Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №1

Эли бочкового созревания

Д. Буш

Англия имеет много отличительных особенностей, которые внесли свой вклад в мир пивоварения, но ни одна из них не отличается той же уникальностью и важностью как традиция производства элей бочкового созревания. Бочковой, или как его часто называют, риэл эль является специальным пивом, которое подается особым образом, при помощи ручного насоса из подвала. Несмотря на то, что Вам, возможно, рассказывали в Соединенных Штатах, бочковой эль не теплый и не без газа. Его разливают при температуре подвала, от 54 до 59 градусов F (от 12 до 15 градусов С), и естественно, хоть и слегка, но он газированный. В результате, по палатальным ощущениям (mouthfeel) он отличается от "газированного" пива из кега.

Температура и карбонизация оказывают большое влияние на вкусовое восприятие пива, и комбинация подвальной температуры, низкого содержания СО₂ и зачастую резкого хмельного аромата и вкуса — все это смешивается во рту — и выявляет совершенно особый и приятный эль. В то время как весь спектр бочковых элей обобщить довольно нелегко, карбонизация, температура, степень охмеления и продукты брожения обычно являются определяющими факторами во вкусовом восприятии всех бочковых элей. Многие бочковые эли обладают многочисленными фруктовыми нотками, которые рождаются в ферментере и постепенно ослабевают и перемешиваются в процессе созревания и выдержки. Важным моментом является то, что они должны присутствовать и то, что они проявляют себя в различной степени сложности на протяжении всего нахождения в бочке. Одним из замечательных аспектов бочкового эля является то, что это пиво живет, дышит, и оно изменится за неделю или около того в промежутке между шпунтованием или закупориванием и последним движением ручного насоса.

Бочковые эли, изготавливаемые в Англии, являются пивом верхового брожения, часто производимым в открытых ферментерах. Открытые ферментеры — это то, что и кажется — емкость без верхней части. Ферментеры часто представляют собой большой цилиндр с навесной крышкой. Многие из них терморегулируются (охлаждаются) при помощи системы труб, которые погружены в бродящее сусло. Через трубопровод прокачивается охлажденная вода или охлажденный гликоль, что позволяет пивовару контролировать температуру в процессе брожения.

В то время как закрытые танки используются на некоторых более крупных пивоваренных заводах, открытые ферментеры являются традиционной практикой, и некоторые известные пивзаводы полагаются на старые системы открытого брожения Burton Union и Yorkshire Squares.

Оба типа этих открытых бродильных аппаратов разработаны таким образом, что бродильному оттеку или кройзену (kraeusen, шапка бродящей пены) дают вытечь из ферментера в сборный резервуар, затем его удаляют или возвращают в главный ферментер. Эта техника обычно способствует тому, что в ферментер поступает дополнительный кислород, что в свою очередь приводит к слегка повышенному уровню диацетила в пиве. Обычно это не является отрицательным моментов для данного пива. Использование открытого брожения может показаться странным пивоварам, которые идут на все, лишь бы не допустить воздушного заражения, но это не является причиной для беспокойства в английском пивоварении. Как и все пивовары, английские элевые пивовары очень внимательны в вопросах санобработки всего, что контактирует с полученным суслом, особенно, когда его температура становится ниже 170 градусов F (76.5 градусов С). Чистый и продезинфицированный ферментер в сочетании с чистыми, здоровыми дрожжами, заданными в количестве от 6 до 12 миллионов клеток на миллилитр, обеспечит быстрое начало брожения, и соответственно выработку большого количества СО₂, который покроет бродящее сусло, и таким образом защитит пиво от витающей в воздухе инфекции. Как только брожение активизируется, pH пива быстро понизится с начального уровня, который равен 5.0, где-то до середины диапазона, составляющего 4, а при использовании некоторых рас, вплоть до 4.1. Это подкисление сусла наряду с большим образованием СО₂ приводит к возникновению среды, весьма неблагоприятной для большинства бактерий, находящихся в воздухе. Главное, и это относится ко всему пивоварению, состоит в том, чтобы внести достаточное количество чистой, здоровой суспензии дрожжевой культуры.

