DE3143560C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Her­ stellen von Essig mit mehr als 12 g/100 ml Essigsäure durch submerse einstufige Vergärung von alkoholhalti­ gen Maischen in aufeinanderfolgenden Gärperioden, in denen jeweils ein Teil des Fertigessigs aus dem Gärbe­ hälter ausgestoßen und durch eine gleiche Menge fri­ scher Maische mit einem Gehalt bis 2 g/100 ml Essigsäu­ re und über 10 Vol.-% Alkohol ersetzt wird.

Um Essig mit einem Gehalt von mehr als 12 g/100 ml Es­ sigsäure herstellen zu können, ist es bekannt (AT-PS 2 65 178), eine vermehrungsfähige Essigbakterien enthal­ tende Anlaufmaische mit 6 bis 9 g/100 ml Essigsäure und 4 bis 7 Vol.-% Alkohol unter ständiger, gleichmäßiger Belüftung zu vergären, bis eine Alkoholkonzentration nahe an Null erreicht wird, wonach ein Teil des Gärbe­ hälterinhaltes als Fertigessig entfernt und durch fri­ sche Maische mit einem Gehalt bis 2 g/100 ml Essigsäu­ re und etwa 10 bis 14 Vol.-% Alkohol langsam und unter sofortiger inniger Mischung zugeführt wird, so daß nach dem Einstoß der frischen Maische die Konzentration an Essigsäure und an Alkohol zu Beginn jeder Gärperiode gleich ist. Diese Anlaufkonzentrationen wurden gewählt, weil Untersuchungen gezeigt hatten, daß sich die Ver­ mehrungsgeschwindigkeit der Essigbakterien bei ver­ gleichbar konstantem Alkoholgehalt mit steigender Ge­ samtkonzentration und bei konstant gehaltener Gesamt­ konzentration mit zunehmendem Essigsäuregehalt und ab­ nehmendem Alkoholgehalt verlangsamt. Dies gilt insbe­ sondere über einem Essigsäuregehalt von 7 bis 8 g/100 ml und unter einem Alkoholgehalt von 5 bis 6 Vol.-%, so daß die Vermehrungsgeschwindigkeit bei diesen Essigsäure- und Alkoholgehalten ein Maximum erreicht. Trotzdem be­ trägt die Dauer einer Gärperiode bei diesem bekannten Verfahren etwa 48 Stunden, wobei bei jedem Chargenwech­ sel etwa 40% des Gärbehälterinhaltes als Fertigessig ausgestoßen werden.

Obwohl das beschriebene Verfahren zur Herstellung von Essig mit mehr als 12 g/100 ml Essigsäure einen wesent­ lichen Fortschritt gebracht hatte, blieb es wünschens­ wert, die Gärleistung weiter zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfah­ ren der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß mehr Essig je Zeit und Volumeneinheit des Fermen­ ters erzeugt werden kann, das heißt die Produktivität des Fermenters zu erhöhen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Anfangskonzentrationen für die jeweils neue Gärpe­ riode mehr als 9 g/100 ml und weniger als 13 g/100 ml Essigsäure sowie weniger als 4 Vol.-% und mehr als 2,5 Vol.-% Alkohol betragen. Dies wird dadurch erreicht, daß am Ende einer jeden Gärperiode nur 20-40% des Gär­ behälterinhaltes als Fertigessig ausgestoßen und durch frische Maische ersetzt werden.

In der DE-PS 26 57 330 wird ein Zweistufenverfahren zur Herstellung von Essig mit mehr als 15% Essigsäure of­ fenbart, bei welchem in einem ersten Gärstadium die Ge­ samtkonzentration auf über 15% erhöht und in einem zweiten Gärstadium über 15% konstant gehalten wird, wobei gegen Ende des ersten Gärstadiums 20-50% der Gärflüssigkeit vom verbleibenden Rest abgetrennt werden. Hier ist zum Zeitpunkt der Trennung kein fertiger Essig vorhanden, der ausgestoßen und verwendet werden kann.

Vielmehr besitzt die Flüssigkeit noch höheren Alkohol­ gehalt, so daß andere Verhältnisse herrschen.

Gemäß der DE-PS 15 17 879 wird Essig mit mehr als 12% Essigsäure durch ein Einstufenverfahren hergestellt, bei dem die Anfangskonzentrationen jeder Gärperiode bei 6-9 g/100 ml Essigsäure und 4-7 Vol.-% Alkohol liegen. Hierbei werden etwa 40% des Gärbehälterinhal­ tes entfernt und durch frische Maische ersetzt.

