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Verfahren zur Gewinnung von Hefe aus beliebigen Zuckerlösungen Mit
der Einführung des Zulaufverfahrens, nach welchem heute allgemein auf Hefe gearbeitet
wird, ist wohl die Ausbeute bedeutend gesteigert worden, doch hat dieses Verfahren
den Charakter der Pneßhefe vollständig geändert. Durch dieses künstliche Zuchtverfahren,
welches die Erzielung höchster Ausbeuten bezweckt, hat die Hefe einen Teil ihrer
wertvollen Eigenschaften, so insbesondere die hohe Triebkraft, verloren. Nicht behaftet
mit diesem Mangel sind die nach dem alten An.stellverfahren erzeugten Getreidehefen
vom Typus der Delfter Hefe.
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Während als besondere Vorteile des Zulaufverfahrens die konstante
Maischekonzentration und allmähliche Zugabe der Nährstoffe zur gärenden Maische,
also die dauernde Erhaltung eines Hungerzustandes, hervorgehoben werden, denen zufolge
die hohe Ausbeute erzielt wird, sind auf Grund eingehender Untersuchungen und praktischer
Versuche gerade diese beeiden Umstände maßgebend für die mindere Güte der nach dem
Zulaufverfahren hergestellten Pneßhefe.
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Es ist allgemein bekannt, daß der große Überschuß der Melasse an nicht
verwertbaren Salzen der Gärung sehr abträglich ist. Insbesondere wirken die Alkalisulfate
und Hydrosulfate, die bei der Klärung der Melasse mit Schwefelsäure entstehen, auf
die Hefezellen giftig, woran auch sehr starke Verdünnung der Maische nichts ändern
kann. Man weiß weiter, daß die biologische Schädlichkeit aller in Betracht kommenden
Verbindungen von deren DissoziatIonsgrad abhängig ist und daß die Acidität der für
die optimalen. Lebensbedingungen erforderlichen sauren Reaktion der Nährlösung durch
die freien Wasserstofflonen hervorgerufen wird, die durch Dissoziation von Säuren
oder sauren Salzen der Maische in Lösung geben.
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Der übermäßigen Dissoziation wirken verschiedene Salze bzw. organische
Verbindungen entgegen, und man spricht von einer Pufferwirkung solcher Stoffe, zu
welchen ih erster Linie die organischen Stickstoffverbindungen, insbesondere die
Aminosäuren, sowie die phosphorsauren Salze zählen, beides Verbindungen, die der
Hefe als Nahrung dienen. Es ist ohne weiteres klar, daß eine biologische Nährlösung
um so besser gepuffert ist, je mehr solche natürlichen Pufferstoffe in der Lösung
vorhanden sind, und daß die Pufferung mit fortschreitender Aufzehrung dieser Stoffe
eine Verminderung erfährt, die allmählich und in dem Maße zunimmt, wie die Endvergärung
fortschreitet. Diese allmähliche Abnahme der Puferung ist die natürliche Folgeerscheinung
jedes biologischen Lebensprozesses, und man findet diese Abnahme auch bei dem alten
bewährten Anstellverfahren, wo sämtliche Nährstoffe der Hefe auf einmal als Nahrung
geboten werden.
Anders liegen die Verhältnisse beim Zulaufverfahren;
-denn hier werden der Hefe jeweils nur so viel Nährstoffe geboten, wie sie. unbedingt
zur Vermehrung braucht, so daß" die Hefe von Anbeginn und während der ga4*.-zen
Dauer der Gärung, soweit die eigenWri-Nährstoffe in Betracht kommen, auf deren.:
puffernde Wirkung verzichten muß. Der Zustand, in welchem die Hefezelle zu leben
gezwungen ist, ist demnach denkbar ungünstig.
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Um sich der Giftwirkung der mangels genügender Mengen von Pufferstoffen
ungehemmt dissoziierenden schädlichen Stoffe zu erwehren, scheidet die Hefe Schutzstoffe
aus, dochgeht dies auf Kosten ihrerKionstitution, und es ist ohne weiteres klar,
daß sich eine Hefe, die einen ständigen Abw ehrkampf zu führen gezwungen ist, anders
entwickelt als eine solche, welche sich unter normalen Lebensbedingungen vermehrt.
Die Hefezelle reagiert auf die Giftwirkung mit einer erhöhten Vermehrung, doch ist
die solcherart -gewonnene Preßhefe gekennzeichnet durch verminderte Gärkraft und
überentwickelte probeolytische Fähigkeiten, durch die der Kleber übermäßig angegriffen
wird, was wieder ,eire Zerfließen des Teiges zur Folge hat; auch leidet dadurch
die Haltbarkeit.