Используя открытые бродильные аппараты, пивовар должен снимать с пива дрожжевую шапку между вторым и третьим днем нормального брожения. То, что поднимается на поверхность после первого дня, удаляется с целью уменьшения количества твердых частиц, которые могут привести к возникновению проблем с терпкостью. Использование открытых ферментеров обеспечивает легкий способ наблюдения и выполнения требований по снятию пены в элях верхового брожения. При использовании обычных рас верхового брожения, здоровые белые дрожжи собирают на третий или четвертый день брожения и сохраняют их для повторного использования.

Дрожжи, собранные в процессе здорового брожения, могут быть повторно использованы на протяжении сотен поколений, при условии, что на пивзаводе соблюдается чистота, а пивовар внимательно следит за характеристиками брожения. Любое ухудшение работы дрожжей должно быть исправлено заменой штамма свежим. Брожение обычно завершается за пять-семь дней при температуре от 60 до 70 градусов F (от 15.5 до 21 градуса С). После этого пиво переливают в танки для выдержки, где оно может находиться, проходя непродолжительный период созревания. В качестве альтернативы, негазированное пиво можно перелить непосредственно в бочку. Важным моментом является то, что перелив необходимо производить так, чтобы в негазированном пиве оставалось бы около 1° Плато (1.004) остаточного экстракта, количество дрожжевых клеток составляло бы от 0.25 до 2 миллионов на миллилитр негазированного пива. Остаточный экстракт также может быть обеспечен в виде праймер-сахаров. Это достигается путем приготовления раствора пивоваренного сахара (глюкозы) плотностью 1.150 (34 ° Плато) и добавления его в бочку в количестве от 0.35 до 1.75 литра на гектолитр. Также может быть использован оттек сусла или кройзен пиво, но в последнем случае, чрезмерное количество дрожжевых клеток может помешать процессу осветления в бочке.

Когда бочки будут заполнены, в емкость добавляют осветлитель, обычно в форме рыбьего клея (isinglass) в количествах от одного до пяти литров на британский баррель. Isinglass состоит из коллагеновых молекул, которые обладают общим положительным зарядом. Поскольку дрожжи имеют общий отрицательный заряд, в результате образуется электростатическое притяжение, которое приводит к слипанию дрожжей и частиц рыбьего клея, а затем к выпадению их в осадок. В процессе осветления понадобится около суток для достижения "отменного блеска" пива. Пиво с остаточным уровнем дрожжей от 2 и более миллионов клеток на миллилитр осветлить будет сложнее. Многие пивовары в момент наполнения бочки также добавляют хмель в виде шишек в количестве от половины до трех унций на баррель. С появлением современных способов тарирования, таких как бочонки polypin, некоторые пивовары стали использовать экстракты хмелевого масла для того, чтобы имитировать некоторые характеристики, присущие элям с бочковым охмелением. Теперь бочковой эль можно отправлять в подвал бара.

После того, как бочка отправлена в местный паб, работа по окончательному созреванию пива уже не является прямой ответственностью пивовара. Эта задача возлагается на владельца бара или погребного мастера (cellarmaster). В старые времена в обязанность погребного мастера входило добавление осветлителей в бочки по прибытии их с пивзавода, но сегодня это не принято. После доставки в паб бочку помещают на стеллаж и дают ей отстояться два-три дня. В это время в бочке происходит вторичное брожение, или бочковое созревание. За день перед началом использования, бочку нужно подготовить для розлива. Это делается путем вбивания твердой пробки (непористой деревянной втулки) в шпунт (круглое пробочное устройство на верхней части бочки или эквивалент затычки на старых американских кегах). Втулка — это по существу примитивный СО₂ клапан, непористая втулка используется для закрывания бочки на ночь на хранение, в то время как пористая втулка используется при розливе, впуская воздух и позволяя пиву вытекать при помощи пивного насоса. Когда втулку первый раз вколачивают в бочку, погребной мастер дает углекислому газу выйти из бочки, предотвращая таким образом повышение уровня СО₂, который не приветствуется любителями риэл эля. Заключительный шаг в подготовке бочки к использованию состоит в забивании крана в keystone (собственно отверстие, через которое "выходит" пиво). Как минимум сутки потребуются для отстаивания, чтобы получить гарантию, что процесс подготовки не взболтал слишком много дрожжей. На следующий день, погребной мастер попробует пиво, чтобы определять, что оно готово. Это чрезвычайно важная часть процесса и основная причина, почему многие бочковые эли не подаются при наступлении своего вкусового пика. Некоторому пиву требуется немного больше времени, чем другим, для достижения этого максимума.

