilor acetice. Pentru a se

multiplica şi a realiza fermentaţia acetică, bacteriile acetice au nevoie de mult aer. Doza de

oxigen din doi litri de aer este necesară pentru formarea unui gram de acid acetic, deci pentru a

spori aciditatea volatilă a unui litru de vin cu 0,8g H2SO4.

pH-ul limită pentru dezvoltarea bacteriilor acetice a putut fi determinat pe vinuri slab

alcoolice (8% vol.). Dacă la un pH mai coborât de 3,0 astfel de vinuri formează totuşi voal la

suprafaţă, acesta este construit din levurile micodermice de „floare".

Gradul alcoolic este un factor însemnat pentru dezvoltarea bacteriilor acetice. Deşi e

cunoscut în practică faptul că vinurile cu grad alcoolic ridicat se îmbolnăvesc mai rar de oţetire,

nu este totuşi posibil de stabilit o concentraţie alcoolică peste care vinul devine inapt pentru

înmulţirea bacteriilor acetice; aceasta se datorează faptului că toxicitatea alcoolică este strânsă de

cea a ionilor de H, pH-ul care va frâna dezvoltarea acetobacteriilor, variză cu gradul alcoolic:

pH-ul variză de la 3,0 pentru 8,5 vol. % alcool, la 3,4 pentru 12,5 vol. %. Orientativ, oţetirea este

un proces rar la vinurile de peste 12 grade alcoolice din regiunile viticole nordice şi la cele de

peste 15 vol. % în cele sudice.

Taninul vinului nu formează dezvoltarea bacteriilor acetice, dar o întârzie mult când se

află într-o concentraţie sporită; vinurile roze se oţetesc mai uşor decât cele roşi corespunzătoare.

Consistenţa voalului creşte cu sporirea conţinutului în tanin, probabil ca urmare a insolubilităţii

acestor polifenoli.

Alţi factori intervin, deasemenea, în activitatea şi multiplicarea bacteriilor acetice.

Acetobacteriile nu sunt influenţate de variaţiile în limitele naturale a conţinutului în diferiţi

cationi a vinurilor; sărurile minerale sunt întotdeauna suficiente pentru a permite dezvoltarea lor.

Proporţia mare de citocromi în celulele bacteriilor acetice ar îndreptăţi presupunerea unei nevoi

mai mari de fier a acestora. Reducerea sub un miligram la litru a cantităţii de fier prezentă în vin,

prin tratarea cu ferocianură de potasiu sau fitat de calciu, nu sistează multiplicarea lor.

157

Acetifierea industrială foloseşte uneori preparate pe bază de fosfaţi ce activează

fermentaţia acetică; de asemenea, fierul, manganul, sărurile de uraniu, oxidul de fier coloidal şi

cărbunenele animal catalizează dezvoltarea bacteriilor.

Înmulţirea bacteriilor acetice solicită prezenţa următorilor aminoacizi: valina, izoleucina,

alanina, cisteina, histidina, prolina; similarea azotului amoniacal face posibilă diferenţierea unor

specii.

Cele mai multe specii au nevoie de vitamine exogene ca: acidul pantotenic, nicotinamida

şi acidul para-aminobenzoic.

Fermentarea spontană în absenţa anhidridei sulfuroase a mustului din struguri alteraţi,

mai ales la temperaturi ridicate, duce de multe ori la dezvoltarea bacteriilor acetice în asociaţie

de "simbioză" cu unele levuri şi la formarea unor proporţii mai mari de acizi volatili.

7.3.2. Utilizarea proceselor biotehnologice la fabricarea oţetului

şi a acidului acetic glacial

Soluţiile de acid acetic pot fi produse folosind două categorii de procedee: chimice

(oxidarea acetaldehidei, distilarea uscată a lemnului) şi biotehnologice (fermentaţie acetică).

7.3.2.1. Fabricarea acidului acetic prin metode chimice

Oxidarea acetaldehidei la acid acetic se realizează industrial în prezenţa unor catalizatori

de tipul sărurilor de Fe, Ni, Mn, Co.

Prin distilarea uscată a lemnului rezultă, pe lângă acid acetic şi alţi compuşi secundari.

