Ácido Acético Fermentaciones Industriales por Hector Massaguer

La producción de ácido acético a partir de líquidos alcohólicos es conocida desde hace tanto como la producción de las bebidas alcohólicas. El vinagre es un producto muy viejo, y aunque por el nombre podríamos pensar que es solo un subproducto de la industria del vino, es más que eso. De hecho para hacer un vinagre de mesa no podremos partir de un vino malo. Es un subproducto de la industria del vino tan solo cuando el acético está destinado para ser de uso industrial. La producción anual es de entre 2 y 3 millones de toneladas, que van a parar a la industria alimentaria y a la industria química, donde se usa para la fabricación de plásticos.

Producción de ácido acético
La producción de ácido acético no es más que la oxidación incompleta del alcohol hasta ácido acético, de manera que no es una fermentación en el sentido microbiológico del término porque el poder reductor se transfiere al oxígeno y el producto está más oxidado que el sustrato. Es llevada a cabo por bacterias del ácido acético. Existen de dos tipos:

Infraoxidans: Gluconobacter, tiene el TCA alterado y no va más allá del Ac.
Supraoxidans: Acetobacter, va lento, pero hace el proceso entero Azúcar → alcohol → acético → CO2

Podría parecer que Gluconobacter es el ideal para producir el ácido acético, pero en realidad no es así, porque produce cetonas y otros productos que dificultan la purificación del producto final. Se usa Acetobacter, pero vigilando que no se agote el alcohol, porque en ese caso empezaría a degradar el acético. Se ha de considerar además que la ley prohíbe que el vinagre tenga más de 0,5º de alcohol.

Todos los métodos requieren un sustrato inicial con una concentración de etanol baja, que no sea superior al 5 – 6%, porque al principio es sensible al alcohol, y una cierta cantidad de azúcares, porque al principio de la fermentación se usan azúcares. Las materias de partida serán vino, suero de la leche, malta o sidra, que no requerirán ningún componente adicional para ser una solución completa de nutrientes. En cambio si usamos licores de patata o grano será necesario añadir nutrientes en muchos casos para poder obtener el crecimiento y la producción de acético. En la fermentación sumergida la concentración ha de ser 5 veces superior debido a la mayor biomasa que extraes del biorreactor con el vinagre.

Existen procesos de producción en superficie y sumergidos.

1. Procesos en superficie. Pese al éxito de los procesos sumergidos, los procesos en superficie se utilizan aún hoy en día de manera amplia en la producción de vinagre y vinagres de lujo.

Existen dos métodos básicos de producción en superficie:

a. Método de Orleáns o método lento. Acetobacter es muy aerobia, si pasan más de 2 minutos sin oxígeno mueren. En este método, y al principio en todos, se usa Acetobacter xulium, porque produce celulosa que le permite flotar, a diferencia que la mayoría de las bacterias que se hunden. No obstante, después del crecimiento, la masa de bacterias pesa demasiado y se hunde.

En este método, la madre del vinagre, la masa de crecimiento, flota en la superficie de una bota, en contacto con el vino y con el aire.

b. Generador de goteo o método alemán. Es un método tradicional también. En este caso el biorreactor de madera tiene un volumen total de 60 metros cúbicos y está lleno de cenizas de haya. El material de partida, el alcohol y el vinagre, se deja sobre la superficie y desciende goteando a través de las cenizas hasta el contenedor situado en la base, donde se enfría y se vuelve a verter en la parte superior.

Del alcohol que se añade, cerca del 90% se convierte en acético durante el proceso. El resto se gasta por el metabolismo primario o escapa en forma de gases de salida. La temperatura del sistema es de 29º C en la parte superior y de 35º C en la inferior. El tiempo necesario para la producción de acético del 12% por este sistema es de unos 3 días.

2. Procesos sumergidos. Los vinos de frutas, diferentes a la viña, claro, y mezclas especiales con bajo contenido alcohólico total fueron usadas por primera vez en cultivos sumergidos. Los fermentadores usados para la producción de acético son similares a otros biorreactores. Los tanques están hechos de acero inoxidable y están agitados desde el fondo. La aireación es crítica, de manera que ha de estar muy regulada para que el rendimiento sea elevado. Los aparatos de aireación consisten en un rotor de succión que introduce aire desde la parte superior del fermentador a través de una tubería.

Normalmente es necesario instalar también un intercambiador de calor para regular la temperatura y un eliminador de espuma.

El vinagre de vinagre de boca (13% Ac.) se produce de forma discontinua en un proceso totalmente automatizado, en condiciones de aireación y de agitación continuas. Se trabaja a partir de un sustrato que contenga de 7 a 10 g acético / 100 ml y con un 10 – 15% de etanol.

Se han descrito procesos totalmente continuos con rendimientos entre el 98% a 40º C.

Con la producción en cultivo sumergido, la velocidad de producción por metro cúbico es 10 veces superior que en fermentaciones en superficie y aproximadamente 5 veces superior que con el generador de goteo. Sus ventajas son:

• Menor inversión por cantidad producida
• La instalación solo requiere el 20% de la planta.
• La capacidad de conversión de otros sustratos en bajo tiempo.
• Bajo coste en personal debido a la producción automatizada.

La recuperación está facilitada por el hecho de que el ácido acético cristaliza a temperaturas inferiores a 15º C, de manera que es fácil de concentrar. El producto de cristalización directa aún puede ser llamado vinagre, ya que no está purificado. Para tener acético es necesario purificarlo más. Las bacterias se eliminan por filtración. Una vez obtenido el filtrado, si se desea, se puede decolorar mediante el uso de K4[Fe(CN)6].

Para que sea vinagre, es necesario que tenga residuos, ya que no es legal que una solución de acético en agua sea llamada vinagre. El producto cristalizado se usa para eliminar los residuos más grandes, momento en que se calienta para que se licue de nuevo, pero no se eliminan más residuos.