Когда погребной мастер решит, что новая бочка готова к розливу, подсоединяют линию розлива пива, которая соединяет бочку и устройство beer engine. Beer engine — это всего лишь причудливый ручной насос, который "тянет" пиво из бочки. По мере того, как пиво уходит из бочки, воздух просачивается через пористую втулку. По этой причине бочковые эли лучше всего в первые несколько дней розлива, и известны тем, что становятся все более и более непригодными для питья после трех или четырех дней. Окисленное пиво в любой стране не очень приятно, и бочки, которые простояли слишком долго, демонстрируют сильный эффект окисления. В попытке противостоять некоторым отрицательным последствиям окисления, пивовары и владельцы баров изобрели несколько методов введения СО₂ в бочку. Наименее спорным является метод создания защитного слоя из углекислоты, когда в бочку впрыскивается чрезвычайно малое количество (от 1 до 2 psi) СО₂ газа. Поскольку СО₂ тяжелее воздуха, он образует "покров" над пивом, определенным образом защищая его от кислорода.

Другой метод использует собственно емкости с СО₂ для выталкивания пива, и для вытягивания пива из бочки также используются механические насосы. Приверженцы традиций презирают любые способы применения СО₂ для сохранения качества пива, пытаясь убедить, что все они в результате приводят к получению какого-то "газированного" пива. Кампания за Риэл Эль (CAMRA) является наиболее непреклонной в том, чтобы риэл эль разливался только при помощи beer engine без применения "покровного" давления.

С этой целью, CAMRA отказывается указывать в ежегодно издаваемой бесценной книге "Гид хорошего пива" (Good Beer Guide) те пабы, где используются СО₂ системы. В то время как CAMRA так замечательно придерживается традиций, возможно, нереально будет ждать от самых маленьких пабов в самых удаленных местах, чтобы они могли заботиться о бочковых элях точно также, как это делается в более оживленных пабах.

Если применяется бочковое охмеление, используют небольшое устройство типа сита, чтобы хмель оставался в бочке и не попадал в чей-нибудь стакан. На конце раздаточного крана используется распыляющее устройство, заставляющее пиво проходить через несколько небольших отверстий, что приводит к выбросу газа в пиво и стакан и к образованию густой пены. Бочковые эли также могут разливаться непосредственно из бочки самотеком. При таком способе бочку устанавливают таким образом, чтобы выпускное отверстие смотрело вниз. Открыв кран и воздушный вентиль, пиво будет литься из бочки самотеком. Если при данном методе используется сода-кег, погружную трубку для жидкости необходимо удалить или значительно обрезать. Это отличный способ розлива качественного пива, если пиво будет выпито за один вечер.

Производство бочковых элей не особенно отличается от производства обычного домашнего пива. В обоих случаях, пиво газируется естественным способом в закрытом сосуде. Главное отличие в количестве образующейся карбонизации. Обычные эли и лагеры газируются приблизительно до 2.5 объемов СО₂, в то время как для бочковых элей эта цифра приближается к 1.5–1.75 от объема. При изготовлении бочковых элей существует 2 способа, которым можно следовать:

(1) Дайте брожению закончиться, затем добавьте небольшое количество сбраживаемого сырья.