Acidul acetic rezultă în acest caz sub forma unei soluţii care conţine aproximativ 10% acid

acetic, 2,5% alcool metilic, 0,5% acetonă, gudroane şi alţi compuşi. Acidul acetic este

transformat în sare de calciu şi separat. Sarea se tratează cu acid sulfuric rezultând din nou acid

acetic.

Acidul acetic obţinut prin ambele metode descrise mai sus se purifică în continuare prin

distilare şi alte procedee chimice. Se obţine în acest fel acid acetic glacial sau soluţii foarte

concentrate de acid acetic. Pe baza acestora, se pot prepara soluţii de acid acetic cu concentraţia

cuprinsă între 60 - 80%, denumite de multe ori „esenţă de oţet" şi care se folosesc, prin diluare,

aromatizare şi colorare (de cele mai multe ori cu caramel) la obţinerea „oţetului" sintetic.

Fabricarea în scop alimentar a acestui tip de „oţet" este interzisă în multe ţări, iar acolo unde este

permis, provenienţa produsului trebuie să fie marcată explicit.

158

7.3.2.2. Fabricarea acidului acetic prin procedee biotehnologice

7.3.2.2.1. Schema tehnologică generală

Indiferent de tehnologia aplicată, procedeele biotehnologice se bazează pe fermentaţia

acetică a unor lichide alcoolice. Schema tehnologică generală de fabricare a oţetului este

prezentată în figura 7.1.

Operaţiile care implică aspecte biotehnologice sunt: prepararea substratului hidroalcoolic,

fermentaţia acetică şi, într-o mai mică măsură, maturarea. Aceasta din urmă se aplică selectiv,

mai ales în cazul oţetului obţinut prin fermentaţie submersă.

Prepararea substratului hidroalcoolic

Materiile prime care pot fi folosite la fabricarea oţetului sunt foarte diverse: vin, spirt

(alcool etilic), cidru şi diverse soluţii alcoolice obţinute prin fermentaţia alcoolică a unor sucuri

de fructe, a mierii, a mustului de malţ şi a unor materii prime amidonoase. Condiţia esenţială este

să conţină alcool etilic. Aceste materii prime se pot folosi individual sau în amestec, cu sau fără

adaos de apă.

159

Materii primeApă

Prepararea substratului

hidroalcoolic

Substrat hidroalcoolic

Fermentate acetică

Maturare

Stabilizare-filtrare

Oţet de fermentaţie

Nutrienţi

Figura 7.1. Schema tehnologică generală de fabricare a oţetului de fermentaţie

Concentraţia de alcool etilic din soluţia hidroalcoolică se reglează la valori cuprinse între

3,5 % (v/v) şi 17 % (v/v), în funcţie de tăria acetică, care urmează să fie obţinută şi randamentul

de conversie corespunzător tehnologiei folosite. Randamentul teoretic de conversie este prezentat

odată cu tratarea mecanismului fermentaţiei, iar randamentele practice sunt prezentate

individual, în funcţie de tehnologia de fabricaţie.

Pe lângă prezenţa alcoolului etilic, pentru desfăşurarea fermentaţiei acetice în condiţii

bune, este necesară şi o serie de nutrienţi secundari şi factori de creştere. Dacă se utilizează ca

materie primă vinul sau lichide alcoolice provenite din fermentarea sucurilor de fructe şi a

mustului de malţ, adăugarea de nutrienţi secundari nu este strict necesară. De asemenea, până la

o anumită limită, fermentaţia acetică poate fi condusă în condiţii relativ acceptabile, chiar dacă

se folosesc amestecuri între materiile prime descrise mai sus, apă şi alcool etilic. Totuşi, dacă

fracţiunea reprezentată de vin, must de malţ fermentat sau de sucurile fermentate de fructe este

sub 50 - 60%, este necesară adăugarea unor elemente nutritive suplimentare. Anumite substanţe

nutritive au un efect pozitiv, chiar şi asupra substraturilor formate exclusiv din vin.

Cantitatea de nutrienţi utilizată şi proporţia dintre aceştia depinde de natura substratului.

