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Verfahren zur Herstellung von Hefe, insbesondere Lufthefe.
Bei einem früheren Verfahren zur Herstellung von Hefe hat man bereits die zur Verarbeitung gelangenden Materialien nicht auf einmal von vornherein verwendet, wie dies bis dahin allgemein der Fall war, sondern dieselben auch nach und nach während der Gärung entsprechend dem Ergebnis vorzunehmenden Untersuchungen in einer die Hefe nicht schädigenden Konzentration und Form in die Gärflüssigkeit verteilt.
Nach dem vorliegenden Verfahren beabsichtigt man, während der Gärung Konzentrationen einzuhalten, die von physiologischen Rücksichten bedingt sind, d. h. man sorgt dafür, dass die Konzentrationen keinen zufälligen Wert haben, sondern sich nach den Lebensbedingungen richten, die zu jeder Zeit während der Gärung als die günstigsten angesehen werden müssen.
Um die Art näher zu kennzeichnen, in der diese Konzentrationen angepasst werden, sei es, dass man danach strebt, während der ganzen Gärung eine ungefähr gleichmässig Konzentration einzuhalten, oder ob man bestrebt ist, die Konzentration fallen oder steigen zu lassen, ist es, wie nachstehend beschrieben, zweckmässig, Bedingungen anzuwenden, die sich auf Konzentrationen in einem sogenannten blinden Versuch beziehen ; auf diese Art kann man in einer leichten Weise ausdrücken, ob man zu einem gegebenen Zeitpunkt eine Würze von derselben oder höherer oder niedrigerer Konzentration zuletzt als die Konzentration der Würze, in der die Gärung während der vorhergehenden Periode vor sich ging.
Es erweist sich als zweckmässig, im Laufe von ein und derselben Gärung eine Änderung der Konzentrationen nach ähnlichen Prinzipien vorzunehmen, wie sie bei einzelnen, selbständigen Gärungen zur Herstellung von Mutterhefe, Vorgär, Stellhefe und Verkaufshefe zur Anwendung kommen.
Das zur Verfügung stehende Aussaatmaterial, entweder in Form von Presshefe oder Reinkultur, erfährt. wie bekannt, die Behandlung, dass eine Gärung unter Anwendung von Würze von einer gewissen hohen Konzentration, z. B. 10 Balling, unter geringer Lüftung oder ohne Lüftung durchgeführt wird. (Mutterhefestadium). Wenn die Mutterhefe fertig ist, wird der Inhalt des Bottich in Würze von niedrigerer Konzentration, 7 bis 8 Balling, ausgesät, und in dieser Würze wird die Gärung (Vorgärstadium) unter schwacher Lüftung ausgeführt. Die von dem Vorgär gewonnene Hefe wird in eine Würze von ungefähr der gleichen Konzentration wie die Maische ausgesät, und diese Würze wird nach und nach dünner, teils infolge des Stoffverbrauchs und teils, weil die Würze mit Waschwasser verdünnt wird.
Die Lüftung ist in dieser und in den folgenden Gärungen bedeutend stärker. Die dadurch erzeugte Hefe kann nach dem Zentrifugieren und dem Pressen entweder als direkte Stellhefe bei Gärungen der gleichen Type angewandt werden oder auch bei Gärungen, die in verdünnter Würze eingeleitet werden, wozu im Laufe der Gärung Würze von höherer Konzentration gegeben wird, während welcher Gärung man annähernd ungefähr die gleiche Konzentration der Nährstoffe der gärenden Würze einhält.'
In ähnlicher Weise, wie man sich die Hefe während dieser einzelnen abgesonderten
Gärungen unter gegenseitigen verschiedenartigen Bedingungen entwickeln lässt,
lässt man nach dem vorliegenden Verfahren die in der gleichen Gärung entwickelten verschiedenen Generationen
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sich unter verschiedenen Bedingungen entwickeln. Ein gewisser Teil der während der Gärung anwesenden Zellen wird die Lebensbedingungen benötigen, die von einer fallenden Konzentration bedingt sind, andere haben vorteilhafte Lebensbedingungen bei einer konstanten und andere bei einer steigenden Konzentration. Jede der erwähnten Typen oder Generationen wird dann während der Gärung Aussicht haben, optimalen Bedingungen zu begegnen, und nur vor- übergehend werden sie anderen ungünstigen Bedingungen begegnen. Sind sie daher eine kurze Zeit ins Stocken geraten, wird der Übergang zu den günstigen Bedingungen sie zu erneuter kräftiger Entwicklung bringen.