Der Gedanke, die Produktivität dadurch zu erhöhen, daß die aus- und eingestoßene Flüssigkeitsmenge weiter verringert wird, widersprach zunächst jeder Erfahrung. Ursprünglich wurden 50-60% des Gärbehälterinhaltes ausgestoßen (O. Hromatka, Chemiker-Zeitung 76, 776, 815, 1952). Diese Menge wurde in der Folge auf 50% (O. Hromatka, H. Ebner, Ind. Eng. Chem. 51, 1279, 1959) und später auf 40% zurückgenommen (AT-PS 2 65 178). Eine weitere Verringerung des Ausstoßvolumens über das aus der AT-PS 2 65 178 bekannte Quantum von 40 hinaus schien nicht mehr ratsam, da damit zwangsläufig eine Erhöhung der Essigsäurekonzentration und Verringe­ rung der Alkoholkonzentration nach beendetem Einstoß verbunden ist. Beides verringert die Vermehrungsge­ schwindigkeit der Essigbakterien. Letztere müssen sich ja in jeder neu begonnenen Gärperiode wieder auf die Anzahl vermehren, die vor Beginn des Ausstoßes vorhan­ den war. Schließlich war bekannt, daß eine Essiggärung mit kontinuierlichem Maischezulauf und kontinuierli­ chem Essigablauf nur unter einer Gesamtkonzentration von etwa 10% möglich ist, da bei darüberliegender Gesamtkonzentration die Vermehrungsgeschwindigkeit der Essigbakterien durch den dauernd auf etwa 0,3% gehaltenen niedrigen Alkoholgehalt so stark verrin­ gert wird, daß eine solche Gärung zum Stillstand kommt. Da eine kontinuierliche Gärung als Extrapola­ tion immer kleiner werdender Gärperioden gedacht werden kann, war ein Erfolg der erfindungsgemäßen Maß­ nahmen sogar sehr unwahrscheinlich.

Überraschenderweise ergab sich aber eine Steigerung der Produktivität. Es wird vermutet, daß für dieses unerwartete Ergebnis einmal der Umstand von Bedeutung sein könnte, daß durch die Verringerung des Ausstoß­ volumens eine größere Anzahl von vermehrungsfähigen Essigbakterien im Gärbehälter verbleibt und dies in diesem Bereich die Verlangsamung der Vermehrungsge­ schwindigkeit noch ausgleicht. Ferner wird angenommen, daß schnellere Konzentrationsänderungen sowohl des Al­ kohols als auch der Essigsäure den Stoffwechsel der Essigbakterien negativ beeinflussen und daß dieser Einfluß wegen des geringeren Ausmaßes der Konzentra­ tionsänderungen bei verringertem Ausstoßvolumen klei­ ner gehalten wird. Durch das Zusammenwirken dieser Verhältnisse treten offensichtlich Bedingungen ein, die noch eine erhebliche Steigerung der Produktivität möglich machen. Bei Anfangskonzentrationen von mehr als 9 g/100 ml Essigsäure und weniger als 4 Vol.-% Al­ kohol sind diese Bedingungen optimal, wenn 13 g/100 ml Essigsäure dabei nicht überschritten und 2,5 Vol.-% Al­ kohol nicht unterschritten werden.

Eine weitere, ebenso unerwartete erhebliche Steige­ rung der Produktivität ergab sich durch die Maßnahme, die Belüftung des Fermenters so einzustellen, daß die maximale stündliche Säurezunahme mindestens 0,17 g/100 ml beträgt.