De obicei se folosesc săruri de amoniu (sulfat de amoniu, fosfat de amoniu), de potasiu şi de

fosfor (sulfat de potasiu, fosfat de potasiu) şi extracte de malţ condiţionate sub diverse forme.

Maturarea - limpezirea

Oţetul din şarjele normale se păstrează minimum o lună în vase pentru maturare-

limpezirea, după care se face eventual o corecţie de compoziţie, urmată de filtrare, îmbuteliere,

depozitare temporară şi livrare. În unele cazuri este necesară şi stabilizarea.

Filtrarea oţetului

Oţetul din şarjele normale conţine în suspensie impurităţi, au aspect tulbure sau este slab

colorat. Se procedează la filtrarea lui, iar uneori este cleit cu gelatină. Pentru intensificarea

culorii oţetului se adaugă anumiţi coloranţi alimentari. Nu este permisă adăugarea în oţet a

substanţelor conservante, artificiale, aromatizante, a substanţelor cu gust iritant şi sintetice

îndulcitoare. Oţetul din vin nu este pus în consum decât după maturare, când s-a format aroma şi

buchetul sau datorită resturilor rezultate în urma reacţiilor dintre acizii din oţet şi alcool etilic

rămas nefermentat.

7.3.2.2.2. Aspecte microbiologice şi biochimice în timpul fermentaţiei acetice

160

Microorganismele care produc cantităţi semnificative de acid acetic fac parte din genul

Acetobacter (Acetobacter aceti, Acetobacter acetigenus, Acetobacter ascendes, Acetobacter

hansenii, Acetobacter kűtzingianus, Acetobacter liquefaciens, Acetobacter orleanense,

Acetobacter pasteurianus, Acetobacter schűtzenbachii, Acetobacter suboxidans, Acetobacter

xylinus). În tabelul 7.5 sunt prezentate unele caracteristici importante din punct de vedere

tehnologic ale bacteriilor acetice.

Datele din tabelul 7.5 trebuie considerate ca având valoare strict informativă deoarece în

practică, în acetatoarele industriale, se pot selecta varietăţi care produc peste 15% (m/v) acid

acetic.

Mecanismul biologic de conversie a etanolului în acid acetic începe cu reacţia de formare

a acetaldehidei, catalizată de o alcooldehidrogenază, conform reacţiei:

Tabelul 7.5. Caracteristici importante din punct de vedere tehnologic ale unor bacterii acetice

Specia

Tăria alcoolică

pe care o

suportă,

% (v/v)

Producţia

maximă de

acid acetic,

% (m/v)

Temperatu

ra optimă,

°C

Acetobacter aceti 11,0 6,6 36

Acetobacter acetigenus 7,0 3,0 33

Acetobacter ascendes 12,0 9,0 31

Acetobacter

kűtzingianus9,5 6,7 30

Acetobacter orleanense - 9,3 30

Acetobacter

pasteurianus9,5 6,2 28

Acetobacter

schűtzenbachii- 11,0 28

Acetobacter

suboxidans- 2,0 19

Acetobacter xylinus 7,0 4,5 30

161

În continuare, aldehida acetică, sub acţiunea unei hidrataze, prin adiţia unei molecule de

apă se transformă în aldehida hidratată, conform reacţiei:

Sub acţiunea unei aldehiddehidrogenaze, aldehida hidratată este convertită apoi în acid

acetic conform reacţiei:

Există şi o cale colaterală de transformare a acetaldehidei, printr-o reacţie de

disproporţionare:

Etanolul format în acest caz se poate oxida din nou conform reacţiei (7.1), iar ciclul poate

fi reluat conform reacţiei (7.4). Proporţia de acid acetic care se formează în cursul fermentaţiei

pe această cale în raport cu cantitatea de acid acetic format pe calea principală nu este cunoscută

până în prezent.

Formarea acetaldehidei ca intermediar în fermentaţia acetică a fost dovedită experimental

prin adăugarea de sulfit sau bisulfit de calciu în fermentatorul acetic. Disulfitul de calciu

reacţionează cu aldehida acetică conform reacţiei:

În acest fel se blochează mecanismul principal al fermentaţiei acetice. Produsul format nu

este oxidat de bacteriile acetice şi se acumulează în mediu.

