В этой работе объясняется как в домашних условиях наладить производство масляной кислоты и спиртов брожение. Она поделена на 4 части.
1.Теория
2.Выращивание нужного штамма бактерий
3.Подготовка сырья и его сбраживание
4.Дальнейшая переработка браги в нужные продукты
1. Теория
В природе существует маслянокислое брожение вызываемое различными видами бактерий(как правило клостридии). Масляная кислота получается из конденсации двух молекул ацетил-Коа и накапливается в растворе. Масляная кислота имеет весьма неприятный запах напоминающий тухлые носки, гнилой картофель, туалет, сыр блевоту и тд(зависит от дегустатора). Некоторые виды клостридий при накоплении масляной кислоты изменяют свой метаболизм и получаются нейтральные продукты такие как ацетон ,бутанол, ИПС(зависит от штамма). Они встречаются в земле, но лучший их источник кожура картофеля
Некоторые штамы клостридий могут производить только масляную кислоту(у них отсутствуют бутиральдегид дегидрогеназа и бутанолдегидрогеназа). Их общее название Clostridium butyricum. Штаммы же способные производить бутанол имеют общее название Clostridium acetobutylicum
При получении масляной кислоты надо нейтрализовывать ее например мелом. Кислая среда токсична для клостридий. В этом случае равновесие будет смещаться в сторону кислых продутктов(получаются в виде солей). При производстве бутанола при его накоплении в браге выше 10-15 грамм литр клостридии прекращают жизнедеятельность и образуют споры.
Клостридий относятся к облигантным анаэробам. Способны к образованию спор, которые чрезвычайно химически устойчивы. На это свойстве и основано их выделение. В отличии от дрожжей они способны расти без доступа кислорода. Их куда проще разводить и не надо покупать новые для приготовления новой браги
2. Выделение нужного штамма
Как источник спор бактерий лучше всего использовать кожуру картофеля. Не каждый картофель пойдет. Возможно придется перепробовать на один. Как среда для выращивания можно использовать овсяную кашу. Методика такая
Варится овсяная каша или точнее кисель с расчетом 60-70 грамм углеводов на литр жидкости в кашу добавляется грамма 2 на литр побелки(смесь карбонатов кальция и магния для лучшего роста)
Далее берется кожура картофеля или его ломтики(кому лень чистить) и заливается водой из чайника температурой градусов 90 и держится так в течении 5-10 минут. Для первого раза лучше много не брать субстрата(в случае неудачи будет обидно). После обработки картофеля водой заливаем эту смесь в наш остуженный субстрат находящийся уже в бродильной емкости(например 2 литровая ПЭТ бутылка со шлангом вставленным в крышку, которая идет в гидрозатвор или простую банку с водой). Чтобы защитить наших клостридий от воздуха есть 2 варианта. Либо залить вазелиновым или подсолнечным маслом(пастеризованым) либо вытеснить из бутылки воздух газом бутаном для зажигалок и тут же закрыть ее и присоединить гидрозатвор. Рекомендую второй вариант так как масляные следы потом будут везде при использовании готового биоматериала.
И так после всех приготовлений через несколько суток должно начаться брожение и наше сырье может всплыть наверх Это нормально. Теперь остается только ждать(от недели до месяца). По мере брожения запах меняется с неприятного гнилостного на запах клея а потом на такой фруктовый(банан, ананас и тд). Если запах начал меняться на клеевой то поздравляю мы выделили нужный штамм для производства масляной кислоты и бутанола.
По идее крахмальное сырье можно уже заражать нужное крахмальное сырье для получения искомых веществ, но я рекомендую подождать до конца брожения и брать жидкость со дна бродильной емкости с остатками круп. Там самая высокая концентрация спор и 10-20 мл достаточно чтобы часов через 10-20 вызвать брожение 30 литров браги. Дальнейший забор культуры можно брать со дна готовых браг или их фильтрата которые идут в дальнейшую переработку.
