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Verfahren zur Förderung von Gärungen.
Es ist bekannt, alkoholische Gärungen durch verschiedene Stimulantien und besonders Hefenährstoffe zu fördern, einerseits um die Gärzeit abzukürzen, anderseits um eine bessere und reichlicher Entwicklung der Hefe neben einer Aufbesserung ihrer Qualität hervorzurufen. Gleichzeitig wird dadurch die störende Entwicklung anderer Kleinorganismen in den Maischen hintangehalten, daher eine reinere Alkoholgärung erzielt und es wird auch die vorhandene Apparatur besser ausgenützt.
Als solche Stimulantien und Hefenährmittel sind heute hauptsächlich organische Stickstoffund Phosphorsalze in Verwendung. Ihre Verwendung kann aber nur in einem bestimmten Verhältnis zum verwendeten Rohstoff eintreten, da vergrösserte Gaben keine Wirkung mehr erzielen. Ihrer Anwendung sind also Grenzen gesetzt. Zweck der Erfindung ist nun nicht, diese ändern gärfördernden Mittel zu ersetzen, sondern unabhängig von ihnen und darüber hinausgärfördernde Wirkung zu erzielen.
Es ist bekannt, dass der Hefe der anorganische Stickstoff allein nicht zur Entwicklung genügt, sondern dass bestimmte organisehe Stickstoffverbindungen deren Entwicklung noch besonders fördern, selbst wenn das Rohmaterial der Maischen schon Eiweiss enthält. Dies ist dadurch zu erklären, dass die Hefe a. us diesen organischen Stiekstoffverbindungen fehlende Eiweissbausteine aufnimmt.
Es ist auch versucht worden, der Hefe insbesondere bei ihrer Herstellung aus Melasse und Chemikalien solche organische Stickstoffverbindungen in Form von Malz, Malzextrakten u. a. zuzuführen, wobei es sich jedoch zeigte, dass diese Stoffe verhältnismässig geringe Wirkungen ausüben respektive in verhältnismässig grossen Mengen verwendet werden müssen, ja oft nur Nährboden an sich sind.
Es ist ferner versucht worden, besonders eiweissreiche Früchte, also vor allem Ölfrüehte und deren Rückstände aus der Ölgewinnung als Förderer der alkoholischen Gärung heranzuziehen, so besonders entöltes Baumwollsaatmehl und entöltes Sojamehl respektive-sehrot. Eine Gärförderung wurde zwar erzielt, aber diese war nicht befriedigend und zudem mussten diese Hefenährmittel zumeist noch durch Säuren, ja sogar unter Druckanwendung vorbearbeitet werden.
Auch die Versuche, derartige eiweissreiche Früchte u. a. auch Hülsenfrüchte in rohem, nur gemahlenem Zustande zur Gärförderung zu verwenden, scheiterten, da die anfängliche Gärbeschleunigung in weiterem Verlaufe sogar einer Gärverzögenmg wich und die Alkoholausbeute-wahrscheinlich durch eine Art Vergiftung der Hefe stark gedrückt wurde.
Die Ursache dieser Misserfolge war einerseits, dass bestimmte Glukoside, die alle rohen, eiweiss- reichen Früchte enthalten, sich schädlich auswirken, anderseits dass bei der Entfernung dieser Glukoside das Eiweiss der Früchte strukturell so beschädigt wurde, dass eine gärfördernde Wirkung nur in kleinem Umfang und auch nur anfangs eintrat.
Auf dieser Kenntnis beruht vorliegende Erfindung. Entbittert man die Sojabohne auf schonende Weise, z. B. durch die bekannte kurzdauernde Dampfbehandlung, so dass die Bohne nur sehr wenig Wasser aufnimmt und nichts entfernt wird als die Bitterstoffe, so erhält man nach Mahlung ein vollfettes Sojamehl. Dieses Mehl hat sich nun, wie der unten angeführte Versuch zeigt, als besonders guter Gärförderer erwiesen. Das Sojamehl kann aber auch auf andere Weise, als oben beschrieben, gewonnen werden, wobei aber Bedingung ist, dass die natürlichen Bestandteile im wesentlichen und vor allem in ihrer Struktur erhalten bleiben und die Bitterstoffe entfernt respektive unschädlich gemacht sind.