Randamentul teoretic de conversie a alcoolului etilic în acid acetic este de 130,4 kg de

acid acetic la 100 kg de alcool. Dacă se exprimă alcoolul în grade Salleron, randamentul teoretic

devine 0,0103 kg de acid acetic/grad alcoolic Salleron.

162

Viteza de conversie depinde de natura microorganismelor şi a substratului, de nivelul de

aprovizionare cu oxigen, de temperatură şi scade cu creşterea concentraţiei acidului acetic

prezent în mediu.

Fermentaţia acetică este un proces exoterm. Conversia fiecărui mol de alcool etilic este

însoţită de eliberarea unei cantităţi de căldură de 117 kcal.

7.3.2.2.3. Procedee de realizare a fermentaţiei acetice

O dată asigurat conţinutul corespunzător de alcool etilic şi substanţe nutritive, pentru

desfăşurarea fermentaţiei acetice rămâne esenţială atingerea şi menţinerea unei anumite

concentraţii a oxigenului dizolvat. De modul în care se realizează aprovizionarea cu oxigen a

bacteriilor acetice depind viteza procesului de fermentaţie şi, într-o oarecare măsură, calităţile

senzoriale ale produsului finit.

În funcţie de viteza de formare a acidului acetic (şi implicit de modul de aerare)

procedeele de fermentaţie acetică pot fi împărţite în două categorii: procedee lente şi procedee

rapide. Procedeele rapide se împart, principial, în procedee la care contactul soluţiei alcoolice cu

aerul se face prin distribuirea acesteia pe o coloană de umplutură inertă şi procedee submerse.

Procedeele lente (tip Orleans)

Sunt cele mai vechi tehnici comerciale de fabricare a oţetului, principiul fiind cunoscut

din antichitate. Soluţia alcoolică este plasată la început într-un vas cu raport diametru/înălţime

mare, care conţine talaş, tulpini de viţă de vie sau alte materiale de origine vegetală (de exemplu

coceni de porumb) care pot asigura o suprafaţă specifică mare. După aproximativ 7 zile, perioadă

în care se declanşează fermentaţia acetică, lichidul este trecut într-un alt vas. Acesta este de

obicei un butoi din lemn de esenţă tare dar poate fi şi o cadă închisă construită din acelaşi

material. Umplerea se face în aşa fel încât lichidul să ocupe de la 50% până la 70% din volumul

total al vasului.

În aceste condiţii, fermentaţia acetică se desfăşoară lent, numai la suprafaţa lichidului,

unde concentraţia de oxigen dizolvat este suficientă pentru a asigura metabolizarea alcoolului

etilic de către bacteriile acetice. Se formează astfel un „voal de fermentaţie" în care numărul de

bacterii acetice active este mare. Fermentaţia durează între 8 şi 14 săptămâni, în funcţie de

compoziţia iniţială a soluţiei alcoolice, temperatură, natura microorganismelor, suprafaţa de

contact lichid/aer etc. După ce fermentaţia acetică se consideră încheiată, se extrage din vas o

cantitate de oţet reprezentând 60 - 70% din volumul iniţial şi se înlocuieşte cu materia primă. În

163

acest fel în vasul de fermentaţie rămâne o cantitate de oţet care conţine un număr suficient de

bacterii acetice pentru reluarea fermentaţiei. Din acest moment nu mai este necesară etapa

iniţială, respectiv trecerea prin vasul cu umplutură.

La unele variante ale acestui procedeu, pentru realizarea unei aerări suplimentare, soluţia

alcoolică aflată în fermentaţie acetică este trecută succesiv dintr-un vas în altul.

Procedeele lente se folosesc, în general, pentru obţinerea unui oţet cu tăria de 4 - 7 grade

acetice. Viteza scăzută implică ocuparea unui spaţiu de fermentaţie mare, ceea ce se traduce în

ultimă instanţă printr-o suprafaţă construită mare şi costuri investiţionale ridicate în comparaţie

cu celelalte procedee. Avantajul esenţial al procedeelor lente este aroma foarte fină a produsului

finit.