3. Подготовка сырья и его сбраживание
Подготовка браги к брожению похожа на предыдущую стадию но отличается немного
Это сделано чтобы удешевить и упростить приготовление большого количества сбраживаемого продукта.
Для начала нам надо определится что нам надо. Масляная кислота или бутанол с ацетоном. Условия для их получения разные. Для масляной кислоты мы должны добавить в брагу около 500-700 грамм побелки(техническая смесь гидроксидов карбонатов магния кальция) на килограмм углеводов. Допустимая концентрация углеводов может быть вероятно повышена уж до 100 грамм на литр. Брожение на масляную кислоту идет без ингибирования полно и до конца. Для брожения на масляную кислоту можно так же использовать штаммы что не дали клеевой и эфирный запах(имейте ввиду некоторые штаммы производят кроме масляной кислоты очень вонючие продукты. Вероятно индол и скатол )
Если мы хотим производить бутанол и ацетон(некоторые штаммы производят только бутанол некоторые ИПС вместо ацетона) то побелки надо буквально грамма 2 на литр. Бактериям нужны магний железо и кальций которые в технической побелке присутствуют. Углеводов надо не большее 60 грамм на литр из за того что образующийся бутанол очень сильно ингибирует брожение. Даже при такой загрузке под конец брожение идет весьма медленно.
В качестве углеводного сырья можно использовать сахар. Используя его стоит опасаться молочнокислого брожения, так как не только клостридии способны его сбраживать. Молочная кислота ядовита для клостридий.
Можно использовать крахмальное сырье так же черный и белый хлеб, различные крупы, крахмал, перетертый картофель. Перед использованием крахмальное сырье надо залить кипятком и подержать по крайне мере минут 40 для набухания и уничтожения микроорганизмов. С мукой макаронами и вареными батонами брожение идет очень быстро. Медленее с крупами типо гречки риса. Зерна медленно разрушаются на дне бродильной емкости превращяясь с такую массу и редко высплывают наверх. Гороховая крупа и цельное зерно бродит уже очень плохо
Картофель порезаный кусочками и во все судя по всему не сбраживается. Вероятно из его надо пюре делать. Чем крупнее крупа и крахмальное сырье тем больше с ними надо возиться
Кашу из крахмального сырья необходимо залить в бродильный бак и разбавить до необходимой концентрации горячей кипяченой водой или в крайнем случае водой из под крана горячей. Далее внести побелку сколько надо перемешать, внести источник штамма, перемешать, запустить в бродильную емкость бутан и закрыть ее присоединив к гидрозатвору.
При брожениеии есть несколько стадий. Сначала комок из круп муки и тд всплывает со дна бродильной емкости от огромного количества выделяющихся газов в виде такой склизкой массы. Затем спустя время там появляются такие прожилки как будто их пожирают и потом они растворяются вовсе образуя мутный раствор
Сначала брага воняет как положено смесью блевоты и гнили с сыром но потом запах браги сменяется сначала на запах клея(если не добавлен избыток побелки) затем ананасов. Сначала образуется масляная кислота, потом бутанол, потому он реагирует с остатками масляной кислоты образуя эфиры с фруктовым запахом.