In dieser Verbindung soll daran erinnert werden, dass die wechselnden Lebensbedingungen während ein und derselben Gärung - wie es auch bei den vorstehend beschriebenen, einzelnen aber gesonderten Gärungen der Fall ist-der Hefe ermöglichen, unter den Bedingungen, unter Entfaltung der Enzymen und unter Erreichung der Eigenschaften zu leben, die von einer hohen Konzentration bedingt sind (Entfaltung der Zymase, aber geringe Vermehrung) von niedrigerer Würzekonzentration unter schwachen Lüftung (be- ginnende Entfaltung der Wirksamkeit der Oxydasen und etwas schwächere Zymasenwirkung), danach einer niedrigeren und nach und nach fallenden Würzekonzentration und endlich einer bedeutend niedrigeren Würzekonzentration, die man durch Zusatz von stärkerer Würze aufrechtzuerhalten sucht.
Während das Umstellen der Bedingungen (hohe Konzentration und schwache Lüftung), die die Alkoholbildung begünstigen (und teils in Übereinstimmung hiemit die Hefevermehrung zurückhalten) auf andere, nach welchen die Wirkung der Oxydasen auf Kosten der Zymasenwirkung kräftiger wird, alles unter zunehmender Lüftung, bisher in verschiedenen, gesonderten Gärungen durchgeführt ist, ist man nach dem vorliegenden Verfahren imstande, die Bedingungen im Laufe einer und derselben Gärung zu variiren.
Um das vorliegende Verfahren zur Herstellung von Lufthefe im Vergleich mit den bekannten Verfahren und im Gegensatz zu diesen zu betrachten und um das Prinzip der Erfindung zu kennzeichnen, so dass die an die richtige Anmeldung des Prinzipcs geknüpften Bedingungen formuliert werden können, ist es nötig, eine Systematik anzuwenden, die den Verlauf des Prozesses nach den bekannten und nach dem neuen Verfahren wiedergibt.
Wie oben angegeben, haben die Konzentrationen, die eine nach den bekannten Prinzipien gärende Lösung (Würze ; Maische, Melasselösungen od. dgl.) zu einem gegebenen Zeitpunkt besitzt, insofern einen zufälligen Wert, als die Konzentration nicht allein von der Vergärungsgeschwindigkeit bis zu dem betreffenden Zeitpunkt abhängt, sondern auch von der Leistung der Filtrieranlage abhängt und überhaupt in hohem Masse durch Rücksichten auf die Apparatur bestimmt wird.
Die Schwierigkeit, die mit dem Einordnen der in Hefefabriken allgemein benutzten Konzentrationen unter die Terminologie einer ralionellen Systematik aus oben angeführten Gründen verbunden ist, verschwindet oder wird eingeschränkt, wenn man eine neue Betrachtung von Konzentrationsänderungen und eine daraus folgende geänderte Bezeichnung für diese einführt. Die hier vorgeschlagene Bezeichnung ist die Bezeichnung für die Konzentrationsänderung in dem gärenden System unter der Voraussetzung, dass keine Gärung stattfindet, d. h. dass die oben genannte Gärungsgeschwindigkeit gegen Null konvergiert.
Mit anderen Worten-man denkt sich, dass man, indem man eine Gärung auf die gewöhnliche Weise nach dem allgemein bekannten Prinzip ausführt, gleichzeitig einen blinden Versuch anstellt, bei welchem keine Zusätze von Stellhefe angewendet werden. Die in diesem Versuch jeweilig sich vorfindenden Konzentrationen können im voraus berechnet werden, wenn man die angewendeten Massen und Raumgehalte kennt. Die Konzentrationen aus dem blinden Versuch werden im folgenden der Kürze halber die "blinden Konzentrationen", die Kurven, die den Verlauf dieser Konzentrationen bezeichnen, im folgenden die" blinden Kurven" genannt werden, und
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verläuft, kann als "blinder" Prozess bezeichnet werden.