Die weiter unten angeführten Versuche bestätigen die Richtigkeit der theoretischen Folgerungen.
Es ergab sieh gegen jede Voraussetzung, dass die gärfördernde Wirkung bei dem ölhaltigen Sojamehl weitaus grösser war, als bei entfettetem Sojamehl. Obwohl ein theoretischer Grund nicht ersichtlich ist, aus dem die bessere Wirkung bei Anwesenheit des Öles, das ja mit der Gärung nichts zu tun hat, erklärt werden könnte, zeigt sich die nachteilige Wirkung der Entölung vor allem darin, dass der Gärprozess, wenn er auch anfangs schnell verläuft und sogar beschleunigt wird, später eine starke Hemmung erfährt, so dass der Traubenzucker überhaupt nicht vollständig vergoren wird, bzw. der Gärprozess einen vollständig unnormalen Verlauf mit geringeren Ausbeuten an den gewünschten Endprodukten nimmt.
Es erwies sich nun, dass die beobachtete gärfördernde Wirkung des entbitterten, aber ölhaltigen Sojamehles weitgehend unabhängig von der Gegenwart anderer Stoffe, insbesondere auch gärfördemder Stoffe ist. Man kann entweder die Gärung dadurch fördern, dass man geringe Mengen von ölhaltigem Sojamehl der Maische zusetzt und ausschliesslich dadurch eine erhebliche Förderung der Gärung bewirkt, oder aber dadurch, dass man die üblichen gärfördernden Zusätze verwendet und die Gärung noch weiter fördert durch den Zusatz einer geringen Menge entbitterten ölhaltigen Sojamehles. Durch den Zusatz einer geringen Menge z.
B. etwa 1% Sojamehl der genannten Beschaffenheit gelingt es, die Förderung
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der Gärung durch anorganische Salze und andere Zusätze, der-wie oben dargelegt-eine natürliche Grenze gesetzt ist, über diese Grenze hinaus weiter zu steigern.
Abgesehen von der unerwarteten erheblichen Förderung der Gärung auch in solchen Fällen, in denen bereits gärfördernde Zusätze benutzt werden, hat das neue Verfahren noch folgenden Vorteil :
Es ist einerseits die geringe notwendige Menge und die Einfachheit der Herstellung des Produktes (daher auch Billigkeit), während alle andern Sojaprodukte (siehe auch Versuch mit entöltem Mehl) trotz geringerer Wirkung eine wesentlich ausgedehntere Vorbehandlung (Entölung, Säurebehand- lung usw. ) bedürfen. Die Wirkung ist eine derartige, dass grössere Mengen als ein gewisses Optimum sie nicht wesentlich zu vermehren vermögen, da die notwendigen Eiweissbausteine in solchem Sojamehl verhältnismässig reichlich vorhanden sind. Das Optimum liegt z. B. bei Traubenzuckerlösungen bei Zugabe in Höhe von etwa 1% des vergärbaren Zuckers.
Angesichts der Tatsache, dass Versuche mit weitaus komplizierter zubereiteten Sojabohnen zu keinem befriedigenden Erfolg führten, muss diese Art der Gärförderung gerade durch ein so einfach vorbehandeltes Sojamehl als neu und unerwartet bezeichnet werden.
Selbstverständlich ist es auch bekannt, Sojabohnen an sich zu vergären, obzwar diese Gärungen hauptsächlich Milehsäuregärungen sind. Der bei Zugabe von entbittertem Sojamehl zu Maischen erreichte Effekt ist aber viel grösser als er der Vergärung des Sojamehles selbst (das nur höchstens 15% vergärbare und 12% unvergärbare Kohlehydrate enthält) entspräche, so dass die Wirkung der Kohlehydrate des Sojamehles selbst bei dem neuen Verfahren gar keine Rolle spielt.
Der Einfluss des erfindungsgemässen Zusatzes soll an Hand folgender Vergleichsversuche dargelegt werden :
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und mit 5 Hefe versetzt. Ausserdem wurden folgende Zutaten verwendet :
Versuch I : keine weiteren Zutaten.
