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Verfahren zur Gewinnung von Bäckereihefe
Es ist bekannt, Hefe aus vergärbaren Kohlenhydraten und Alkohol oder aus Alkohol allein zu gewinnen.
So wird in der brit. Patentschrift Nr. 153, 667 die Umwandlung von Alkohol, der sich zu Beginn der üblichen Gärung bildet, beschrieben. Diese Menge Alkohol ist aber in bezug auf das Volumen verhältnismässig klein und stellt nur annähernd 13% des Gesamtrohstoffes dar. Ausserdem wird dieser Alkohol nur langsam gänzlich oder teilweise während des letzten Stadiums der Gärung absorbiert. Aus der Art, wie die Gärung durchgeführt wird, ist ersichtlich, dass hiebei die Bildung von Alkohol soweit als möglich unterdrückt wird.
Die brit. Patentschrift Nr. 354, 118 bezieht sich auf die Verwendung von Alkohol als Nährmittel für die Hefe und sieht keine Absorption von Zucker gleichzeitig mit der des Alkohols vor. Das Verfahren kann als eine Nachbehandlung betrachtet werden. Die Menge des in der Flüssigkeit vorhandenen Alkohols ist so klein, dass sie nicht die Menge, die bei den üblichen Verfahren bei der Spaltung des Zuckers vorkommt, übertrifft.
Es ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Hefe, insbesondere Lufthefe, neben Spiritus bekannt geworden, bei welchen der stark verdünnten gärenden Lösung während der Gärung periodisch oder kontinuierlich eine konzentrierte Nährstofflösung zugeführt wird, wobei diese letztere Lösung von solcher Konzentration und die Zuführungsgeschwindigkeit derart ist, dass nicht zuviel Alkohol gebildet wird, d. h. also, dass Alkohol nur in einer solchen Konzentration gebildet wird, die noch eine Verbrennung oder Assimilation im Laufe des letzten Teiles des Gärprozesses zulässt. Dabei wird die Gärung wenigstens in der zweiten Hälfte des Gärprozesses unter so starker Lüftung durchgeführt, dass der Alkohol verbrannt bzw. assimiliert wird. Über die bei diesem älteren Verfahren angewendeten Konzentrationen und über die erzielten Ausbeuten ist nichts bekannt geworden.
Man weiss lediglich, dass bei einem ähnlichen Verfahren bei welchem die genannte konzentrierte Lösung derart zugeführt ist, dass der Nährstoffverbrauch nicht nur ausgeglichen, sondern überschritten wird und die Gärung in der für die Hefefabrikation bekannten Art jedoch so durchgeführt wird, dass im Verlaufe der Gärung neben der Hefevermehrung eine steigende Alkoholmenge in der gärenden Lösung gebildet wird, eine Alkoholausbeute erzielt werden kann, die bis 20% und mehr des der im Gärbottich vorhandenen Menge von Würze entsprechenden Rohstoffes ausmachen kann. Wenn ein Schluss von diesem auf das vorgenannte Verfahren erlaubt ist, so ergibt sich für dieses eine verhältnismässig geringe intermediäre Alkoholkonzentration.
Es wurde nun gefunden, dass Bäckereihefe in einem zweistufigen Verfahren, bei welchem in der ersten Stufe unter Belüftung und Hefevermehrung eine alkoholhaltige Würze resultiert, die in der zweiten Stufe nach dem Zulaufverfahren weitervergoren wird, in besonders einfacher Weise, besonders guter Qualität und Ausbeute in der Weise hergestellt werden kann, dass in der ersten Stufe die Vergärung der Kohlehydrate bis zu einem Alkoholgehalt von 3-5 Vol.-% in der Würze vorgenommen wird und in der zweiten Stufe im Zulaufverfahren die Hefegärung fortgesetzt wird, bis der Alkohol praktisch vollständig aufgebraucht ist. Es wird also abweichend von den bisherigen Verfahren, in der zweiten Stufe von einer Würze mit hohen Alkoholgehalt ausgegangen, wodurch man eine höchst triebfähige Hefe einheitlicher Qualität erhält.