Atunci când se folosesc materii prime corespunzătoare, calităţile senzoriale ale oţetului

fabricat prin fermentaţie lentă nu pot fi obţinute sub nici o formă prin utilizarea metodelor

rapide. Din acest motiv, procedeele lente sunt folosite pentru fabricarea oţeturilor din fructe şi a

unor produse speciale, cum este, de exemplu, oţetul balsamic.

Procedee rapide care folosesc coloane cu umplutură

În acest caz, pentru atingerea unui nivel ridicat de oxigen dizolvat, plămada este

distribuită printr-un procedeu oarecare pe o coloană cu umplutură care asigură o suprafaţă mare

de transfer gaz-lichid. Distribuirea plămezii se poate face continuu (cazul procedeului care

foloseşte stropirea uniformă a părţii superioare a coloanei cu substrat) sau discontinuu (prin

„înecarea" periodică cu substrat a coloanei, urmată de scurgerea substratului).

Prima variantă este utilizată mai frecvent deoarece regimul de aerare fluctuează mai puţin

şi, în consecinţă, fermentaţia acetică decurge în condiţii mai bune, atât sub aspectul

randamentului cât şi al vitezei. Umplutura este formată, de obicei, din talaş de fag roşu, dar se

poate folosi şi talaşul de stejar, spuma de mare, cocsul sau mangalul tratat în prealabil cu HCl

diluat. Densitatea şi capacitatea de îmbibare a unor materiale de umplutură sunt prezentate în

tabelul 7.6.

Tabelul 7.6. Caracteristicile unor materiale de umplutură folosite la fabricarea oţetului

CaracteristiciTalaş de

fag

Talaş de

mesteacănMangal

Spumă

de mareCocs

Densitatea, kg/ m3180 -

225160 ~ 240 ~ 430 ~ 450

164

Capacitatea de absorbţie,

m3/kg40 - 450 ~ 200 ~ 280

260 -

3708

Cel mai răspândit acetator cu umplutură este aparatul Frings, prezentat în figura 7.2.

Proiectat în secolul al XlX-lea şi perfecţionat pe parcurs, aparatul Frings a constituit

principalul tip de acetator utilizat până la dezvoltarea industrială a fermentaţiei acetice submerse.

Acetatorul Frings este format dintr-un vas tronconic cu înclinaţie mică (1) în interiorul căruia

este fixată, între două grătare (3,5), o coloană de umplutură (2). Volumul acetatoarelor uzuale

este de 10 - 25 m3.

Soluţia alcoolică parţial acetificată, colectată la partea inferioară a aparatului, este

recirculată continuu cu ajutorul unei pompe (15) şi împrăştiată cvasiuniform de un distribuitor

(11) pe suprafaţa superioară a umpluturii. Distribuitorul trebuie să asigure o împrăştiere uniformă

a soluţiei, pentru realizarea unei suprafeţe de transfer gaz/lichid cât mai mare, în cursul curgerii

gravitaţionale.

În contracurent cu lichidul prin coloană circulă curenţi de aer proaspăt. Aerul intră prin

orificii (2) distribuite în serală pe toată înălţimea aparatului şi iese printr-un racord montat la

partea superioară a acetatorului. Pentru recuperarea parţială a vaporilor de acid acetic care

părăsesc incinta de fermentaţie odată cu aerul se foloseşte uneori un condensator (10).

Cantitatea de căldură care se formează în cursul fermentaţiei acetice industriale este de

aproximativ 10 600 kJ/kg de alcool etilic metabolizat. Cea mai mare parte din această căldură

este transferată fluxului de aer, care circulă prin acetator, şi mediului exterior. Totuşi, în anumite

condiţii, dacă viteza de conversie a etanolului în acid acetic creşte peste o anumită limită sau

temperatura mediului exterior este ridicată, este necesară preluarea excesului de căldură prin

intermediul unui schimbător de căldură (14).

