DEP0003304DA - Verfahren zur Verhefung von schwer vergärbare Zucker enthaltenden Lösungen - Google Patents

Description

Bei der Spritzgewinnung aus Nadelholzsulfitablaugen wird hauptsächlich aus den Hexosen unter Abspaltung von Kohlensäure Alkohol gebildet. Außerdem konnte man aus Hexosen, die meist aus Rübenzucker und Melassen stammten, Wuchshefe für Nähr- oder Futterzwecke züchten. Später ist es ebenfalls mit den Schimmelpilzen Oidium Lactis oder mit Torula-Wildhefen gelungen, die unvergärbar gehaltenen Zucker, vor allem Pentosen der Buchenholzsulfitablauge, Holzzuckerwürzen u.dgl. zu verhefen, und zwar sowohl zur Herstellung von Nährhefe als auch von Backhefe (deutsche Patentschrift 569 140 und norwegische Patentschrift 38 584).

Die Erzeugung von Backhefe aus Sulfitablauge gelang mit Saccharomyces-Rassen, die als Kulturhefen aus den Brauereihefen entwickelt wurden. Hierbei wurde eine von der Hauptmaische gesondert geführte Stellhefe in pflanzlichen Nährstoffen, wie z.B. Malzkeimen, Melasse usw., gezüchtet (deutsche Patentschrift 580 339). Neben jenen Heferassen schlug man zur Gewinnung von Back- und Futterhefen auch

Gärungsprodukte aus Azetobacter und Clostridium vor, welche in sterilisierter und gekühlter Lauge unter reichlicher Luftzufuhr bei fast neutraler Reaktion zur Gärung angesetzt wurden. Die Entfernung der rasch wachsenden Hefe erfolgte kontinuierlich. (Zeitschrift für Papier, Pappe, Zellulose und Holzstoff 1940, Seite 102).

Nach weiteren Forschungen sollen ebenfalls Hefepilze von Algen des Murmanstrandes isoliert, genannt Monilia murmanica, teilweise Pentosen neben Glukose, Lävulose, Saccharose, Laktose und Maltrose verwerten. Nach Versuchen wurden mit dieser Rasse bei starker Belüftung Hydrolysate von Maiskolben und Stroh in Futterhefe umgesetzt (Microbiologie der UdSSR. Vol. 4, 1935 p. 86-95, Ref. in "Zentralblatt für Bakteriologie" II. Abt. Bd. 94, S. 354/355).

Trotz dieser Erkenntnisse neigte man bis heute zu der Auffassung, daß die Saccharomyces-cerevisiae Heferassen in der Hauptsache einfache Hexosen vergären und Pentosen nur bis zu etwa 10% ausnutzen.

Bei der Auswahl neuer Heferassen für einen bestimmten gewerblichen Zweck muß die ausgewählte Hefe durch passende Behandlung und Kontrolle ihres physiologischen Zustandes zur Entfaltung und Erhaltung ihrer Höchstleistungen gebracht werden. Die Anwesenheit sowie der Wirkungsgrad der verschiedenen Enzyme und Enzymgruppen beeinflussen nämlich je nach Art und Menge und je nach dem Grad ihrer Aktivität die verschiedenen Funktionen der Hefe.

Unter Berücksichtigung dieser bekannten Gesichtspunkte konnte gefunden werden, daß auch mit Saccharomyces-cerevisiae Heferassen (Kulturhefen) Pentosen, Oligosaccharide und andere schwer vergärbare Zuckerarten bis zu 90-95% zum Zwecke der Herstellung von Backhefe dann verhefbar sind, wenn eine Anpassung dieser Kulturhefen an die Verhefungsflüssigkeit und Führung der ersten Verhefung in verdünnter Flüssigkeit ohne jegliche pflanzliche Nahrung erfolgt, während bei der eigentlichen Verhefung mit Sauerstoffträgern oder Luftzuführungen gearbeitet wird, welche eine derart feinste Verteilung gestatten, daß man mit einem Luftbedarf unter 15 m(exp)3 Luft pro kg Hefetrockensubstanz auskommen kann.