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Dem alten Anstellverfahren, welches hinsichtlich seiner biologischen
Vorteile dem Zulaufverfahren überlegen ist, haftet aber der große Nachteil an, daß
zur Erzielung einer erträglichen Ausbeute mit sehr großer Verdünnung und mit gewaltigen
Luftmengen gearbeitet werden muß, was wieder vermehrten Bottichraum und die Bereitstellung
großer Flüssigkeitsmengen innerhalb kurzer Zeit erfordert.
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Der Erfindung liegt das Bestreben zugrunde, die Vorteile des Ansbellverfahrens
auszunutzen, also trotz günstiger biologischer Bedingungen für die Gärung mit geringstem
Bottichraum und niedrigstem Kraftaufwand auszukommen.
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Dies geschieht zufolge der Erfindung in der Weise, daß sowohl beim
Anstellverfahren als auch beim eigentlichen Hefevermehrungsprozeß .derart intermittierend
gearbeitet wird, daß die erforderliche Nährsboffmenge in Teilrnengen vergoren wird,
wobei der verbrauchte Nährstoff vor Zugabe des frischen jeweils weitgehend entfernt
wird, verschiedene Rohstoffe nacheinander angewendet werden, die frische Nährstofflösung
von niederer, gleicher oder höherer Konzentration als die verbrauchte ist und diese
Konzentration in beliebiger Reihenfolge geändert wird. Dieser Vorgang kann beliebig
oft wiederholt werden, bis die gewünschte Ausbeute bzw. ein gewünschten Vielfaches
der ausgesäten Sbellhefe erzielt ist. Die so gewonnene Hefe kann lentweder als Ansatzhefte
für weitere Maischen verwendet werden, oder sie wird abgepreßt und in üblicher Weise
verpackt und zum Versai;id gebracht.
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Es ist wohl bekannt, nach dem Füllverfahren in der Weise zu arbeiten,
daß jeweils eine vergorene Maische zum Anstellen der nächstfolgenden Gärung verwendet
wird. Die österreichische Patentschrift 119 946 betrifft ein solches Verfahren,
welches dort als Phasenverfahren bezeichnet ist. Das Verfahren unterscheidet sich
aber grundsätzlich vom Wechselverfahren nach der Erfindung nicht nur in der Eigenart
der Arbeitsweise und Apparatur, sondern in erster Linie in der erzielten Wirkung.
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Für das Phasenverfahren, welches der Beschreibung nach hauptsächlich
auf eine Art ununterbrochener Arbeitsweise abzielt, bedarf man einer verwickelten
Sondereinrichtung, welche der Hauptsache nach aus fünf oder mehr Gärbottichen mit
ansteigendem Fassungsvermögen besteht. Dagegen ist das Wechselverfahren in jeder
bereits vorhandenen Einrichtung ausführbar, und der einzige hierzu unbedingt ,nötige
Gärbottich braucht nur ein Viertel oder noch weniger Fassungsvermögen zu besitzen,
als zur Herstellung der gleichen Menge Hefe nach dem Zulaufverfahren nötig ist.
Demzufolge sind die Kosten bei einer Neueinrichtung wesentlich geringer, da nicht
nur die Bottiche, sondern auch die Kraftmaschine zur Erzeugung der Luft und der
Luftbedarf auf einen Bruchbeil dessen vermindert sind, was bei Anwendung des Zulaufverfahrens
oder des Phasenverfahrens erforderlich wäre.
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Darüber hinaus ist es beim Phasenverfahren unmöglich, innerhalb der
einzelnen Phasen die Nährlösung zu wechseln; man kann also bestenfalls mit einem
Gemisch von Melasse und Getreidemaische arbeiten, da die verbrauchten Nährlösungen
der vorhergegangenen Phasen bis zum Schlusse der Gärung mitgeschleppt werden. Hingegen
ist es beim Wechselverfahren ohne weiteres möglich, in den einzelnen Teilgärungen
ganz verschiedene Maischmaterialien, und jedes für sich, zu vergären, da die verbrauchte
Nährlösung bei jedem Wechselentfernt wird.