Вот готовая методика
2 кг старых слегка заплесевелых батонов были залиты 10 литрами кипятка и оставлены на 2 часа до превращения в кашу. Далее эта маса была загружена вместе с 700 гр побелки и долита горячей водой из под крана (60 градусов) до 20 литров. В полеченую бадягу заливалась склизкая масса из остатков круп со дна другой бродильной емкости где был получен бутанол(около 100 мл образца с культурой). Далее все это дело перемешивалось, в бродильную емкость запускался бутан для горелок емкость закрывалась крышкой и газоотводной шлаг соединялся к гидрозатвору. Брожение началось через 12 часов. Каша из того что стало с батонами от выделения газов всплыла на верх. Обычно эта каша растворяется под конец брожения
В теории должна получится масляная кислота так как был добавлен карбонат кальция. Подобным образом можно сбраживать любые пищевые отходы
После того как брага отбродила удачно фильтруем ее через мешок тканевый или полипропиленовый. Осадок с бродильного чана и то что осталось на фильтре прячем в банку в темное лечше холодное место. Это биоматериал. Наши бактерии которые можно потом ииспользовать. Хранятся год спокойно как пишут
Если вы используйте такое сырье как сахар то вам вероятно потребуется добавлять в бруг истоник азота как мочевина
И так когда прекратили газы выделятся, крахмальные сырье(если используется) полностью растворилось и появился эфирный запах(в случае бутанола. Хотя он под конец маслянокислого брожения тоже бывает) то брожение считается законченым. Далее начинается этап по выделению продуктов из браги
4.Дальнейшая переработка браги в нужные продукты
Итак. После брожения браги мы имеем раствор бутирата кальция или смеси ацетона и бутанола в воде со всякой взвесью. Сперва брагу надо отфильтровать и слить с шлама на дне бродильной емкости. Фильтровать можно через простыни или мешок из сшитого полипропилена. В некоторых случаях брага по консистенции похожа на сопли вероятно из за гранулезы или остатки клейковины с муки(точно не ясно). С таким материалом очень неудобно работать. После фильтрования шлам оставляем он содержит наши споры бактерий
Жидкость что мы отфильтровали надо выморозить. В такой концентрации нет особого смысла возиться с дальнейшей переработкой браг. Это будет очень энергозатратно
Техника вымораживания одинаковая для бутанольных и ацетоновых браг.
Берем 5-9 литровую пэт бутылку наливаем туда жидкость нашу и ставим в морозику. Жидкость считается заморожений когда лед схватился. Далее долбим лед чтобы получить типо суспензии кристалов. Наклоняем бутылку вниз горлом, дырявим дно иили если жалко просовываем стальной прут в горлышко бутылки ждем пока жижа сольется в ведро например. Всю конструкцию можно утеплить шубой если в тепло в помещении. Так как на морозе органика не особо воняет можно не боятся вони. И запомните чем больше емкость и медленее охлаждение(меньше разница т) тем больше кристаллы льда и легче цедить. в 50 литровом бидоне лед кристализуется квадратиками или прямоугольниками 1 см. Чем крупнее ледяные кристаллы тем проще лед с них слить. Однако необходимо всегда дробить ледяную кашу для разрушения ледяных агрегатов задерживающих жидкость
В случае крупных емокстей можно сделать приспособление для слива
Не надо сильно увлекатся вымораживанием. Эвтетика бутанола содержит около 7%, а бутарата кальция может процентов 20. Вымораживания в 5-8 раз достаточно.
И так после выморозки имеем жидкость с достаточной концентрацией для дальнейшей работы
В случаем маслянокислой браги достаточно ее выпарить(Осторожно! Вонь! Особенно сильный запах будет если в браге содержатся вещества типа скатола), выделить соль и потом добавить с ней кислоты неорганической и отделять перегонкой. Растворимость бутирата кальция около 300 гр на литр. Масляная кислота всегда содержит после брожения примеси уксусной кислоты, которую надо отделять
В случае ацетоново бутанольной браги нужна фракционная перегонка. В самогонном аппарате. Сначала при 50-80 перегоняется смесь ацетона и воды потом этанол или ИПС(зависит от штамма) при 80-92 а затем азеотроп бутанола содержащий его около 20%(будет расслаиваться можно высолить). Некоторые штымы производят только бутанол. Надо смотреть
После этого отдельные фракции можно очистить дальше
Как итог можно сказать что наладить производство масляной кислоты ацетона и бутанола в домашних условиях даже очень просто. Для данного исследования были задействованы несколько сотен литров браг.