Der Luftbedarf beträgt bei stillstehenden normal perforierten Körpern 40-60 m(exp)3 pro kg Hefetrockensubstanz und bei verbessertem Feinbelüftungsverfahren, z.B. nach Patent Vogelbusch ca. 25-30 m(exp)3/pro kg Hefetrockensubstanz. Nach der Erfindung kommen Lüftungsverfahren nach den deutschen Patentschriften 744 678 und 759 121 zur Verwendung, bei denen die Luft so intensiv mit der Nährflüssigkeit vermischt wird, daß kein Schaum mehr entsteht, sondern der ganze Bütteninhalt zu einer Luft-Flüssigkeitsemulsion umgewandelt wird. Hierdurch ergibt sich einerseits eine erhebliche Verminderung des Luftbedarfes auf 5-10 m(exp)3 pro kg Hefetrockensubstanz, d.h. auf 1/3 - 1/4 des bisherigen Luftbedarfes und andererseits eine besondere intensive Sauerstoffübertragung auf die Hefe, wodurch deren Vermehrung außerordentlich beschleunigt wird.

Diese Verfahren gestatten außerdem eine vollkommen kontinuierliche Arbeitsweise.

Die zur Verhefung verwendeten Saccharomyces-cerevisiae Heferassen müssen durch geeignete Kulturen für die in Frage kommende Nährflüssigkeit geeignet gemacht werden. Als Nährflüssigkeit dienen Ablaugen der Zellstoffherstellung, z.B. Buchensulfitablauge, Holzzuckerwürzen, Vorextrakte des Sulfitverfahrens oder sonstige zuckerhaltige Flüssigkeiten. Die Anfangsverhefung wird zunächst in verdünnter Flüssigkeit (bei Buchensulfitablauge ca. 1 : 6) ohne jegliche zusätzliche pflanzliche Nahrung einige Tage geführt und dann auf unverdünnte Flüssigkeit unter Zugabe der üblichen Nährsalze umgestellt. Diese Haupt-Verhefung erfolgt dann kontinuierlich, wobei ständig die bereits verhefte Flüssigkeit abgezogen und neue unverhefte Flüssigkeit zugeführt wird. Es kann damit gerechnet werden, daß bei eienr kontinuierlichen Verhefung ohne Vorbereitung von Zuchthefe in besonderen Nährlösungen nach etwa 2 Wochen eine ständige Konzentration und Hefeausbildung erreicht ist, welche eine verkaufsfähige Backhefe mit hoher Triebkraft ergibt. Es können auch Aktivatoren zur Übertragung des Sauerstoffes der Luft herangezogen werden, welche sich entweder in der Hefe selbst bilden, oder von außen, z.B. in Form eines geeigneten Salzes, hinzugefügt werden /(NH(sub)4)(sub)2, HPO(sub)4, K(sub)2SO(sub)4, KMnO(sub)4, MnSO(sub)4, FeSO(sub)4./

Die abgezogene Hefe wird zweckmäßig nach der zweiten Separation mit 0,1-0,05% Melasselösung gewaschen. Von den Saccharomyces-cerevisiae Heferassen (Kulturhefen) können für den vorliegenden Sonderzweck verschiedenartige Stammrassen herangezüchtet werden, welche für Bierhefen oder Brennerei- und Preßhefen bekannt geworden waren.

Zu erwähnen sind z.B. Heferasse I, II, XVII, eine von den 4-5 Rassen der Mischrasse M, u.U. auch Monilia Sch.

Chemisch ist der Vorgang der Verhefung von Oligosacchariden wohl so zu erklären, daß gewisse Heferassen bei genügender Sauerstoffzufuhr ein Enzym zur Wirkung kommen lassen, das die Oligosaccharide in verhefbare Monosaccharide aufspaltet.