In der zweiten Stufe wird der in der ersten Stufe gebildete Alkohol unter Zusatz von Nährlösung im Zulaufverfahren unter einheitlichem Zellwachstum zur Gänze assinüliert, so dass auch das gesamte in Alkohol umgewandelte Kohlehydrat verlustlos aufgebraucht wird. Abweichend von der bisherigen Praxis, wird also die Alkoholbildung in der ersten Verfahrensstufe nicht unterdrückt. Der Alkohol kann sich vielmehr frei bilden. In der zweiten Stufe wird dann dieser in der ersten Stufe gebildete Alkohol unter Zusatz von Zuckerlösung und unter Zellwachstum assimiliert. Auf diese Weise gehen nicht mehr die in Alkohol umgewandelten Teile des Nährsubstrates verloren.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird also unter Verwendung geringer Mengen Anstellhefe das Nährsubstrat restlos zur Hefebildung ausgenutzt, u. zw. derart, dass in einer ersten Stufe die Alkoholbildung ungehemmt, unter gleichzeitigem Hefewachstum, vonstatten gehen kann und dass dann in einer zweiten Stufe der in der ersten Stufe gebildete Alkohol unter Zufuhr von zuckerhaltiger Nährlösung restlos assimiliert wird, so dass am Ende der Verhefung tatsächlich das gesamte Nährsubstrat in Hefe umgewandelt worden ist. Die eingangs erwähnten älteren Verfahren liessen in keiner Weise darauf schliessen, dass bei Zusatz von 2 bis 5% Alkohol und bei
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gleichzeitiger Anwesenheit von Zuckerlösung sowohl Alkohol als auch Zuckerlösung restlos zum Aufbau der Hefesubstanz verbraucht würden.
Die in der zweiten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens verwendete alkoholhaltige Würze kann beliebigen Ursprungs sein. Man kann z. B. eine alkoholhaltige Brauerei- oder Brennereiabfallflüssigkeit aufarbeiten, um eine 3 bis 5 ige alkoholhaltige Würze zu erhalten, die in die Gärbottiche eingefüllt werden kann. Die Würze wird mit einer solchen Menge Zuchthefe geimpft, dass das Gewicht des Alkohols 80 bis 1001""der Zuchthefe ausmacht, und dann durch allmähliche Zugabe einer kohlehydrathaltigen Hefenährlösung, die Spuren von mineralischen und organischen Substanzen enthält, die bekanntlich für das Wachstum der Hefe notwendig sind, unter Belüftung vergoren.
Die kohlehydrathaltige Lösung hat vorzugsweise eine Konzentration, dass die Verdünnung der Würze zu Beginn der Gärung zwischen 1 : 7 und 1 : 15 liegt, was einem Gehalt von 9, 5 bis 3, 5% an Glukose entspricht. Am Ende der Gärung soll die Verdünnung zwischen
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Kohlehydrat berechnet, besteht. Die Menge an Kohlehydrat, die allmählich der Würze zuläuft, wird mit der Wachstumsgeschwindigkeit der Hefe gesteigert, bis der Alkohol durch die Hefe assimiliert und die Gärung beendet ist. Die Belüftung der alkoholischen Würze wird vorzugsweise durch Einblasen von 1000 bis 1500 m3 Luft pro Stunde je 100 hl. Würze bewirkt, wobei die Gärung im allgemeinen zwischen 10 und 14 Stunden zur Vollendung benötigt und vorzugsweise bei einer Temperatur von annähernd 30 C durchgeführt wird.
Anstatt alkoholische Rest- oder Abfallflüssigkeiten zu verwenden, um eine 3-5%igue alkoholische Würze zu erhalten, wird aus wirtschaftlichen Gründen die Würze vorzugsweise durch Hefegärung hergestellt. Für diesen Zweck wird eine kohlehydrathaltige Hefenährlösung oder Würze, die eine Verdünnung etwa zwischen 1 : 7 und 1 :
10 hat, was einem Gehalt von 9, 5 bis 5% Glukose entspricht, und die Spuren mineralischer und organischer Substanzen, die für das Wachstum der Hefe wesentlich sind, enthält, mit Kulturhefe geimpft und in einer ersten Gärungsstufe durch Belüften vergoren, bis der Kohlehydratgehalt durch die Hefe assimiliert ist, u. zw. bis zu einem Grade, dass sich der Alkohol, als Kohlehydrat berechnet, in einer Menge von 85 bis 95 Gew.-% des Kohlehydrates gebildet hat, was einer Alkoholkonzentration von 3 bis 5 Vol.-% entspricht.