(2) Тщательно контролируйте брожение, и когда конечная плотность будет в пределах 1°, закупорьте бочку. Этот способ предпочтительней, но осуществить его может быть не так легко, потому что пивовар довольно точно должен знать, какой будет конечная плотность. Эта метод можно упростить, если использовать для розлива сода-кег из нержавеющей стали, и внимательно стравливать избыток давления, когда бочонок будет насыщаться газом.

Использование осветлителей может стать еще одним дополнительным усилием, и многие домашние пивовары могут не захотеть с этим связываться. В этом случае, убедитесь, что Вы используете дрожжи, которые известны своими превосходными флоккуляционными свойствами. Если осуществляется бочковое охмеление, следует использовать только свежий шишковой хмель или цельный прессованный хмель (plugs). Поместите хмель в проницаемый мешок, используйте продезинфицированный груз, чтобы мешочек опустился на дно бочки. Если Вы собираетесь подавать пиво как настоящий бочковой эль, можно использовать подачу самотеком, но в идеале бочка должна быть опустошена за один вечер.

Исторически, индийский пэйл эль имел значительно более высокую первоначальную плотность, но по своему опыту я знаю, что сегодня она снизилась до 1.035 — 1.045, и это просто более сильно охмеленная версия биттера. Крепкие эли можно найти даже со столь "низкой" первоначальной плотностью, как 1.051, но часто они имеют плотность в районе 1.062. Обратите внимание, что, несмотря на относительно низкое содержание спирта по объему у всех типов пива, кроме крепкого эля, это пиво имеет много несброженных веществ, которые придают бочковым элям богатое тело и полноту вкуса. Несброженные вещества состоят главным образом из декстринов, которые нормальные дрожжи не могут усвоить. Эти декстрины переходят в неизменном виде в готовое пиво. Использование карамельных солодов (обычно называемых кристаллическим солодом) всегда увеличивает в пиве количество несбраживаемых веществ. Карамельные солода обычно используются при производстве бочкового эля. Многие пивовары делают сусло с первоначальной плотностью 1.055 или выше и растворяют его в ферментере, добавляя кипяченную охлажденную воду, чтобы получить первоначальную плотность 1.035. Используя этот способ, определенная степень карамелизации может быть достигнута при варке в котле, что может положительным образом сказаться на вкусовых признаках.

Burton Unions — Классическая техника брожения, при которой дрожжевой оттек из ферментера собирается в сборном танке, а затем повторно возвращается назад в ферментер.

Isinglass (рыбий клей) — оклеивающее вещество, изготавливаемое из переработанных плавательных пузырей рыбы, в основном осетра. При использовании твердого осветлителя isinglass, добавьте от 30 до 60 миллиграммов на литр. Перемешивайте одну минуту с обеспложенной водой, дайте постоять, снова перемешайте, и дайте отстояться, затем добавляйте. Нормы внесения меняются в зависимости от плотности, состава солодовой засыпи и технологического процесса. Проведите небольшой тест, чтобы определить производительность клея в вашей системе. Isinglass также используется в баках для созревания в количестве двух унций на один галлон или, грубо, в 2 процентной концентрации.

Осветлитель (оклеивающие вещества, клей) — материалы, которые помогают осветлить эли бочкового созревания. Включает isinglass, желатин, а при необходимости удаления белка, алгинол (alginol) (отрицательно заряженные полисахариды).

Остаточный экстракт — не следует путать с конечной плотностью, остаточный имеет отношение к количеству сбраживаемых веществ, оставшихся на определенный момент. Эти сбраживаемые вещества будут переработаны дрожжами во взвешенном состоянии по прошествии определенного времени.

Стеллаж — деревянное устройство, используемое для установки на нем бочки, приготовленной для розлива.

Конечная плотность — окончательная плотность пива, измеренная после того, как все сбраживаемые вещества были использованы дрожжами.

Пиво верхового брожения — пиво, сброженное путем применения дрожжевых штаммов верхового брожения, Saccharomyces cerevesae. Дрожжи этого класса обычно сбраживают сусло, действуя у поверхности ферментера, и поднимаются на поверхность в конце брожения.