Versetzt man wässrige Vorextrakte nach Klärung, Neutralisation und Zusatz von Nährsalzen mit einer Saccharomyces-cerevisiae Rasse, so stellt man fest, daß der Gehalt der Lösung an reduzierender Substanz zunächst zunimmt, während er normalerweise bei einer Verhefung entsprechend der Abnahme des Zuckergehaltes abnimmt. Dieser zunächst überraschende Befund kann wohl nur dadurch erklärt werden, daß die enzymatische Aufspaltung der Oligosaccharide schneller verläuft als die Verhefung der durch die Spaltung gebildeten Monosaccharide.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die aus den Hefebütten abgezogene Hefeemulsion vor dem Schleudern in eine nur schwach belüftete Vorratsbütte einlaufen zu lassen und dort einige Stunden, vornehmlich 2-8 Stunden, zu belassen. Es genügen für die Zuführung von Luft in den Nachbehandlungsbütten beispielsweise die bekannten perforierten Rohre. Bei dieser verminderten Nachbelüftung ohne Nährsalzzugabe soll sich die Hefe nicht mehr vermehren, sondern nur der überschüssige Stickstoffgehalt etwa um den Betrag an Reserveeiweiß vermindert werden. Gleichzeitig tritt eine Entgasung ein, so daß hierzu besondere Schleudervorrichtungen erspart werden.

Wie Versuche ergaben, kann die Haltbarkeit der Hefe wesentlich erhöht werden. Auf die Triebkraft übt der eine bestimmte Grenze übersteigende Stickstoffgehalt keinen Einfluß mehr aus, sondern nur die Haltbarkeit der Hefe wird durch einen überhöhten Stickstoffgehalt vermindert.

Beispiel:

In einer Versuchs-Gärhütte für 30 Liter Inhalt kommt Buchenholzsulfitablauge zur Verhefung, welche 36 gr RS (reduzierende Zucker) je Liter Ablauge enthält. Die Ablauge wird mit Wasser verdünnt und zwar kommen 57 Liter Wasser auf 3 kg Aussaathefe. Als Aussaathefe dient Hefe der Rasse I. Nach dem Zusatz von Nährsalzen wird der p(sub)H-Wert auf 5,5 eingestellt bei einer Gärtemperatur von 30°C.

Die Gärbütte ist mit einer Lüftungseinrichtung gemäß den deutschen Patentschriften 744 678 und 759 121 versehen, bei welcher der Luftbedarf ca. 5-10 cbm für 1 kg Hefetrockensubstanz beträgt. Es werden bei dieser Lüftung 30 Liter Ablauge in etwa 90 Liter Ablauge-Emulsion umgewandelt, d.h. in der Emulsion befinden sich 2/3 Luft. In kontinuierlichem Betrieb führt man pro Stunde 12 Liter Buchenholzablauge mit Nährsalzen zu und zieht in der gleichen Zeit ebensoviel Hefeemulsion ab. Diese wird nach der deutschen Patentschrift 752 725 in besonderen Emulsions-Schleudern entlüftet und anschließend in Hefe und Schlempe getrennt, sowie getrocknet. In 12 Liter Hefemilch sind 12.36 = 432 gr RS enthalten und diese ergeben 180 gr Trockenhefe, was pro Stunde einer Ausbeute an Hefetrockensubstanz von 180:432 = 43% entspricht. Der Restzuckergehalt beträgt 10%. Die Triebkraft der verarbeiteten Backhefe ist 35 Minuten nach der Backprobe.

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Claims (2)

1.) Verfahren zur Verhefung von Pentosen, Oligosacchariden und anderen schwer vergärbaren Zuckerarten, vornehmlich in Ablaugen der Zellstoffherstellung, Holzzuckerwürzen, Vorhydrolysaten usw., dadurch gekennzeichnet, daß Saccharomyces-cerivisiae Heferassen (Kulturhefen) verwendet werden und nach ihrer Anpassung an die Verhefungsflüssigkeit und Führung der ersten Verhefung in verdünnter Lösung ohne zusätzliche pflanzliche Nahrung die eigentliche Verhefung in kontinuierlichem Verfahren mit Sauerstoffträgern oder Luftzuführungen erfolgt, welche eine derart feinste Verteilung gestatten, daß man unter 15 m(exp)3 Luft pro kg gebildete Hefe auskommt.

2.) Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Hefebütten abgezogene Hefeemulsion vor dem Schleudern in eine schwach belüftete Vorratsbütte für einige Stunden, vornehmlich für 2-8 Stunden verbracht wird.