In dieser Stufe wird die Belüftung durch Einblasen von Luft in die Würze während ungefähr 15 bis 18 Stunden bei einer Geschwindigkeit von annähernd 25 m3 Luft pro Stunde für je 100 hl Würze bewirkt, wobei das Wachstum der Impfhefe zwischen 25 und 30 Gew.-% des Rohstoffes, der das in der Würze enthaltene Kohlehydrat enthält, beträgt, was 15-18 Gew.-% des im Verfahren verwendeten Rohstoffes gleichkommt.
In der zweiten Gärungsstufe dient der in der ersten Gärungsstufe gebildete Alkohol als Nährstoff für die Hefe. Zu Beginn dieser Stufe beträgt die Menge des vorhandenen Alkohols ungefähr 50-80 Gew.-% des Gesamtrohstoffes, der für das Verfahren das Kohlehydrat liefert. Dagegen schwankt die Menge an Hefe, die zu dieser Zeit in der Würze vorhanden ist, also diejenige Hefemenge, die in der ersten Stufe gebildet wurde, zwischen 15-18 Gew.-% des in beiden Phasen verwendeten Gesamtrohstoffes. Im Gegensatz zu den üblichen Verfahren, in denen eine sehr verdünnte Würze zu Beginn der Gärung verwendet wird, kann das Verfahren gemäss der Erfindung von Anfang an mit der gesamten, während der ersten Gärphase gebildeten Alkoholmenge arbeiten, wobei die Verdünnung der Würze zwischen 1 : 11 und 1 : 15 liegt, was einem Gehalt von 6-3, 5 Gew.-% an Glukose entspricht.
Man kann aber auch bei einer Verdünnung von 1 : 7 bis 1 : 15 arbeiten, was 9, 5-3, 5 Gew.-% an Glukose entspricht. Diese Verdünnung wird in der zweiten Stufe aufrechterhalten, wenn weiterer Hefenährstoff der belüfteten Würze, ununterbrochen oder diskontinuierlich mit einer Geschwindigkeit, wie sie durch das allmähliche Steigen der Wachstumsgeschwindigkeit der Hefe erforderlich ist, zugeführt wird.
Folgende Beispiele, die jedoch den Umfang der Erfindung nicht erschöpfend behandeln, sollen das Verfahren gemäss der Erfindung erläutern.
Beispiel l : EineHefenährwürzeaus 2268 kg Rübenmelasse wurdeaufbekannte Weise hergestellt, indem man die Würze klärte und ihr mineralische Salze, die für das Wachstum der Hefe notwendig sind, zugab.
Die Würze wurde hierauf zusammen mit Wasser in einen vollständig geschlossenen Kulturtank gebracht, gekocht, um sie zu sterilisieren und auf 30 C abgekühlt, wobei das Endvolumen etwa 210 hl betrug, was ungefähr einem Gehalt von 5, 6 Gew.-% Glukose entspricht. 2, 268-4, 536 kg ausgewählte Kulturhefe wurden hierauf in die Würze gegeben und dann die Gärung der Masse durch Einblasen von Luft, die nach bekannten Verfahren durch Filtration sterilisiert war, mit einer Geschwindigkeit von annähernd 25 m3 steriler Luft je 100 hl Würze und Stunde während ungefähr 16-17 Stunden durchgeführt.
Die erste Gärungsstufe des Verfahrens war nach 16-17 Stunden Belüftung beendet. Eine Probe der vergorenen Würze zeigte, dass die Zuchthefe sich bis zu 28, 5 g pro Liter vermehrt hatte, während
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zuckers in dem Kulturtank in Alkohol umgewandelt worden waren.
Die alkoholhaltige Würze, die die Zuchthefe enthält, wurde darauf in ein Gärgefäss übergeführt und Wasser zugegeben, um das Volumen aaf 315 hl zu bringen.