165

Figura 7.2. Acetatorul cu coloană de umplutură Frings:

1 - corpul acetatorului; 2 - orificii de admisie a aerului; 3 - grătar inferior; 4 - termometru; 5 -

grătar superior; 6 - racord de evacuare a aerului din acetator; 7 - racord de ieşire a agentului de

răcire; 8 - racord de evacuare a aerului din condensator; 9 - racord de intrare a agentului de

răcire; 10 - condensator;

11 - dispozitiv de stropire; 12 - coloană de umplutură; 13 - racorduri pentru agentul de răcire; 14

- schimbător de căldură; 15 - pompă; 16 - racord de evacuare

Se consideră că regimul termic normal de funcţionare corespunde următoarelor plaje de

temperatură, distribuite pe înălţimea coloanei: 22 - 26°C în partea superioară; 26 - 28°C în zona

centrală şi 30 - 34°C în partea inferioară. Măsurarea temperaturii se face cu o serie de

termometre (4) dispuse pe înălţimea coloanei.

Menţinerea sub control a procesului de fermentaţie se poate face acţionând asupra a trei

parametri: debitul de aer proaspăt (se modifică prin obturarea sau deschiderea orificiilor de

aerisire 2); temperatura lichidului distribuit pe secţiunea superioară a coloanei (prin modificarea

debitului/temperaturii agentului de răcire folosit la schimbătorul de căldură) şi gradul de

recirculare (se modifică debitul de lichid pompat).

La prima pornire a aparatului se foloseşte un amestec de materie primă şi soluţie

alcoolică aflată în stare de fermentaţie acetică (cuib de oţet), preluată dintr-un alt acetator, aflat

în regim normal de funcţionare. Deoarece prima pornire este un proces delicat, este

166

recomandabil să se urmărească cu atenţie temperaturile în cele trei zone ale umpluturii şi să se

intervină dacă este necesar prin modificarea debitului de aer sau a regimului de pompare.

Dacă, cantitatea de cuib aflată la dispoziţie este redusă se adoptă, de obicei, un regim

iniţial intermitent de pompare. Fermentaţia acetică se conduce până la un conţinut remanent de

alcool etilic de circa 0,2%. În acest moment se extrage rapid 50 - 70% din oţetul aflat în aparat,

se începe imediat alimentarea treptată cu materie primă, urmărind regimul de temperatură, şi se

reia ciclul de funcţionare.

În regim normal de funcţionare un ciclu de producţie a aparatului durează 8-12 zile

pentru un oţet cu tăria de 9 grade acetice. Acetatorul Frings poate produce, în condiţiile unor

costuri rezonabile, oţet cu tăria de până la 12 grade acetice. Desigur că în acest caz durata unui

ciclu creşte.

Pentru un anumit volum dat al aparatului şi al coloanei de umplutură, productivitatea

depinde de durata ciclului de funcţionare care, la rândul lui, este dependent de productivitatea

unităţii de volum a umpluturii. În general, aceasta are în 24 de ore o medie de 2,0 - 4,5 kg acid

acetic/m3 umplutură. Productivitatea este influenţată de natura bacteriilor acetice şi modul de

conducere a fermentaţiei. Mai mult, productivitatea părţii superioare a coloanei este semnificativ

mai mare decât cea a părţii inferioare. Astfel, în timp ce în primele straturi de umplutură se

converteşte în acid acetic aproximativ 40% din alcoolul etilic prezent iniţial, în straturile

inferioare conversia scade până la 4%.

Randamentul practic al acetatoarelor Frings este cuprins între 75% din randamentul

teoretic (dacă nu sunt prevăzute cu condensator şi condiţiile generale de funcţionare sunt

defectuoase) şi 90% din randamentul teoretic (dacă sunt prevăzute cu condensator şi regimul de

funcţionare este corespunzător). Fracţiunea cea mai mare a pierderilor (până la 90% din

pierderile totale) este formată din acidul acetic pierdut prin evaporare.

Procedeele care se bazează pe înecarea periodică a umpluturii folosesc baterii de 2-10

vase, care funcţionează împreună. Înecarea umpluturii se face numai de jos în sus. Fiecare

acetator este inundat succesiv şi periodic cu aceeaşi cantitate de soluţie alcoolică aflată în

fermentaţie acetică. În general, inundarea se face prin pompare dar, în cazul bateriilor de două

acetatoare, se poate face şi prin dezlocuirea soluţiei cu aer comprimat. Durata unui ciclu complet

este mai mare decât la acetatorul Frings (10 - 30 de zile), iar randamentul de transformare este

asemănător (până la 85% din randamentul teoretic).