Несбраживаемые вещества — это в основном декстрины, которые нормальные пивоваренные дрожжи не могут переработать. В результате, эти "бодибилдеры" (строители тела) переходят в готовое пиво и привносят сладость, тело и полноту вкуса. Несбраживаемые вещества можно грубо подсчитать по конечной плотности. Пиво, которое имеет первоначальную плотность 1.040 и конечную плотность 1.010, имеет 10/40 несброженных веществ или 25 процентов.

Yorkshire Squares — Классические квадратные ферментеры, изготовленные из сланца, на пивзаводе Samuel Smith brewery. Yorkshire Squares состоят из чашевидных сланцевых устройств, которые расположены выше ферментеров, что позволяет собирать дрожжевой оттек для его удаления или, если его оставляют, для повторного внесения в ферментер.

Уксус. Что это такое и как его делают

Н. Кустова

Множество блюд в кухнях разных народов мира невозможно приготовить без уксуса. Не обойтись без него в заготовках, да и в качестве простой приправы уксус подают ко многим кушаньям. Изготовление уксуса, как и виноделие, один из древнейших технологических процессов, освоенных человеком. Но если в производстве вина за последние несколько тысячелетий не произошло принципиальных изменений (использование современного оборудования не в счет), то в производстве уксуса в 70-х годах XX века случилась настоящая революция.

Начнем с того, что главным компонентом пищевого уксуса является уксусная кислота. Получать ее можно двумя способами: химическим — из продуктов сухой перегонки древесины и микробиологическим — в результате уксуснокислого брожения спиртосодержащих жидкостей, таких, как виноградное вино, сидр, пивное сусло, забродившие мед и соки различных фруктов или водный раствор этилового спирта (С₂Н₅ОН). В таких жидкостях окисление этанола до уксусной кислоты проводят в большинстве случаев уксусные бактерии Acetobacter aceti. В результате в готовом продукте оказывается не только кислота, но и небольшое количество сложных эфиров, альдегидов и других органических соединений. Именно благодаря этим веществам пищевой уксус обретает присущий ему особый вкус и приятный аромат. Разведенная же водой уксусная кислота, полученная химическим путем, лишена таких качеств. Считается, что в пищевой промышленности и в быту лучше использовать уксус, изготовленный биохимическим способом.

Технология производства уксуса имеет интересную и сложную историю. Еще в первом тысячелетии до новой эры виноделы заметили, что, если вино оставить в открытом сосуде, оно через некоторое время прокисает и превращается в уксус. Этим наблюдением и пользовались долгое время, не вдаваясь особенно в суть того, что происходит при этом с продуктом.

Один из самых "древних" способов производства уксуса принято называть орлеанским. В деревянные бочки особой формы, расположенные в утепленном помещении в несколько рядов одна над другой, в начале процесса заливают 10–12 л готового нефильтрованного уксуса. Эта порция — своего рода закваска, ведь в нефильтрованном уксусе содержится достаточно большое количество бактерий. К уксусу приливают примерно 10 л профильтрованного вина. Через восемь дней, если процесс идет нормально, доливают еще 10 л, и так до тех пор, пока бочка не заполнится до половины объема. После этого около 40 л готового продукта сливают, а к оставшемуся — вновь добавляют фильтрованное вино, и цикл повторяется[93]. Весь цикл занимает от недели до месяца, зато продукт обладает таким высоким качеством, что этот неэффективный способ до сих пор применяется в винодельческих районах Франции.

Наряду с орлеанским способом существовал метод, описанный немецким ученым Бургавом (Boerhave) в 1732 году. Сейчас эта технология известна под названием "метод Шуценбаха". Суть его в том, что спиртосодержащую жидкость (в описании Бургава упоминается раствор хлебного спирта) пропускали сверху вниз через объем, заполненный тщательно вымоченными в уксусе крупными буковыми стружками. Эта технология оказалась значительно более производительной, чем орлеанский способ, и во всем мире она используется до сих пор[94].

