В качестве сырья для получения пищевого уксуса используют виноградное вино и сидр, пивное сусло, мед, соки различных фруктов и ягод после спиртового брожения или водный раствор этилового спирта. В последнем случае получают спиртовой (белый) уксус, который производят в большем масштабе, чем винный. Уксус содержит наряду с уксусной кислотой (6—9%) незначительное количество сложных эфиров, придающих ему особый вкус и приятный аромат, чего лишена уксусная кислота, получаемая химическим путем. В пищевой промышленности и быту предпочтительно используют пищевой уксус.
Спиртовой уксус получают путем периодического или непрерывного культивирования уксуснокислых бактерий на поверхности древесных стружек (чаще буковых), которыми заполнены производственные аппараты различной конструкции, или в глубинных условиях, в ферментерах. При этом происходит превращение этилового спирта в уксусную кислоту [уравнения (1, 2)].
При получении уксуса производительность оценивают по массе (кг) уксусной кислоты, содержащейся в полученном объеме уксуса за сутки (кг/м3/сут).
Согласно старым, но еще применяющимся способам получения спиртового уксуса при пуске завода или цеха уксуснокислые бактерии вносят в аппараты со стружками, взятыми из действующих аппаратов других предприятий. Бактерии закрепляются на стружках, размножаются и окисляют спирт, поступающий в аппарат в составе питательной среды. Кроме спирта среда содержит уксусную кислоту и минеральные соли азота, фосфора, серы, магния, калия. Другие элементы, необходимые бактериям, имеются в достаточном для них количестве в водопроводной воде. Иногда в питательную среду добавляют пивное сусло как источник витаминов. Уксусная кислота служит источником углерода и энергии для бактерий, используемых в производстве уксуса. Поэтому в рроцессе роста культуры всегда происходит потребление уксусной кислоты и частичное ее окисление в ЦТК Количество потребляемой уксусной кислоты зависит от скорости роста бактерий. В производстве уксуса окисление уксусной кислоты называют «переокислением». При высокой концентрации спирта и уксусной кислоты в питательной среде размножение бактерий ограничивается и «переокисление» имеет минимальное значение.
На стружках производственных аппаратов находятся бактерии разных видов рода Acetobacter — A. ас ей, A. ratteens, син. A. pas-teurianus, A. xylinum. Более высокая производительность аппаратов отмечается при доминировании Л. асей. Процесс получения уксуса не требует соблюдения стерильности. Ввиду высокой активной кислотности питательной среды (рН 2,5—3,0) и ее состава, элективного для уксуснокислых бактерий, другие микроорганизмы в производственных аппаратах уксусных заводов не развиваются.
Аппараты, действующие по наиболее старому непрерывному способу, представляют собой деревянные чаны (высота 2,2— 2,5 м, диаметр 0,9—1,0 м), емкость их 1,0—1,5 м3 стружек. В уксусных цехах находятся десятки таких аппаратов. Питательную среду для бактерий (3—5% спирта, 5—6% уксусной кислоты и минеральные соли), разбрызгивают сверху и она протекает по стружкам. При этом слой жидкости, покрывающий стружку, не превышает 0,5 мм, что обеспечивает бактериям хорошие условия аэрации. При окислении бактериями спирта некоторое количество энергии выделяется в виде тепла. В результате температура внутри аппаратов повышается до 32—34 °С, что на 12—14° выше температуры помещения. Вследствие этого воздух «затягивается» в специальное отверстие над ложным дном аппарата (над сборником готового уксуса), проходит сквозь весь аппарат и «отработанный» выходит по краям крышки, не закрывающей аппарат герметично.
По мере медленного протекания питательной среды по стружкам содержащийся в ней спирт превращается бактериями в уксусную кислоту и готовый уксус непрерывно поступает в сборник, расположенный в нижней части аппарата. При протоке среды бактерии частично вымываются, но их численность восстанавливается. Об этом можно судить по тому, что в нормально действующих аппаратах количество образуемой в них уксусной кислоты — величина постоянная — около 1,4 кг/м3/сут.
При циркуляционном (периодическом) способе получения уксуса процесс происходит в аппаратах, вмещающих 30—60 м3 стружек, заселенных уксуснокислыми бактериями. Эти аппараты оборудованы специальными устройствами для принудительной аэрации, регулирования .скорости циркуляции среды и температуры. Питательная среда, содержащая в начале производственного цикла 10—11% спирта, около 1% уксусной кислоты и минеральные соли, протекает по стружкам со значительно большей скоростью, чем при описанном выше способе. Количество уксусной кислоты в культуральиой жидкости постепенно увеличивается, но к моменту поступления ее в сборник окисление спирта не заканчивается, поэтому жидкость возвращают в аппарат. Так она циркулирует до тех пор, пока концентрация уксусной кислоты в ней не достигает 10—11%. Тогда цикл заканчивается и в аппарат поступает вновь приготовленная питательная среда. Производительность аппаратов, действующих по циркуляционному способу, составляет 5—12 кг уксусной кислоты в сутки на один кубический метр стружек.
При глубинном культивировании уксуснокислых бактерий с целью получения спиртового уксуса используют селекционные штаммы Л. aceti, размножающиеся с большой скоростью в перемешиваемой с воздухом жидкости и интенсивно превращающие спирт в уксусную кислоту в кислой среде. Периодическое культивирование этих бактерий в глубинных условиях дает возможность получать 18—23 кг/м3/сут уксусной кислоты.
Наиболее производительными являются непрерывные глубинные способы. Технологическая схема такого способа у нас в стране разработана П. И. Николаевым с сотрудниками (1970). Культивирование уксуснокислых бактерий осуществляют на основе гетерогенно-непрерывного метода, что обеспечивает создание оптимальных условий как для их роста, так и для трансформации спирта в уксусную кислоту.