Wegen der Flüchtigkeit von Alkohol und Essigsäure ist zur Erzielung einer guten Ausbeute eine sparsame Do­ sierung der Luftmenge notwendig. Sie wurde in der AT- PS 2 65 178 mit 2,5-6 m³ pro Stunde und pro m³ Gär­ volumen festgelegt. Das vorgegebene Belüftungsvolumen begrenzt dabei die mögliche Anzahl der sich bildenden Essigbakterien und bedingt dadurch die maximal mögli­ che Säurezunahme, die, einmal erreicht, dann über den Rest der Gärperiode konstant bleibt. Die technischen Fermenter wurden bisher auf eine maximale Säurezunahme von 0,16 g/100 ml begrenzt (AT-PS 2 65 178). Nun ergab sich überraschenderweise, daß eine Erhöhung der maxi­ malen stündlichen Säurezunahme auf über 0,17 g/100 ml, vorzugsweise 0,21 g/100 ml, was mit den oben angege­ benen Belüftungsraten noch möglich ist, im Zusammenwir­ ken mit der Maßnahme der Erhöhung der Anfangskonzentra­ tion auf über 9 g/100 ml Essigsäure und Verringerung der Anfangskonzentration auf unter 4 Vol.-% Alkohol eine weitere wesentliche Steigerung der Essigproduktion pro Zeit und Volumeneinheit ergibt. Wenn die Vermehrung der Essigbakterien erst bei höherer Leistung, das heißt bei einer größeren Bakterienanzahl im Volumen, durch Verbrauch der vorgegebenen Sauerstoffmenge gehemmt wird, so dauert diese Hemmung von ihrem Eintritt bis zur Beendigung der jetzt kürzeren Gärperiode kürzere Zeit. Da auch eine solche Hemmung notwendigerweise den Stoffwechsel der Essigbakterien nachteilig beein­ flußt, schafft eine zeitliche Verkürzung derselben ihrerseits wieder vorteilhaftere Bedingungen, so daß es möglich ist, durch Kombination dieser Maßnahme mit jener des Anspruchs 1 die Dauer einer allerdings ver­ kleinerten Gärperiode von etwa 48 Stunden auf etwa 19 Stunden zu verringern. Dabei wird, wie die nach­ stehenden Beispiele zeigen, die Gärleistung des Fer­ menters gegenüber der AT-PS 2 65 178 auf 175% gestei­ gert.

Beispiel 1

In einem Gärbehälter von 3 m Durchmesser und 5 m Höhe, der mit einer Belüftungsvorrichtung, einer Kühlein­ richtung, einem Kontrollthermometer und einem mecha­ nischen Entschäumer versehen wurde, wurde bei einer Belüftung mit einer Belüftungsrate von 90 m³/h eine Essiggärung mit folgenden Werten durchgeführt, wobei der Behälterinhalt 24 000 l betrug:

Die Gärperioden spielten sich so ein, daß alle 27 Stun­ den 6500 l Essig mit 14,30 g/100 ml Essigsäure ausge­ stoßen werden konnten, was einer Vergärungsleistung von 809 Liter Alkohol pro 24 Stunden entspricht. Ge­ gegenüber der AT-PS 2 65 178 konnte allein durch die er­ findungsgemäße Maßnahme der Änderung der Konzentratio­ nen an Essigsäure und Alkohol am Beginn der Gärperio­ den eine Steigerung der Gärleistung des Fermenters auf 124% erzielt werden. Dort betrug die Vergärungslei­ stung im gleichen Fermenter 650 Liter Alkohol pro 24 Stunden.

Beispiel 2

Im gleichen Gärbehälter wurde bei 24 000 l Behälter­ inhalt mit einer verbesserten Belüftungsrate von 105 m³/h folgende Essiggärung gefahren:

Die Gärperioden spielten sich so ein, daß alle 19 Stun­ den 6500 l Essig mit 14,30 g/100 ml Essigsäure ausge­ stoßen werden konnten, was einer Vergärungsleistung von 1149 Liter Alkohol pro 24 Stunden entspricht. Gegen­ über der AT-PS 2 65 178 konnte somit eine Steigerung der Produktivität auf 175% erzielt werden.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die nega­ tiven Einflüsse des Einstoßvorganges und der Sauer­ stoffmangelhemmung auf den Stoffwechsel der Essigbak­ terien so vermindert, daß der Fermenter fast die gesamte Zeit mit Volleistung läuft und dadurch die höchstmögliche Produktivität erzielt. Überdies bleibt bei diesen kleinen Gärperioden auch der gravierende Vorteil des semikontinuierlichen Betriebes gegenüber dem kontinuierlichen Betrieb noch erhalten, der darin besteht, daß die nach dem Einstoß frischer Maische erhöhten Alkoholkonzentrationen und erniedrigten Säurekonzentrationen die Vermehrungsgeschwindigkeit der Essigbakterien stimulieren.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen von Essig mit mehr als 12 g/100 ml Essigsäure durch submerse einstufige Vergärung von alkoholhaltigen Maischen in aufein­ anderfolgenden Gärperioden, in denen jeweils ein Teil des Fertigessigs aus dem Gärbehälter ausge­ stoßen und durch eine gleiche Menge frischer Maische mit einem Gehalt bis 2 g/100 ml Essigsäure und über 10 Vol.-% Alkohol ersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Anfangskonzen­ trationen für die jeweils neue Gärperiode auf mehr als 9 g/100 ml und weniger als 13 g/100 ml Essig­ säure sowie weniger als 4 Vol.-% und mehr als 2,5 Vol.-% Alkohol einstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gärperioden bei einer maximalen stündlichen Säurezunahme von mindestens 0,17 g/100 ml gefahren werden.