И все же до работ Пастера в середине XVIII века не было понятно, за счет чего вино превращается в уксус. Пастер в большой статье "Исследование свойств уксуса" ("Etude sur le vinaegre") показал, что стерильный раствор спирта в воде на открытом воздухе практически не окисляется, а образование уксусной кислоты происходит благодаря работе уксусных бактерий. И для того, чтобы спирт окислялся эффективно, в жидкости необходимо создать оптимальные условия для их развития. Оказалось, что лучше всего эти микроорганизмы чувствуют себя при температуре около 30 °C и при концентрации спирта, не превышающей 12–14 %. Дальнейшие (уже современные) исследования показали, что максимальная скорость роста A.aceti достигается при более низкой концентрации спирта. Характерной особенностью этих бактерий является и высокая потребность в кислороде. Долгое время считалось, что из-за сравнительно низкой растворимости кислорода в воде (и в растворе этилового спирта тоже) бактерии могут развиваться только на поверхности жидкости или в ее тонкой пленке. Это не противоречило и имевшемуся к тому времени промышленному опыту. При орлеанском методе бактерии развиваются в основном в верхнем слое жидкости в виде слизистой пленки, а при методе Шуценбаха жидкость стекает тонким слоем по поверхности стружек (рис. 1). Производительность аппаратуры, что по одному, что по другому способу, обычно составляет от 2 до 8 кг 100 %-ной уксусной кислоты с 1 м³ объема аппарата в сутки.

Рис. 1. Аппарат Шуценбаха:

_{1 — деревянная коническая емкость; 2 — слой буковых стружек.}

Основным аппаратом, в котором получают уксусную кислоту по методу Шуценбаха, является деревянный чан конической формы. На расстоянии 200–300 мм от основного днища в нем устанавливают горизонтальную перфорированную перегородку. Верхняя часть аппарата на 2/3 заполняется стружками, которые орошаются питательной для бактерий средой, содержащей некоторое количество уксусной кислоты (чаще всего это 6 %-ный раствор), этиловый спирт (3–4 %) и небольшое количество аммонийных и фосфатных солей. По мере протекания раствора бактерии, закрепившиеся, или, как теперь принято говорить, иммобилизованные на стружках, окисляют спирт в уксусную кислоту. В нижней части аппарата скапливается готовая продукция — 9 %-ный уксус. В процессе окисления выделяется тепло, которое повышает температуру внутри аппарата до 30–35 °C. В результате разницы температур создается естественная и довольно интенсивная конвекция. Воздух поступает в патрубки под ложным днищем, проходит через аппарат и выходит в верхней его части. Так сама собой осуществляется аэрация, необходимая для работающих бактерий.

Несколько слов стоит сказать о стружках. Это не просто отходы от обработки древесины. Для загрузки в аппараты подходят только буковые стружки, закрученные в рулон диаметром от 2 до 5 см и высотой от 3 до 6 см. Серьезные требования предъявляются и к древесине. Она должна быть совершенно лишена любых видов гнили. Словом, стружки для уксусного производства — вещь совсем не дешевая.

В аппарат Шуценбаха загружается 1–1,5 м³ стружек. На одном предприятии работают десятки таких аппаратов. Производительность аппаратуры при работе по данному способу низка и составляет не более 1,5 кг уксусной кислоты на 1 м³ стружек в сутки (в пересчете на 100 %-ную уксусную кислоту). При этом выход уксуса (от теоретически возможного при использовании исходного количества этилового спирта) не превышает 75 %. Процесс ведется непрерывно, десятилетиями, без смены бактерий и стружки. Высокая кислотность заливаемого в аппарат раствора необходима для того, чтобы другие бактерии не могли "заселить" аппарат и испортить таким образом продукт. Это дает возможность вести производство уксуса без соблюдения стерильности. Единственный спутник уксусных бактерий в этом процессе — мелкие нематоды — угрицы. Они питаются бактериями и тоже легко переносят высокие концентрации уксусной кислоты. Уксус очищают от них фильтрованием после пастеризации, в результате которой они погибают и выпадают в осадок.