Für die zweite Stufe des Verfahrens wurden 1635 kg Weizen mit Salzsäure verzuckert. Nach der Verzuckerung wurde die Lösung durch Filtration geklärt. Die Lösung wurde nach Zugabe mineralischer Salze in konzentrieter Form zunächst in Vorratstanks gelagert, dann mit Wasser bis zu einer Konzentration
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von ungefähr 1 : 11 verdünnt, was einer Zuckerkonzentration von ungefähr 5, 1 Gew.-% Glukose entspricht, und während etwa 12 Stunden der alkoholhaltigen Würze im Gärgefäss allmählich zugegeben. Während dieser Zeit wurde die Würze durch Einblasen von 1000 bis 1500 m3 steriler Luft je 100 hl Würze und je Stunde belüftet. Die Zuflussgeschwindigkeit der kohlehydrathaltigen Lösung zu der belüfteten Würze wurde durch die Wachstumsgeschwindigkeit der Hefe bestimmt und mit dieser allmählich gesteigert.
Während dieser Phase wurde der in der ersten Stufe gebildete Alkohol zusammen mit der kohlehydrathaltigen Lösung allmählich durch die Hefe assimiliert. Nach dieser Zeit zeigten Proben, dass der Alkohol und das zugegebene Kohlehydrat vollständig durch die Hefe umgesetzt wurden, wie folgende Tabelle zeigt. Diese Gärung war nach 13, 5 Stunden beendet, wobei die Belüftung der Würze mit einer Geschwindigkeit zwischen 1000 und 1500 m3 steriler Luft je 100 hl Würze und je Stunde zusammen mit der allmählichen Zugabe der kohlehydrathaltigen Lösung begann.
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<tb>
<tb>
Dauer <SEP> Gesamtvolumen <SEP> Alkoholgehalt <SEP> Produzierte <SEP> Hefe
<tb> Stunden <SEP> Hektoliter <SEP> Liter <SEP> kg <SEP>
<tb> 1, <SEP> 30 <SEP> 315 <SEP> 660 <SEP> 603
<tb> 3 <SEP> 628 <SEP> 642
<tb> 4 <SEP> 587 <SEP> 721
<tb> 6 <SEP> 347 <SEP> 477 <SEP> 1148
<tb> 8 <SEP> 353 <SEP> 1875
<tb> 10 <SEP> 417 <SEP> 190 <SEP> 2680
<tb> 12 <SEP> 15 <SEP> 3440
<tb> 13, <SEP> 5 <SEP> 487 <SEP> 0 <SEP> 3730 <SEP>
<tb>
Die nach dem Verfahren gemäss der Erfindung hergestellte Hefe wurde hierauf durch Zentrifugieren von der flüssigen Würze getrennt, gründlich gewaschen und durch Verpressen geformt.
Beispiel 2 : Von einer Gesamtbeschickung, die aus 4080 kg Rübenmelasse bestand, wurden für die erste Gärungsstufe zwei Drittel durch Klärung und Sterilisieren, wie in Beispiel 1 beschrieben, in eine Hefenährwürze umgewandelt. Diese Würze wurde zusammen mit Wasser in einen vollkommen geschlossenen Kulturtank gebracht, sterilisiert und auf 300 C abgekühlt, wobei das Endvolumen 225 hl betrug, was 6, 3 Gew.-% Glukose entspricht. Mit 4, 536 kg einer ausgewählten Kulturhefe wurde hierauf die Würze geimpft und durch Einblasen von 25 m3 steriler Luft je 100 hl Würze und je Stunde während ungefähr 18 Stunden vergoren.
Am Ende dieser ersten Gärphase enthielt die Würze Alkohol in einer Konzentration von 3, 66 Vol.-%, was beweist, dass 90% des Gesamtzuckers in dem Kulturtank sich in Alkohol umgewandelt hatten, während die Hefe sich bis zu 30 g im Liter vermehrte. Diese alkoholhaltige Würze wurde hierauf in ein Gärgefäss gepumpt und Wasser hinzugegeben, um das Volumen der Masse auf 315 hl zu bringen.