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Das Abscheiden der während der Gärung gebildeten Hefe aus der verbrauchten
Nährlösung ist allgemein bekannt und gebräuchlich, aber es handelt sich dabei immer
um ein .endgültiges Entfernen der Hefte aus der Würze als Abschlüß eines Fabrikationsabschnittes,
wobei die gewonnene Hefe entweder als Stellhefe verwendet oder als Versandhefe abgestoßen
wird. Diese Maßnahmen werden bei der Ausübung vorliegenden Verfahrens selbstverständlich
auch angewandt,
darüber hinaus aber werden innerhalb der einzelnen
Fabrikationsabschnitte, also sowohl bei der Herstellung der Stellhefegenerationen
als auch bei der Versandhefegärung, die zur Verfügung stehenden Nährstoffe geteilt
und die verbrauchte Nährlösung in kurzen Zwischenräumen jeweils sofort abgeschieden.
Durch diesen Arbeitsvorgang wird eine Anreicherung der Würze mit schädlichen Salzen
und anderen Schlackenstoffen vermieden. Gegenübler dem bekannten Zulaufverfahren
ist dieser Vorteil besonders @offenkundig; denn bei letztem steigert sich die als
schädlich erkannte Salzkonzentratiion (Alkalisulfate und Hydrosulfate) andauernd
mit dem Fortschreiten des N ährstoffzulaufes.
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Die Verwendung verschiedener Rohstoffe ist nach dem derzeitigen Stande
der Technik auch bereits bekannt, es wurden aber bisher nur Gemische (z. B. Melasse
-f-- Getreide) innerhalb ein und dessielbe n Gärungsabschnittes verwendet und nicht
jeder Rohstoff für sich. Günstigstenfalls konnte man die einzelnen Generationen
mit verschiedenen Rohstoffen vergären. Demgegenüber gestattet das vorliegende Verfahren
die Verwendung verschiedener Rohstoffe und jeden derselben für sich innerhalb ein
und desselben Arbeitsabschnittes zu vergären, weil bei jedem Wechsel die N.ährlösun:g
nicht nur erneuert, sondern auch gewechselt werden kann, so daß die Materialien
getrennt vergoren werden. Alle in dieser Richtung bekannten Verfahren unterscheiden
sich grundsätzlich vom vorliegenden. So z. B. wird in der österreichischen Patentschrift
103 075 :ein Verfahren beschrieben, bei dem. die Fabrikation in zwei Hauptabschnitte
geteilt wird, in die Herstellung einer durch Vermehrung und Darbietung schwer vergärbaren
Nährstoffe geschwächten und daher weniger gärkräft äsen Stellhefe, die im zweiten
Abschnitt, der Versandhefegärung, durch Darbietung besonders leicht assimilierbarer
Nährstoffe verbessert werden soll. Obwohl auch bei diesem Verfahren verschiedene
Rohstioffe verwendet werden, ist der grundlegende Unterschied gegenüber dem Wechselverfahren
klar. Wird doch bei dem angezogenen Verfahren angestrebt, durch zeitweiligen Raubbau
eine möglichst hohe Ausbeute zu erreichen, wobei die Qualität der erzeugten Hefe
zugunsten der Quantität geopfert wird, wogegen gerade solche Maßnahmen beim Wechselverfahren
vermieden werden und größter Wert darauf gelegt wird, der Hefe in allen Phasen der
Gärung ein optimales biologisches Medium zu gewährleisten.
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Auch die Anwendung verschiedener Konzentrationen bei den einzelnen
Generationen ist bekannt; so z. B. pflegt man die Vorgärung mit i o bis 12, die
I. Generation mit 8, die I I. Genieration mit q. bis 6 und die Versandhefe mit a
bis q.°Balling anzustellen. Bei der Anwendung dies Wechselverfahrens kann aber innerhalb
jedes einzelnen Fabrikations; abschnitten anläßlich der Wechsel der Nährlösung die
Konzentration derselben sprungartig geändert werden, wobei man nach Belieben anfänglich
hohe und im Verlaufe des Rohstoffwechsels niedere Konzentrationen anwenden kann
oder umgelehrt bzw. bald hohe und bald niedere Konzentrationen wechselweise.
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An Beispielen sollen die Vorteile der Erfindung rein rechnerisch vor
Augen geführt werden.
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Gegeben sei, daß aus iooo kg Melasse innerhalb i a Stunden bei zwanzigfacher
Verdünnung und einer Luftmenge von 5ocbm Luft je Kubikmeter Flüssigkeit im Gärbottich
und Stunde 70% Nettoausbeute, also 7oo kg Hefe hergestellt werden sollen. Dann braucht
man: i. nach dem Zulaufverfahren a) einen Bottich von 25 ooo 1 Inhalt (2o
ooo 1 Füllung + 5ooo 1 Steigraum für den Schaum), b) 2oX5oX 1z = izooocbm Luft,
c) x 1 Kühlwasser während der Gärung.