В настоящее время на подавляющем большинстве предприятий производство уксуса ведут циркуляционным способом Фрингса. Эта технология имеет немало общего с методом Шуценбаха. Здесь также используются аппараты, наполненные стружками, также на стружках иммобилизованы уксуснокислые бактерии, и также масса стружек орошается питательным раствором, содержащим спирт, уксусную кислоту и минеральные соли. Однако есть и существенные различия между этими методами. Прежде всего, это касается размера аппаратов. На некоторых предприятиях объем их заполненной стружками рабочей камеры достигает 60 м³. В такой аппарат (рис. 2) через специальную распределительную систему подают 10 %-ный раствор спирта со скоростью в несколько раз большей, чем по методу Шуценбаха. При помощи насоса раствор многократно циркулирует через аппарат до тех пор, пока весь спирт не окислится и не образуется 9 %-ный раствор кислоты. Около 10 % исходного чистого спирта в этом процессе теряется. Цикл длится 5–6 дней, после чего повторяется.

Рис. 2. Аппарат Фрингса:

_{1 — корпус; 2 — ложное перфорированное днище; 3 — слой буковых стружек; 4 — циркуляционный насос; 5 — змеевик системы термостатирования; 6 — распределительное устройство.}

В аппаратах большого объема тепловыделение оказывается настолько значительным, что в них приходится встраивать специальные теплообменники. Чаще всего в рабочей камере располагают змеевики, по которым циркулирует охлаждающая вода, но иногда приходится устраивать еще и дополнительные, так называемые выносные теплообменники, которые устанавливают снаружи аппарата в циркуляционном контуре.

При получении уксуса циркуляционным способом удельная производительность достигает 6–8 кг кислоты в сутки на 1 м³ рабочего объема аппарата.

Но и у этого метода оказались существенные недостатки, главным из которых был, пожалуй, размер аппаратов. В начале шестидесятых годов XX века появилась технология, при которой уксуснокислые бактерии стали культивировать в специальных аппаратах — ферментерах в жидкости, — так называемый метод периодического глубинного культивирования.

Ферментеры для глубинного культивирования уксусных бактерий — это изготовленные из нержавеющей стали емкости, внутри которых размещаются перемешивающие устройства и аэраторы различных конструкций (рис. 3).

Рис. 3. Схема ферментера для производства уксуса:

_{1 — корпус из нержавеющей стали; 2 — перемешивающее устройство; 3 — аэратор (его обычно называют барботером); 4 — змеевик системы термостатирования.}

Процесс получения уксуса при периодическом глубинном способе заключается в следующем. От предыдущего цикла в аппарате остается жидкость (примерно 1/3 рабочего объема аппарата), которая служит посевным материалом для следующего цикла. В аппарат заливается до рабочего объема питательная смесь, содержащая уксусную кислоту и этанол. Перемешивающее устройство интенсивно перемешивает жидкость, а через аэратор непрерывно подается воздух. В начале цикла условия жизни для бактерий резко меняются, и в результате некоторое время не наблюдается их заметного роста, эта стадия в развитии микроорганизмов называется лаг-фазой. По окончании лаг-фазы концентрация спирта начинает уменьшаться, а кислоты — наоборот, расти. Некоторое время в аппарат приходится порциями добавлять раствор спирта. После того как концентрация уксуса достигает 9-10 %, около 2/3 объема жидкости отбирается как готовый продукт, и цикл повторяется.

Производительность глубинных аппаратов в несколько раз выше, а сами они в несколько раз меньше, чем аппараты, заполненные стружками, в них значительно меньше потери этанола. Кроме того, отпадает необходимость применения древесных стружек. Немаловажно и то, что при глубинном способе возрастает культура производства.

В начале 70-х годов прошлого столетия у группы сотрудников кафедры "Машины и аппараты микробиологических производств" в Московском институте химического машиностроения (теперь это Московский государственный университет инженерной экологии), возглавляемой профессором Петром Ивановичем Николаевым, возникла идея совместить в промышленном масштабе микробиологические методы с приемами постановки и ведения процессов, хорошо отработанными в химической технологии. Для этого пришлось провести целый комплекс серьезных исследований. Вот ведь парадокс: процесс был известен уже как минимум два с половиной тысячелетия, но до середины XX века оставался в основном эмпирическим. До этого момента усовершенствования технологий касались, прежде всего, устройства аппаратов, а микробиологические аспекты разрабатывались весьма слабо.