Die verbleibenden 1360 kg Melasse'wurden hierauf in eine kohlehydrathaltige Hefenährlösung umgewandelt und in der zweiten Gärphase des Verfahrens wie oben beschrieben, verwendet, wobei die Lösung in konzentrierter Form in Vorratstanks gelagert wurde. Diese Lösung wurde hierauf mit Wasser bis zu einer Konzentration von ungefähr 1 : 13 verdünnt, was einer Zuckerkonzentration von ungefähr 4 Gew.-% Glukose entspricht, und während 12 Stunden 20 Minuten in die alkoholhaltige Würze allmählich zugegeben, wobei die Würze während dieser Zeit durch Einblasen von 1000 bis 1500 m3 steriler Luft je 100 hl Würze und je Stunde belüftet wurde. Die Zuflussgeschwindigkeit der kohlehydrathaltigen Lösung in die belüftete Würze wurde allmählich mit der Wachstumsgeschwindigkeit der Hefe gesteigert.
Proben am Ende der Gärperiode zeigten, dass der Alkohol vollständig durch die Hefe assimiliert worden war.
Die folgende Tabelle zeigt deutlich die technischen Einzelheiten dieser Gärphase, die nach 13 Stunden 40 Minuten beendet war.
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<tb>
<tb>
Dauer <SEP> Gesamtvolumen <SEP> Alkoholgehalt <SEP> Produzierte <SEP> Hefe <SEP>
<tb> Stunden <SEP> Hektoliter <SEP> Liter <SEP> kg
<tb> 1, <SEP> 66 <SEP> 315 <SEP> 823 <SEP> 676
<tb> 3 <SEP> 760 <SEP> 714
<tb> 5 <SEP> 736 <SEP> 1065
<tb> 7 <SEP> 352 <SEP> 584 <SEP> 1555
<tb> 9 <SEP> 385 <SEP> 2230
<tb> 11 <SEP> 425 <SEP> 192 <SEP> 2920
<tb> 13 <SEP> 11 <SEP> 3560
<tb> 14 <SEP> 488 <SEP> 0 <SEP> 3690 <SEP>
<tb>
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Die so hergestellte Hefe wurde von der flüssigen Würze durch Zentrifugieren getrennt und wie in Beispiel 1 behandelt.
Diese Beispiele zeigen deutlich die Wachstumsgeschwindigkeit der Hefe infolge der Assimilation des in der Würze vorhandenen Alkohols und der gleichzeitigen Assimilation des Kohlehydrats in der kohlehydrathaltigen Hefenährlösung.
Aus Beispiel 1 kann die Assimilationsgeschwindigkeit des Alkohols zusammen mit dem zeitlichen Steigen des Gesamtvolumens ersehen werden, wobei die durchschnittliche Zuflussgeschwindigkeit an koh1ehydrat- haltiger Lösung, die eine Konzentration von 1 : 11 hatte, was ungefähr 5, 1 Gew.-% an Glukose entspricht, während der ersten 4, 5 Stunden ungefähr 7, 5 hl je Stunde betrug, während in den folgenden 4 Stunden die durchschnittliche Geschwindigkeit der Zugabe 17, 5 hl je Stunde und während der letzten 3, 5 Stunden dieser Phase die Durchschnittsgeschwindigkeit 20 hl je Stunde ausmachte.
Im Beispiel 2 kann die Alkoholassimilationsgeschwindigkeit in Beziehung zu einem zeitlichen Ansteigen des Volumens durch die Zugabe der kohlehydrathaltigen Lösung gebracht werden, die eine Konzentration von 1 : 13 hatte, entsprechend ungefähr 4 Gew.-% Glukose, bei einer durchschnittlichen Zuflussgeschwindigkeit während der ersten 5, 5 Stunden von ungefähr 7 hl je Stunde. In den folgenden 4 Stunden betrug die Zuflussgeschwindigkeit 18, 25 hl je Stunde und während der 3 letzten Stunden dieser Phase 21 hl je Stunde.
Die Beispiele erwähnen die Verwendung eines Kulturtanks und eines besonderen Gärgefässes. Die Herstellung der die Zuchthefe enthaltenden alkoholischen Würze und die Gärung zu Handelshefe kann in einem einzigen Gärgefäss durchgeführt werden, vorausgesetzt, dass ein solches Gefäss während der ersten Stufe des Verfahrens verschliessbar ist, und dass dieses hierauf für die Gärung in der zweiten Stufe geöffnet verwendet werden kann. Diese Anordnung kann mit nur geringen Abänderungen des Verfahrens angewendet werden. Sie vermindert die Zahl der erforderlichen Gärgefässe und senkt die Produktionskosten.