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z. nach dem neuem Verfahren, da die Gärung in vier (gegebenenfalls
auch mehr) Teile zerlegt ist, a) einen Bottich von 65001 Inhalt (50001 Füllung -+-
15001 Steigraum), b) 5 X 50 X i z = 3000 cbm Luft, c) x/q.l Kühlwasser während
der Gärung. Die Gärung dauert wohl um dien Zeitverlust länger, dien durch das Schleudern
jeweils entsteht, doch wird der Verlust dadurch eingebracht, daß am Ende der Gärung
nur 5oool Maische zu schleudern sind, während nach dem Zulaufverfahren die ganzen
2ö öoo 1 auf einmal geschleudert werden müssen. Der Kraftaufwand für das Zentrifugieren
ist in beiden Fällen derselbe; der Unterschied besteht nur darin, daß das
Ab-
schleudern derselben Flüssigkeitsmenge nach dem neuen Verfahren in vier
oder mehr Abschnitten bewerkstelligt wird.
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Aus dem Beispiel geht hervor, daß das neue Verfahren äußerst wirtschaftlich
ist; denn es wird nicht nur der Kraftbedarf für die Belüftung auf einen Bruchteil
des bisher nötigten herabgedrückt, es kann auch die gesamte Maschinenanlage und
Apparatur auf ein Viertel der derzeitigen Abmessungen verringert werden, wodurch
die Hefefabrikation bei hochwertigstem Erzeugnis ganz wesentlich verbilligt wird.
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Die Ausbeute läßt sich noch steigern, wenn die Hauptgärung in mehr
als vier Abschnitten
erfolgt bzw. dadurch, daß der Austausch der
verbrauchten Nährlösung in öfterer Reihenfolge vorgenommen wird.
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3. Schüttung: ioookg Melasse und die berechnete Menge Nährsalze oder
5oo kg Melasse -(- 500 kg Getreide -f- Nährsalze, 2ookg Stellhefe.
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Die Stehhefe wird angesäuert und mit z5okg Melasse, welche auf 50001
mit Wasser verdünnt ist (zwanzigfache Verdünnung), durch 3 bis ¢ Stunden mit 5o
cbm Luft pro Stunde und Kubikmeter Würze belüftet. Nun wird durch Schleudern die
verbrauchte Würze von der Hefe abgeschieden und in demselben Bottich oder zweckmäßig
in einem gleich großen Hilfsbottich die Gärung mit weiteren z5okg Melasste unter
denselben Bedingungen fortgesetzt. Nach abermaligem Verbrauch der Zuckerlösung,
nach weiteren ¢ Stunden, wird wieder abgeschieden und die Gärung mit der ganzen
Hefemenge fortgesetzt, wobei weitere 25o kg Melasse oder a5okg Getreide verwendet
werden. Schließlich wird ein viertes Mal die verbrauchte Würze gewechselt, wobei
dann der Rest des Maischmaterial.s verwendet wird. Es ist klar, daß sich am Anfang
crer Gärung, wenn noch wenig neue Hefezellen gebildet sind, mehr Alkohol ergeben
wird. Hingegen wird mit fortschreitender Vermehrung das Nahrungsbedürfnis der Hefe
so groß stein, daß die Alkoholbildung immer geringer wird. Da= durch aber wird die
Hefe in den ersten Teilgärungen außerordentlich gekräftigt, so daß die Hefe trotz
starker Vermehrung am Schlusse eine erhöhte Triebkraft aufweist. Die Nährsalze werden
entsprechend der steigenden Vermehrung der Hefe anfänglich geiznger bemessen und
biet jedem Würzewechsel entsprechend gesteigert.
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Die Eigenart des Verfahrens bringt @es mit sich, daß man trotz hoher
Alkoholausbeuten eine Hefe von normalem, ja sogar äußerst niedrigem Stickstoffgehalt
erzielen kann, da man es in der Hand hat, beim letzten Wür2-ewechsel die Hefe ausschließlich
auf den natürlicher Stickstoff der Melasse bzw. anderer Zuckerlösungen anzuweisen,
wodurch die Hefezellen infolge der Vermehrung von dem eigenen Stickstoffüberschuß
an die Tochterzellen abgeben, so daß man den Eiweißgehalt der Hefe beliebig ändern
kann.