Versuch II : 1 g primäres Ammonphosphat und 1 g primäres Natriumphosphat.
Versuch III : 0. 5 g Edel-Soja (vollfettes. bitterstoffreies Sojamehl).
Versuch IV : 0#25 g Edel-Soja (wie bei III).
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Bestimmung der Gewichtsabnahme ermittelt. Die Kohlensäureentwicklung in g verhielt si@h wie folgt : entwickelte Kohlensäuremenge in g nach Stunden
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<tb>
<tb> entwickelte <SEP> Kohlensäuremenge <SEP> in <SEP> Gramm <SEP> nach <SEP> Stunden
<tb> Versuch
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 24
<tb> I. <SEP> 0-59 <SEP> 1-20 <SEP> 1-74 <SEP> 3-38 <SEP> 8-14
<tb> II. <SEP> 0-82 <SEP> 1-74 <SEP> 2-53 <SEP> 5-13 <SEP> 8. <SEP> 74
<tb> III. <SEP> 0#91 <SEP> 1#96 <SEP> 2#32 <SEP> 4#21 <SEP> 8#25
<tb> IV. <SEP> 0-86 <SEP> 1-62 <SEP> 2. <SEP> 22 <SEP> 4-05 <SEP> 8-20
<tb> V. <SEP> 1#22 <SEP> 2#41 <SEP> 3#34 <SEP> 6#10 <SEP> 8#65
<tb> VI.
<SEP> 0.62 <SEP> 1#46 <SEP> 2#07 <SEP> 3#74 <SEP> 6#77
<tb>
Es hatten also die mit vollfettem Sojamehl versetzten Lösungen eine wesentliche Gärbes hleunigung aufgewiesen. Diese Beschleunigung behielten sie auch bei. als Sojamehl no@h zusätzlich zu Lösungen mit anorganischen Salzen hinzugefügt wurde (Versu@h V). Die Grösse der Beschleunigung
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retisch berechnen.
Sie betrug bei
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<tb>
<tb> Versuch <SEP> I <SEP> ............... <SEP> 15 <SEP> Stunden
<tb> Versuch <SEP> II <SEP> .............. <SEP> 14 <SEP> Stunden
<tb> Versuch <SEP> III <SEP> ............. <SEP> 12 <SEP> Stunden
<tb> Versuch <SEP> IV <SEP> .............. <SEP> 12#5 <SEP> Stunden
<tb> Versuch <SEP> V <SEP> ............... <SEP> 8#5 <SEP> Stunden.
<tb>
Bei Versuch VI war zuerst eine schwache Gärbeschleunigung eingetreten, dann aber eine Gärhemmung.
Denn die Entwicklung von Kohlensäure betrug bezogen auf die theoretische Ausbeute bei
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<tb>
<tb> Versuch <SEP> ................. <SEP> 83%
<tb> VersuchII................ <SEP> 89%
<tb> Versuch <SEP> III <SEP> 84%
<tb> Versuch <SEP> IV................ <SEP> 84%
<tb> VersuchV................. <SEP> 88%
<tb> Versuch <SEP> VI <SEP> nur.......... <SEP> 69%.
<tb>
Dadurch ist erwiesen, dass durch die in ihrer Struktur gegenüber dem Naturprodukt wesentlich ver- änderten Bestandteile ein günstiger Effekt nicht erzielt werden kann.
Die aus den Versuchen I bis VI bestimmten Alkoholmenge entsprachen genau der festgestellten
Erzeugung von Kohlensäure.
Weitere Versuche haben gezeigt, dass zur vorteilhaften technischen Durchführung derartiger
Verfahren die Anwendung von Sojabohnen nicht erforderlich ist, sondern dass es genügt, die wasserlöslichen Bestandteile der entbitterten, sonst aber alle Bestandteile enthaltenden Sojabohnen den
Maischen oder Würzen zuzusetzen, um deutliche gärfördernde Wirkungen zu erzielen. Diese äussern sich einerseits in Gärbeschleunigungen, anderseits aber in höheren Ausbeuten an Alkohol. Bei der
Hefefabrikation insbesondere werden höhere Ausbeuten an Hefe und Alkohol erreicht. Es können hiebei entweder Extrakte aus entbitterten zerkleinerten Sojabohnen, aber auch Extrakte aus entbitterten geschälten ganzen Sojabohnen Verwendung finden.