Procedee care folosesc fermentaţia submersă

167

Dezvoltarea industrială a fermentaţiei acetice submerse a avut loc treptat, după 1950, pe

baza experienţei acumulate în producţia submersă de antibiotice. În cazul fermentaţiei acetice

submerse, suprafaţa de transfer gaz/lichid creată cu ajutorul umpluturii în cazul acetatoarelor

clasice este înlocuită cu suprafaţa unor bule de aer cu dimensiuni mici, distribuite în număr

foarte mare în toată masa lichidului aflat în fermentaţie. În plus, „cuibul de oţet" folosit la

acetatoarele cu umplutură este înlocuit adeseori cu culturi selecţionate de bacterii acetice.

La unele dintre primele acetatoare care foloseau fermentaţia submersă, pentru distribuirea

bulelor de aer a fost folosită o placă groasă de sticlă sinterizată. În prezent, instalaţiile industriale

de obţinere a oţetului prin fermentaţie submersă utilizează bioreactoare de diverse tipuri

(Vogelbusch, B.M.A., Chemap etc.) adaptate corespunzător, la care generarea unei suprafeţe de

contact cât mai mare între aer şi lichid se face prin mijloace mecanice. Un acetator tipic din

această clasă este format dintr-un vas de oţel 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 autoaspiraţie, fie un injector special combinat cu un sistem de palete pentru

realizarea unui regim puternic turbionar), suprafeţe 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 şi control

specifică.

Printre altele, aceasta trebuie să cuprindă elemente pentru măsurarea temperaturii, a

conţinutului de oxigen dizolvat (pO2), a conţinutului de alcool şi a nivelelor de lichid şi spumă

din aparat. Conducerea procesului se realizează în general automat, uneori cu calculator de

proces, prin reglarea continuă a temperaturii şi a conţinutului de oxigen dizolvat.

În momentul în care conţinutul rezidual de alcool etilic atinge 0,2%, se extrage automat

30 - 50 % din volumul de lichid din acetator şi se înlocuieşte treptat (pentru menţinerea

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 soluţie x oră) şi 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 cazul unui

acetator cu un volum util de 21 m3, la care se extrage pe ciclu o treime din soluţia acetică, durata

fermentaţiei pentru o tărie finală de 12 grade acetice este de aproximativ 30 de ore.

Randamentele obţinute sunt net superioare în raport cu acetatoarele cu umplutură, putând atinge

98% din randamentul teoretic.

Prin fermentaţie submersă se pot obţine soluţii cu o tărie acetică de până la 15 grade.

Dacă se urmăreşte obţinerea unei concentraţii mari de acid acetic, se separă fermentaţia în două

168

trepte, care se desfăşoară în bioreactoare diferite, cu culturi diferite şi parametri specifici. Din

punctul de vedere al operării, acetatoarele submerse sunt mai sensibile decât cele cu coloană de

umplutură, deoarece absenţa aerării pe durate chiar foarte scurte (sub 1 min) provoacă o reducere

majoră a numărului de bacterii acetice active, cu repercusiunile corespunzătoare asupra duratei

ciclului şi a randamentului. Astfel de evenimente sunt evitate prin utilizarea unor surse de

rezervă pentru alimentarea cu energie şi a unor sisteme de automatizare cu siguranţă mare în

exploatare.

Oţetul produs prin fermentaţie submersă este mult mai tulbure şi ceva mai puţin aromat

decât cel produs în acetatoare cu umplutură. Din aceste motive este supus unei operaţii de

limpezire/filtrare şi se lasă uneori la maturare/învechire în butoaie de lemn. Se obţine astfel un

oţet bogat în principii biologice, rezultate în urma autolizei celulelor bacteriene.

Privită global, dintre tehnicile prezentate, fermentaţia submersă este cea mai avantajoasă

din punct de vedere economic, mai ales dacă preţul unităţii de suprafaţă construită este mare.

Acest tip de fermentaţie acetică a permis construirea unor linii de producţie pentru acid acetic

glacial de origine biologică. În acest scop, acidul acetic de fermentaţie se extrage cu acetat de

etil, se separă şi se concentrează prin distilare.

169