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Vergleichende Backproben, die parallel mit normaler Melassehefe (nach
dem üblichen Zulaufverfahren erzeugt) und mit Delfter Hefe angestellt wurden, haben
ergeben, daß die Triebkraft der nach dem Wechselverfahren hergestellten Hefe, obwohl
nur verhältnismäßig geringe Mengen Getreide verwendet wurden (die Stellhefe wurde
aus reiner Melasse erzeugt), der Delfter Hefe gleichkam bzw. diese oft sogar übertraf,
Hingegen wurde- die Triebkraft der normalen Mela.ssehefe weit übertroffen. Im Geruch
und Charakter erschien die Hefe als Getreidehefe.
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Das neue Verfahren gewährleistet auch eine infektionsfreie Gärung,
da durch das periodische Abschleudern der Maische eine etwa im Entstehen begriffene
Bakterieninfektion hintangehalten wird, weil die leichteren Bakterien beim Schleudern
mit der Würze größtenteils entfernt werden.
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Außerdem gestattet das neue Verfahren auch eine Veredlung von Melassehefe
dadurch, daß man die Nährlösung in den einzelnen Teilgärungen nicht nur erneuert,
sondern .auch wechselt. Man kann beispielsweise zuerst in reiner Melassewürze gären
und entsprechend dem Ergebnis der Berechnung in den weiteren Teilgärungen mit Gemischen
von Getreidemaischen oder mit reinen Getreidemaischen die Gärung fortsetzen oder
beenden, wodurch man eine Hefe von mehr oder minder reinem Getreidehefe Charakter
erhält. Natürlich kann die Hefe auch aus reinen Getreidemaischen hergestellt werden.
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Im. Gegensatz zu dem üblichen Betmaischen. von Getreide zur Melassewürze,
das hauptsächlich bei der Bereitung der Stehhefe vorgenommen wird, wird der Getreideanteil
nach dein neuen Verfahren vollkommen getrennt von der Melasse vergoren, wodurch
der üble Melassegeruch der Hefe vermieden wird, selbst dann, wenn nur kleine Mengen
Getreide mitverwe.ndet werden.
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Es ist wohl bekannt, flüssige Hefe als Stellhefe zu verwenden, doch
wird bei dem varliegenden Wechsielverfahren das Hauptgewicht darauf gelegt, die
schädlichen Stoffwechselprodukte und ungepufferten Alkalisalze während der Gärung
zu entfernen, indem die verbrauchte Nährlösung periodisch durch vollständigen Ersatz
ausgetauscht oder gewechselt wird.
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Vollkrommen neu und überraschend ist an dem Verfahren der Erfindung
die außerordentlich große Kraftersparnis und Verkleinerung der Apparatur auf einen
Bruchteil der bisher üblichen Abmessungen sowie die außergewöhnliche Verbesserung
der Hefebeschaffenheit und der Veredlungsprozeß innerhalb des Wechselverfahrens.
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Es ist auch bekannt, daß Mikroorganismen und besonders Hefen hinsichtlich
ihrer Entwicklung sehr von der Temperatur abhängen und daß sowohl für die schnellste
Vermehrung als auch zur Erzielung bestimmter Eigenschaften optimale Temperaturen
nötig sind. So z. B. erfolgt bei 32 bis 35°C .in der Regel lebhaftes Wachstum,
wohingegen bei 1ä bis 2o°C die diastatischen Enzyme besonders angeregt werden, ohne
daß gleichzeitig
die bei der Hefefabrikation unerwünschten Proteasen
und Lipas@en sich nennenswert entwickeln.
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Auf dieser Erkenntnis beruht die weitere Maßnahme des Verfahrens,
während der Gärung verschiedene Temperaturen anzuwenden, je nachdem, ob zeitweilig
starke Vermehrung oder Begünstigung der Diastasebildung gewünscht wird.
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Diese Temperaturveränderungen können beim Wechselverfahren leicht
durchgeführt werden, indem einfach zum Anstellen des nächstfolgenden Gärungsabschnittes
kälteres oder wärmeres Wasser benutzt wird. Gegenüber dem bekannten Anstellverfahren
oder dem Zulaufverfahren ist das ein großer Vorteil, weil Temperaturerniedrigungen
während der Gärung erhebliche Kühlwassermengen und damit erhöhten Kraftbedarf erfordern,
während das Anwärmen kalter Maischen während der Gärung biologische Schädigungen
der Hefezellen verursachen kann.