In entbitterten Sojabohnen ist ein grosser Teil des Eiweises, auf welches es bei der Gärförderung besonders ankommt, wasserlöslich, nämlich zirka 42%. Dies lässt sich durch Extraktion der zu Mehl vermahlenen entbitterten, vollfetten Sojabohnen mit Wasser von 60-70 C durch eine Stunde bestimmen. Es hat sieh aber gezeigt, dass es, um deutliche Effekte zu erzielen, nicht notwendig ist, so grosse Mengen Eiweiss aus der entbitterten, vollfetten Bohne zu entfernen. Es genügt daher die entbitterte, vollfette, zwar geschälte, aber nicht vermahlene Bohne einer Extraktion mit Wasser, zweckmässig von einer Temperatur von etwa 60-700 C zu unterwerfen, wobei bei einer Extraktionsdauer von acht Stunden nur 5% des Eiweisses in das Wasser übergehen.
Ob man zerkleinerte oder nicht zerkleinerte entbitterte, vollfette Bohnen als Ausgangsmaterial benützt, hängt vor allem davon ab, wieviel Restprodukt man erhalten will und ob man mit blanken Würzen oder mit Maischen arbeitet, welch letztere man eventuell mit Nährstoffen zu Futterzwecken anzureichern wünscht. Genügend ist jedenfalls schon eine Extraktion unzerkleinerter, vollfetter, aber entbitterter Bohnen, trotzdem die extrahierten Eiweissmengen verhältnismässig sehr gering sind. Man erzielt damit bereits eine sehr starke technische Verbesserung der Gärung, ganz im Gegensatz zu allen Verfahren, die die Hydrolysierung der Eiweissstoffe durch Säuren vorschreiben und die alle in der Sojabohne oder deren Rückständen aus der Ölfabrikation enthaltenden Eiweissstoffe dem Gärmaterial zuzuführen gezwungen sind.
Man kann die Extraktion mit Wasser auch durch ganz schwache Ansäuerung des Wassers (2'Säure) fördern. Notwendig ist dies jedoch nicht und man erhält dadurch auch keine grösseren Eiweissmengen im Extraktionswasser. Der einzige Vorteil ist die Tatsache, dass 5% des extrahierten Stickstoffs formoltitrierbar sind, während bei Extraktion ohne schwache Ansäuerung des Extraktionwassers formoltitrierbarer Stickstoff nicht nachzuweisen war.
An Stelle von reinem Wasser können auch wässrige Lösungen verwendet werden, die imstande sind, genügend Eiweiss zu extrahieren. Die technische Überlegenheit des Verfahrens zeigen die folgenden Vergleichsversuche :
100 kg Melasse wurden unter üblicher Zugabe anorganischer Salze auf Hefe und Spiritus unter Belüftung verarbeitet. Es werden 29. 1 leg Hefe (mit 27% Trockensubstanz) und 20. 2 l Sprit erhalten.
Es wurden nun 10 log entbitterte, geschälte, vollfette Sojabohnen mit 100 l Wasser von 650 C 8 Stunden lang extrahiert. Dieser Extrakt wurde zur Würze von 100 leg Melasse nach Abkühlung auf Gärtem- peratur und unter Fortlassung der gleichen Menge Wasser hinzugefügt, sonst aber unter den gleichen Bedingungen wie oben gearbeitet. Man erzielte 30-3 Hefe (von gleicher Trockensubstanz) und 26. 9 l Sprit, also eine wesentliche Steigerung der Hefe, vornehmlich aber Spritausbeute.
Nunmehr wurden in gleicher Weise wie oben wieder 10 leg geschälte, entbitterte vollfette Sojabohnen mit Wasser extrahiert, das mit Milchsäure auf 20 Säure angesäuert war.
Auch dieser Extrakt wurde wie vorher 100 kg Melasse hinzugefügt, wobei jedoch die Belüftung etwas gesteigert wurde. Es zeigte sich eine Hefeernte von 33-3 3 leg Hefe und 25. 9 l Sprit, also wiederum eine bedeutende Steigerung der Hefe-und Spritausbeute. Triebkraft und Haltbarkeit der Hefe waren in allen Fällen normal.