Die nähere Untersuchung zeigt nun, dass die verschiedene Art, in welcher die Stoffzufuhr nach den bekannten und nach dem hier behandelten Verfahren vor sich geht, am deutlichsten hervorgeht aus der Verschiedenheit zwischen der oder den blinden Kurven der bekannten Verfahren und der oder den blinden Kurven des vorliegenden Verfahrens.
Auf der Zeichnung sind eine Anzahl blinder Kurven für verschiedene der besprochenen blinden Gärungsprozesse, sowie verschiedene Kurven für reelle Gärungsprozesse beispielsweise dargestellt.
Fig. 1-5 zeigen verschiedene Formen für die besprochenen blinden Konzentrationskurven, während die Fig. 6-8 teils blinde, teils die denselben entprechenden wirklichen Konzentrationskurven zeigen.
Betrachten wir die aus einem Lufthefeprozess stammende, in Fig. 6 dargestellte blinde Kurve AL für irgend einen aktiven Stoff, d. h. einen der Stoffe, die von der Hefe verbraucht werden, z. B. formoltitrierbarer Eiweiss-Stickstoff. In dieser Kurve geben die Ordinaten (c) die Konzentrationen und die Abszissen (t) die Zeit an. Die Gärung wird bei der Abszisse 0 ein-
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praktischen Verhältnisse es gestatten.
Das Kurvenelement ABgibt den Zusind wieder, während welchem die konzentrierte Lösung aus der Filtrieranlange dem Gärungsbottich zugeführt wird, B D gibt den Zustand wieder, wenn das Auswaschen der festen Teile eine abnehmende Konzentration mit sieh bringt. Das darauf folgende Stück D E bezeichnet konstante blinde Konzentration in dem Zeitraum, wo keine Lösung in das Gärungsgefäss fliesst. sondern der Rest der festen Teil 'der Maische mit der daran haftenden Lösung in der Filtrieranlage mit mehr Waschwasser vermischt wird. während welcher Zeit der Ablauf von der Filteranlage geschlossen ist.
Während B D dem Zustand entspricht, während welchem das erste Waschwasser läuft, ent- spricht E F, G Hund J K dem Zustand, während welchem das zweite, dritte bzw. vierte Waschwasser läuft, während D E, F G und H J dem Zustand konstanter blinder Konzentration in den Perioden vor dem zweiten, dritten und vierten Waschwasser entsprechen, wo der Abgang von der Filtrieranlage geschlossen ist. Schliesslich zeigt das Kurvenelement KL den Zustand, nachdem der Gärungsbottich sämtliche Lösungen empfangen hat.
Die Kurvenelemente AB, BD, EF, FG, GH. JK und KL bilden zusammen die blinde Kurve. 1L, und es ist verständlich, dass die wirklichen Konzentrationen in den Zusatz von Stellhefe erhaltenden Gärungsgefäss, welche als reelle Konzentrationen bezeichnet werden können, auf einer ganz anderen Kurve liegen. Diese ist mit der Kurve A JI (Fig. 6) beispielsweise angedeutet.
Indem die Stellhefe sofort zugesetzt wird, wenn die am meisten konzentrierte Lösung zu "laufen"anfängt, beginnt die Kurve für die reellen Konzentrationen in Punkt A. Ihr Verlauf ist durch die Vergärungsgeschwindigkeit und durch die blinde Kurve AL bedingt.
Die blinde Kurve AL in Fig. C enthält Kurvenelemente von zwei verschiedenen Typen, das Kurvenelement für konstante blinde Konzentration (AB, DE, FG, HJ und L) und das Kurvenelement für abnehmende blinde Konzentration (BD, EF, GH und JK). Diese beiden Typen für Kurvenelemente kennzeichnen die blinden Kurven für Gärungen nach bisher bekannten Gärungsmethoden. Eine von ihnen oder beide Typen können in den blinden Kurven für Gärungen nach dem neuen Prinzip sich mit einem dritten Typ vereinigen u. zw. dem Kurvenelement für steigende blinde Konzentrationen.
