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Gärverfahren zur Herstellung von Alkohol Wenn man eine Zuckerlösung
mit Hefe impft -und vor Infektion durch Organismen aseptisch oder antiseptisch schützt,
ist eine fermentative Einwirkung während längerer Zeit nicht feststellbar.
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Während dieser Periode, der sogenannten Inkubationszeit, äußert die
Hefe vor. allem vegetative Funktionen und vermehrt sich. Alsdann setzt die alköholische
Gärung ein, schreitet fort und verläuft bis zur vollständigen Umwandlung des in
der Gärflüssigkeit enthaltenen Zuckers ntirmal.
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Während eines Teiles dieses Prozesses laufen die fermentativen und
vegetativen Funktionen der Hefe.parallel; letztere hören aber auf; sobald die Zellenbildung
eine bestimmte Konzentration erreicht hat, die man als spezifische zelluläre Sättigung
bezeichnen kann; diese findet ihre Grenze in dem Bestreben jeder Zelle, für sich
ein bestimmtes Wirkungsfeld zu reservieren, um ihre diastatischen Funktionen zu
maximaler Wirksamkeit zu bringen.
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Wenn man in diesem Augenblick in das Gärgut ein neues Volumen frischer
Zucker-Lösung einträgt, wird der zelluläre Sättigungszustand offenbar. zerstört,
und es bilden sich neue Hefezellen, um den Sättigungszustand wiederherzustellen.
Diese Vorgänge spielen sich in dem als kontinuierlich bezeichneten industriellen
Gärprözeß ab, nach dem man seit langem arbeitet.
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Bei allen Gärprozessen lief also bislang, gleichgültig welcher Ausführungsform
man sich bediente, die Bildung von Alkohol und Hefe parallel.
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Durch die Untersuchungen von P a s t e u r über die alkoholische Gärung
ist bekanntgeworden, daß die Hefebildung ein bestimmtes Zuckerquantum - verbraucht,
welches für die Alkoholerzeugung verlorengeht.
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Dieser dem Aufbau dienende Verbrauch schwankt in der Regel. zwischen
3 und 6 Gewichtsprozenten des anfangs im Gärmedium vorhandenen Zuckers und erreicht
zuweilen noch höhere Werte.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, den Verbrauch an Aufbauzucker
zu vermeiden. Bisher hat man in der Technik diesen `-Weg nicht eingeschlagen, dessen
Erfolg sich vorteilhaft in einer Steigerung der Alkoholausbeute ausdrückt. Man war
im Gegenteil bestrebt, durch Lüftung die Vermehrung der Hefe zu fördern.
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Um den Zuckerverbrauch zu vermeiden, verfährt man in der Weise; daß
man in dem
Gärgut den spezifischen zellulären Sättigungsgrad konstant
hält, ohne daß sich neue ,Hefezellen in nennenswerter Menge bilden, nachdem dieser
Sättigungsgrad ein , für allemal erreicht ist. -Die Erfindung wird im fclgenden
an Hand mehrerer Ausführungsformen beispielsweise erläutert: Beispiel i Ein geschlossenes
Gefäß, das i 1 io%iger Glucoselösung und die üblichen Nährstoffe (Stickstoff, Phosphor,
Kalium usw.) enthält, wird an eine Vakuumpumpe angeschlossen. Die Gärung- wird in
bekannter Weise mittels einer reinen Hefe eingeleitet, deren Gärungsoptimum bei
30° liegt. Wenn der spezifische zelluläre Sättigungspunkt erreicht ist, setzt man,
die Vakuumpumpe in Betrieb und treibt das Vakuum bis zum Sieden der Flüssigkeit
bei der optimalen Gärtemperatur, etwa auf 30 mm Quecksilber, und zieht so
außer Kohlensäure noch - Wasser und Alkoholdämpfe ab. -Man bringt nun in das Gefäß
eine der ursprünglichen Lösung entsprechende, gegebenenfalls sterile Zuckerlösung
in einer solchen Menge ein, als dem Volumen der durch Destillation abgezogenen alkoholischen
Flüssigkeit entspricht. Die Zusatzgeschwindigkeit bestimmt sich nach der Geschwindigkeit
der Umwandlung von Zucker in Alkohol, die sich nach. der Aktivität der Hefe richtet,
beispielsweise beträgt der Zusatz 70' bis ioo ccm pro Stunde.