Das neue Verfahren hat auch den Vorteil, dass man den mit Wasser extrahierten Rest (es gehen bei Extraktion der Bohnen je nach der Extraktionsdauer nur 10-20% der Trockensubstanz in das Extraktionswasser über) noch anderweitig, z. B. als Nahrungsmittel, als Futtermittel oder in der Ölindustrie verwerten kann.
Wichtig ist, dass man den Sojabohnen vor der Wasserextraktion das Fett nicht entziehen darf, ein vorläufig unerklärbarer Umstand, da das Fett in den Extrakt nicht übergeht und somit an der
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wesentlichen Bestandteile nicht beraubt sein, müssen aber bitterstofffrei sein, was durch Entfernung oder Zerstörung der Bitterstoffe bewirkt wird. Die Schalen der Sojabohnen sind nicht als wesentlicher
Bestandteil in diesem Sinne aufzufassen.
Es hat sich aber auch gezeigt, dass der wässrige Extrakt aus vollfetten, entbitterten Sojabohnen lediglich ein Ergänzungsstoff der andern zur Gärung benutzten Stoffe ist. Denn wenn man die Mehr- ausbeuten mit Hilfe dieses Extraktes den Mehrausbeuten im Sinne oben angeführte Versuche von nur 10 kg Melasse gleichsetzt (tatsächlich waren sie wesentlich höher), so hätten diese 10 kg Melasse zirka 0. 9 kg Eiweiss und 5 kg Zucker enthalten. Im Extrakt waren aber den Würzen bloss 0-2 kg Eiweiss und 1 kg vergärbarer Zucker (wie durch Versuche festgestellt wurde) zugeführt worden. Selbst bei vollster Ausnützung der Extraktstoffe hätte somit die Erhöhung der Ausbeuten eine viel geringere sein müssen.
Der Extrakt hatte daher bewirkt, dass die in der Melasse vorhandenen Nährstoffe an Eiweiss und Zucker von der Hefe wesentlich besser ausgenützt wurden als ohne Zugabe des Extraktes.
Zur Durchführung des Verfahrens sind aber nicht nur wässrige Extrakte aus Sojabohnen, sondern auch ganz oder teilweise von Wasser befreite Extrakte verwendbar.
Die Befreiung des Extraktes von Wasser bietet verschiedene technische Vorteile gegenüber den wässrigen Extrakten. Einerseits sind die Transportkosten der angegebenen Extrakte wesentlich geringer, da man ja den Wasserballast nicht mitbefördern muss, anderseits aber wird bei Entfernung genügender Wassermengen die Gefahr einer Gärung der Extrakte wesentlich vermindert.
Die Befreiung des Extraktes von Wasser kann in an sich bekannter Weise durch Eindampfen oder Versprühen erfolgen.
Zur Durchführung des Verfahrens können nicht nur Sojabohnen, sondern auch andere Hülsenfrüchte, beispielsweise Erdnüsse, Wicken u. dgl., die von Natur aus Bitterstoffe, jedoch keine Alkaloide enthalten, sowie deren Extrakte, auch in eingedickter Form, verwendet werden, wenn die in ihnen enthaltenen Bitterstoffe entfernt bzw. zerstört werden, ohne dass aber wesentliche Bestandteile der Hülsenfrüchte entfernt werden.
Die Anwendung des Verfahrens ist nicht auf alkoholische Gärungen beschränkt, sondern lässt sich das Verfahren ganz allgemein auch für Gärungen aller Art vorzüglich verwenden, u. zw. insbesondere
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von Sojabohnenmehl bzw. Sojabohnenextrakten der beschriebenen Art ganz ausserordentlich be- sehleunigt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Förderung von Gärungen, dadurch gekennzeichnet, dass man den reichlich Stoffe für die Stickstoffernährung der Organismen enthaltenden Maischen oder Würzen gemahlene
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Alkaloide enthalten und auf bekannte Weise schonend entbittert sind, deren übrige natürliche Bestandteile, unter anderem die Öle und Fette, aber im wesentlichen erhalten sind.