Um Gärungsprozesse sowohl nach dem behandelten Verfahren, wie nach dem bekannten zu kennzeichnen, ist es notwendig, die Systematik der Gärungsprozesse weiter zu entwickeln. Dies kann durch Aufstellen des Begriffes : Gärungsprozesse erster, zweiter und dritter Ordnung geschehen. Ein Gärungsprozess erster Ordnung bezüglich der Zufuhr eines bestimmten Stoffes ist als ein Gärungsprozess zu definieren, in dessen blinde Kurve für die Konzentration des betreffenden Stoffes sich ein Kurvenelement oder eventuell mehrere Kurvenelemente von nur einem Typ vorfinden, nämlich entweder das Kurvenelement für konstante blinde Konzentration oder das Kurvenelement für fallende blinde Konzentration oder das Kurvenelement für steigende blinde Konzentration. Kurven für Gärungsprozesse erster Ordnung sind in Fig. 1 angedeutet.
Ein Gärungsprozess zweiter Ordnung bezüglich Zufuhr eines bestimmten Stoffes ist als ein Gärungsprozess zu definieren, in dessen blinde Kurven für die Konzentration des betreffenden Stoffes zwei Arten von Kurvenelementen enthalten sind, jedes für sich ein oder mehrere Male nämlich entweder Kurvenelemente für konstante blinde Konzentration und für fallende blinde Konzentration (die Kurven a b d und e f g h i in Fig. 2) oder Kurvenelemente für konstante blinde Konzentration und für steigende blinde Konzentration (die Kurven j k 7 und) n il o ¯p q in Fig. 3) oder Kurvenelemente für fallende blinde und steigende blinde Konzentration (die Kurven r s u und v w x y z in Fig, 4).
Ein Gärungsprozess dritter Ordnung bezüglich der Zufuhr eines bestimmten Stoffes ist als ein Gärungsprozess zu definieren, in dessen blinde Kurve für die Konzentration des be-
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mehrere Male. Eine solche Kurve ist in Fig. 5 angedeutet.
Der Gärungsprozess ist als ein Gärungsprozess dritter Ordnung hinsichtlich der Zufuhr eines bestimmten Stoffes erschöpfend definiert, sofern jede der drei Typen für Kurvenelemente im Hinblick auf die Zufuhr des betreffenden Stoffes bloss einmal in der Kurve enthalten ist.
Sofern der Gärungsprozess, dessen blinde Kurven in Fig. 5 gezeigt ist, in Punkt N aufhörte, so wäre der Prozess zweiter Ordnung, während das Vorhandensein des Kurvenelementes N 0 ausreichend ist, um in Verbindung mit dem ersten Stück der Kurve bis zum Punkt N, den Gärungsprozess als einen Gärungsprozess dritter Ordnung hinsichtlich der Zufuhr des erwähnten Stoffes zu kennzeichnen, und er würde ein Prozess dritter Ordnung bleiben, selbst wenn der Prozess in Punkt 0 aufhörte.
Der Anschaulichkeit halber sind die Kurvenelemente mit geraden Linien gezeichnet. Indessen werden sie meistens krumm sein, ebenso wie die Knicke der Kurven mehr oder weniger
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ebene Übergänge sein werden, so dass es die Neigung der Kurventangenten ist, die die Frage entscheidet, ob eine Kurve von dem einen oder andern Typ ist.
Fig. 6,7, 8 und 9 sind aus dem Lufthefen-Verfahren entnommen. In Fig. 7-9 sind die blinden Kurven mit ununterbrochenen Linien gezeigt, die reellen Kurven sind punktiert gezeichnet.
Gemäss der Erfindung geht die Stoffzufuhr eines oder mehrerer oder aller der Stoffe, die während der Gärung periodisch oder kontinuierlich zugesetzt werden, bei dem hier behandelte Gärungsprozess derart vor sich, dass der Gärungsprozess während der gesamten Gärung oder während eines Teils derselben absolut oder annähernd verläuft :
1. entweder als ein solcher Gärungsprozess erster Ordnung derart, dass die blinde Kurve oder die blinden Kurven des Gärungsprozesses für einen oder mehrere oder alle die zuzusetzenden oder zugesetzten Stoffe nur Kurvenelemente enthalten, die konstanter blinder oder steigender blinder Konzentration entsprechen. oder
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Kurven des Gärungsprozesses für einen oder mehrere oder alle zuzusetzenden oder zugesetzten Stoffe ein oder mehrere Kurvenelemente enthalten, die steigender blinder Konzentration entsprechen, oder
3.