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Da die Verdampfung die Temperatur des Gärgutes herabdrückt, erwärmt.
man dasselbe, um die gesamte Kalorienmenge zuzuführen, die erforderlich ist, um
das Temperaturoptimum für die Gärung aufrechtzuerhalten.
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Wenn der spezifische zelluläre Gleich-. gewichtszustand erreicht ist,
stellt man fest, daß die Masse der ausgewachsenen Hefezellen, an denen die Flüssigkeit
gesättigt ist, imstande ist, bedeutende Zuckermengen zu vergären und den Gärprozeß
lange Zeit weiterzuführen. - . Beispiel 2 Anstatt dem Gärgut den gebildeten Alkohol
zusammen mit einer großen Wassermenge zu entziehen, kann man auch einfach die gesamte
Hefe aus der Lösung gleich nach Beendigung der Gärung entfernen und diese für die
Vergärung von, so viel frischer Zuckerlösung verwenden, daß das resultierende Gesamtvolumen
gleich dem des, ersten tGärgutes ist. Wenn man so verfährt, geht die Gärung mit
maximaler Aktivität äußerst schnell vonstatten,- ohne nennenswerte Bildung neuer
Hefezellen, da ja der spezifische zelluläre Sättigungsgrad schon erreicht ist. Man
kann dem ersten Gärmedium die Hefe durch bekannte Mittel entziehen, z. B. durch
Filtrieren, Zentrifugieren, Ausfällen.
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Nach Ablauf der zweiten Gärung kann man in gleicher Weise bei einer
dritten Gärungsperiode verfahren usf. zu wiederhole ten Malen. Ohne von dem Erfindungsgedanken
abzuweichen, kann man die- Wiederholung z,-B. auf fünf bis zehn Male beschränken,
worauf es vorteilhaft erscheinen kann, frische Hefezellen zuzusetzen.
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Für eine Gärbottichbeschickung von Soo hl Rübensaft mit i o % Sacharose
errechnet sich nach der bisherigen Praxis bei Anwendung einer reinen, bei 3q.° wirksamen
Hefe eine Alkoholausbeute von 61 bis 621 ioo%igen Alkohols auf ioo kg Sacharose.
Wenn man unterstellt, daß sich die theoretische Ausbeute nach P a s t e ü r erreichen
läßt, so kommt man doch niemals über 641 Alkohols auf iookg Sacha.rose.
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Erfindungsgemäß kann man durch gut geregeltes Zentrifugieren die gesamte
Hefe des so vergorenen Gutes entfernen, welche in einem Volumen enthalten ist, das
etwa 5,bis 70/6 der Anfangsflüssigkeit ausmacht.
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Wenn man diesen Hefeextrakt in einem anderen Gärbottich zu so viel
frischem Rübensaft zusetzt, daß das resultierende Gesamtvölumen gleich dem des ersten
Gärprozesses ist, gut durchmischt und die Temperatur der Mischung auf 3q.° hält,
so setzt eine neue lebhafte Gärung ein, die praktisch auf der alleinigen Mitwirkung
der Hefezellen der ersten Gärung beruht. Man kommt auf diese Weise während der zweiten
und den folgenden Phasen leicht zu einer Ausbeute von 65,5 bis 67,51 iooo/oigem
Alkohol auf iookg 1 Sacharose.
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Man kann nach dem neuen Verfahren jede Zuckerlösung verwenden, die
aus beliebigen alkoholliefernden Ausgangsstoffen stammt, sogar wenn diese erste
verzuckert werden müsstn. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die angeführten
Ausführungsformen und Beispiele.
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Das neue Verfahren kann in vorteilhafter Weise durch Erhöhung oder
Vermehrung der Gärungsaktivität der Hefe im laufe der Gärprozesse vervollständigt
werden.
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Man - kann der Hefe eine geeignete stickstoffhaltige Nährsubstanz
z. B. in Form von Aminosäuren zusetzen.
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Zweckmäßig kann man auch Phosphorsäure in irgendeiner geeigneten'
Form z. B. als komplexe organische Verbindungen zuführen.
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Die Ausbeute kann ferner vorteilhaft dadurch beeinflußt werden, daß
die zu vergärende: Zuckerlösung durch Einführung eines
für die Atmung
-ungeeigneten Gases, z.@B. von Kohlensäure, Stickstoff, Wasserstoff, anfänglich
entlüftet wird.
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Diese oder ähnliche Mittel tragen zur Erhöhung der Ausbeute bei.