В 60-е годы стали появляться работы, посвященные физиологии и биохимии уксусных бактерий. Они были направлены на изучение влияния концентрации кислорода и состава питательной среды, включая как минеральный фон, так и влияние этанола и самой уксусной кислоты. В это же время на кафедре микробиологии Ленинградского университета под руководством профессора М. С. Лойцянской были проведены исследования систематики, морфологии и физиологии этих бактерий. Были выделены штаммы бактерий, растущих в очень простой по составу среде, обладающей большой окислительной активностью, что оказалось необычайно полезно для промышленного производства уксуса.

Оптимальная температура для роста Acetobacter aceti — 25–30 °C. В качестве источника азота уксуснокислые бактерии используют минеральные соли, предпочтительно аммонийные. Ацетобактеры сами синтезируют все необходимые витамины и поэтому растут в питательных средах без их добавления.

Лучшим соединением углерода для бактерий рода Acetobacter является уксусная кислота. Хорошо растут они также в средах, содержащих этиловый спирт или молочную кислоту, превращая их в уксусную.

Исследованиями Ю. Л. Игнатова было показано, что накапливаемая в процессе уксусная кислота снижает окислительную активность бактерий и уменьшает удельную скорость роста клеток. Этот факт позволил П. И. Николаеву с сотрудниками организовать процесс получения уксусной кислоты в батарее из нескольких аппаратов глубинным способом в непрерывном режиме. В результате получилась оригинальная технологическая схема, в которой процесс получения 9 %-ной уксусной кислоты ведут в четырех-пяти последовательно соединенных ферментерах (рис. 4). В такой батарее, в первых двух, по ходу жидкости, аппаратах при сравнительно низкой концентрации уксусной кислоты бактерии размножаются с большой скоростью при высокой окислительной активности, что обеспечивает высокую продуктивность процесса. В последних по ходу жидкости аппаратах, работающих, напротив, при высоких концентрациях уксусной кислоты, продуктивность снижается, в них происходит в основном доокисление оставшегося в растворе спирта. Общая производительность всех аппаратов батареи значительно выше, чем одного, выпускающего уксус 9 %-ной концентрации. Ю.Л. Игнатов показал, что производительность единицы рабочего объема аппарата, работающего по батарейному способу, может достигать 4 9,4 кг уксусной кислоты с 1 м³ в сутки.

Разработанный способ был на удивление быстро внедрен на нескольких заводах. Сейчас по этой технологии работают Экспериментальный пищекомбинат в Балашихе, уксусные цеха в городах Горловка и Днепродзержинск на Украине, завод в Словакии.

Рис. 4. Схема установки для получения уксуса в непрерывном режиме. Переток жидкости из аппарата в аппарат происходит из-за разницы давлений в "воздушной подушке", возникающей за счет разного заглубления переточных труб h: h2 > h3 > h4 > h5.

Краткие сведения о химизме окисления этанола в уксусную кислоту Acetobacter aceti

Итоговая реакция окисления этилового спирта в уксусную кислоту выглядит следующим образом:

Acetobacter aceti

С₂Н₅ОН —> СН₃СООН + Н₂О + Q

По современным представлениям, окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями вида Acetobacter aceti — двухфазный процесс. Этанол окисляется алкоголь- и альдегиддегидрогеназами с образованием уксусной кислоты и двух молекул НАДН₂. (Этот фермент отвечает за перенос водорода в дыхательной цепи.)

Алкогольдегидрогеназа Acetobacter aceti содержит недавно открытую простетическую группу метоксантин, или пирролохинолинхинон. Этот фермент находится на внешней стороне плазматической мембраны и катализирует окисление этанола в уксусную кислоту. Метоксантин частично попадает в питательную среду и в пищевой уксус, придавая ему слегка желтоватую окраску.