als ein Gärungsprozess dritter Ordnung,
Das Wesentliche bei den hier besprochenen Verfahren im Vergleich mit den bekannten Methoden ist mit andern Worten, dass während der Gärung mit längerem oder kürzerem Zwischenraum Lösungen höherer oder niederer oder gleicher Konzentration, einmal oder mehrmal abwechselnd, in beliebiger Reihenfolge zugeführt werden als die in der gärenden Lösung unter der Voraussetzung, dass keine Gärung stattgefunden hätte, berechenbare Konzentration.
Gärungsprozesse, wie die hier behandelten, können oft mit Vorteil auf eine solche Weise ausgeführt werden, dass man während des gesamten Gärungsprozesses oder während eines Teils desselben den infolge der Gärung enstandenen Stoffverbrauch von einem oder mehreren oder allen Stoffen etwas mehr ergänzt, mit andern Worten, dass man während eines kürzeren oder längeren Teils der Gärung ständig die Verringerung der Konzentration etwas mehr als ausgleicht, die hinsichtlich des einen oder mehrerer oder aller zugesetzten Stoffe in der gärenden Lösung eintritt.
Dies kann dadurch geschehen, dass man versucht, der gärenden Lösung kontinuierlich oder periodisch etwas mehr von dem oder den betreffenden Stoffen zuzuführen, wie während desselben Zeitraumes für Wachstum, Vermehrung und die übrige'Lebenstätigkeit der Hefe verbraucht wird,
Während des Gärungsverlaufes kann man dieselben oder ähnliche Stoffe, darunter auch Katalysatoren zusetzen, wie bei gewöhnlichen Gärungen, wie man überhaupt die Gärung mit Ausnützung der aus dem gewöhnlichen Gärungsgewerbe bekannten Erfahrungen leiten kann, ohne deswegen vom Prinzyp der Erfindung abweichen zu müssen, ebenso wie der Gärungsprozess mit oder ohne Bildung von Alkohol durchgeführt werden kann.
Die steigende blinde Kurve wirkt unter nötiger Berücksichtigung der Zusammensetzung der Maische oder Würze, der Temperaturen, des Lüftungsgrades, des Säuregrades usw.-wie ein Regulator, mit dessen Hilfe die Alkoholbildung mehr oder weniger vollständig zurückgedrängt werden kann.
Bei Ausführung des Verfahrens kann leicht so vorgegangen werden, dass die Zugabe derart erfolgt, dass nicht zu'viel Alkohol, das heisst nur in einer solchen Konzentration gebildet wird, die noch eine Verbrennung oder Assimilation im Laufe des letzten Teiles des Gärprozesses zulässt. Es kann z. B. die Zugabe von Würze gleicher oder niederer Konzentration mit solcher Geschwindigkeit und in solchen Mengen bewirkt werden, die noch eine Verbrennung oder Assimilation im Laufe des'Gärprozesses u. zw. insbesondere des letzten Teiles des Gärprozesses zulässt. Auch kann die Gärung wenigstens in der zweiten Hälfte des Gärprozesses unter so starker Lüftung durchgeführt werden, dass der Alkohol verbrannt bzw'assimiliert wird.
Schliesslich ist es mit besonderen Vorteilen verbunden, die zur Hauptgärung erforderliche Stellhefe nach dem für die Hauptgärung angegebenen Verfahren zu züchten.
Ferner kann es mit Vorteil verbunden sein, wenn''als Aussaat eine solche Mutterhefe verwendet wird, dass dieselbe bis zu 600/"des Einmaische-Materials beträgt.
Eine grosse Reihe von Versuchen, die angestellt wurden, um den Wert der auf den hier entwickelten Prinzipien berruhenden Verfahren systematisch zu bestimmen, haben ergeben, dass es möglich ist, bei Anwendung solcher Kombinationen von Gärungsprozessen, wie diejenigen, auf welche die vorliegende Erfindung hinzielt, eine wesentliche Erhöhung der Ausbeute von Hefe und Spiritus per Kilogramm eingemischten Materials zu erreichen, im Vergteich mit der Ausbeute bei den bekannten Verfahren.
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