Titel: | Beitrag zur Lösung der Schaumgährungsfrage in der Spiritusfabrikation; von F. Pampe in Halle a. S. |
Autor: | F. Pampe |
Fundstelle: | Band 248, Jahrgang 1883, S. 76 |
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Beitrag zur Lösung der Schaumgährungsfrage in der
Spiritusfabrikation; von F. Pampe in Halle a. S.
Pampe, über Schaumgährung in der Spiritusfabrikation.
Seit längerer Zeit, vornehmlich aber im Laufe der letzten Jahre, sind mehrseitig
Anstrengungen gemacht worden, die Ursachen der Schaumgährung festzustellen und
wirksame Mittel zu ihrer Bekämpfung herauszufinden. Besonders in der
Versuchsbrennerei des deutschen Vereins der Spiritusfabrikanten wurden im Winter
1878/79 umfangreiche Versuche gemacht, die aber doch nicht zu recht befriedigenden
Resultaten führten (vgl. 1879 234 404). Im Wesentlichen
wurde empfohlen, beim Eintreten von Schaumgährung mit dem Maischmaterial zu
wechseln, Hafermalz zuzusetzen und unter Hochdruck gedämpften Mais zuzumaischen; die
Ursachen der Schaumgährung wurden aber nicht erklärt.
Der Umstand, daſs es für das praktische Brennereigewerbe von bedeutendem Werth ist,
daſs die Schaumgährungsfrage gelöst werde, veranlaſste mich, derselben meine
Aufmerksamkeit zu widmen, und erlaube ich mir, nachstehend meine Untersuchungen der
Oeffentlichkeit zu übergeben.
Beschaffenheit der Maische während der
Schaumgährung.
Sind die Hefenzellen in der Gährflüssigkeit eingemischt und beginnt ihre Zersetzungs-
und Fortpflanzungsthätigkeit, so wird die entwickelte Kohlensäure zuerst von der
Flüssigkeit aufgenommen, bis dieselbe damit vollkommen gesättigt ist. Bei
fortschreitender Gährung wird in der näheren Umgebung der Hefenzellen ein Zustand
der Uebersättigung erreicht, der sich so weit vergröſsert, bis an diesen Stellen
kleine Kohlensäurebläschen gebildet werden. Wäre die Cohäsion zwischen den
Flüssigkeitsmolecülen nicht wirksam, so würden die Kohlensäurebläschen sofort nach
ihrem Entstehen in Folge des Auftriebes zur Oberfläche der Flüssigkeit steigen und
zerplatzen, wie dies bei Gährung der einfachen Zuckerlösungen geschieht. Ist die
Cohäsion der Gährungsflüssigkeit verhältniſsmäſsig groſs, so werden die gebildeten
kleinen Bläschen so lange verhindert, ihre Stelle innerhalb der Maische zu
verlassen, bis sich ihr Durchmesser genügend vergröſsert hat; denn je gröſser der
Durchmesser, um so mehr steigt ihre Fähigkeit, die Cohäsion der Maische zu
überwinden, da der Auftrieb mit der 3. Potenz vom Radius, der Widerstand mit dem
Quadrate desselben zunehmen. Je gröſser die Cohäsion der Gährungsflüssigkeit ist, um
so gröſser werden auch die Kohlensäurebläschen vor dem Beginn ihrer Bewegung nach
der Oberfläche sein.
Denken wir uns nun, es habe sich nahe dem Boden eines Gährbottiges ein so groſses
Bläschen gebildet, daſs es aufwärts zu steigen beginnt, so wird dasselbe auf seinem
Wege bis zur Oberfläche alle diejenigen Kohlensäurebläschen aufnehmen, in deren Nähe
es kommt. Je gröſser die einzelnen Bläschen bezieh. die Cohäsion der Flüssigkeit und
die Zahl der Bläschen bezieh. die Intensität der Gährung sind, um so gröſser wird
auch die Summe – die Blase – sein, welche die Oberfläche erreicht.
Daſs die groſsen Blasen sofort platzen, sobald sie die Oberfläche erreichen, wissen
wir aus Erfahrung. Innerhalb der Kohlensäureblase befindet sich eine gewisse
Spannung, welche von dem Druck der sie umgebenden Flüssigkeit abhängig ist; dieser
Druck wird um so gröſser sein, je weiter die Blase von der Oberfläche entfernt ist.
Während des Aufwärtssteigens der Blase vermindert sich auch der Druck innerhalb
derselben und es erfolgt zu gleicher Zeit eine Ausdehnung der Blase. Ist die
Geschwindigkeit beim Aufwärtssteigen gröſser, so wird die Ausdehnung der Blase und
Druckverminderung innerhalb derselben nicht schnell genug vor sich gehen und der
Druck, sobald dieselbe an die Oberfläche tritt, gröſser sein. Der gröſsere
Durchmesser sowohl, als die gröſsere Spannung verursachen das Platzen der Blase und
die gröſsere Cohäsion ist nicht wirksam genug, um dies zu verhindern. Wer
Gelegenheit gehabt hat, den Gährungsprozeſs in Brennereien zu beobachten, muſs die
Uebereinstimmung dieser Auseinandersetzungen mit der praktischen Erfahrung
zugeben.
Je nachdem nun die Kohlensäureblasen gröſser oder kleiner sind, wird durch ihr
Aufsteigen an die Oberfläche die Gährungsflüssigkeit in eine mehr oder weniger
starke Bewegung versetzt. Nach den dabei hervortretenden Bewegungserscheinungen
unterscheidet man: die wälzende Gährung, die steigende und fallende Gährung, die Schaumgährung und die Deckengährung.
Die wälzende Gährung entsteht dadurch, daſs an einzelnen
Stellen besonders groſse Kohlensäureblasen aufwärts steigen und die
Gährungsflüssigkeit allmählich in eine Bewegung versetzen, welche derjenigen einer
siedenden Flüssigkeit sehr ähnlich ist. Liegen mehrere solche Stellen nahe an
einander, so vereinigen sich dieselben leicht zu einem Streifen, auf welchem die
Maische während längerer Dauer ununterbrochen aufwärts steigt und die Kohlensäure in
einem Strome mit sich fort- und abführt. Die Hauptursache dieser Gährungserscheinung
ist die groſse Cohäsion der Gährungsflüssigkeit und die Intensität der Gährung. Die
entwickelte Kohlensäure kann aus der Maische darum nicht entweichen; es erfolgt
zuerst ein Zustand hoher Uebersättigung und dann eine sehr heftige
Kohlensäure-Entwickelung, die eine wälzende Bewegung der Maische hervorruft. Ist
diese Bewegung erst vorhanden, so verschwindet dieselbe nicht sobald; denn es wird
an die Stelle des Gährbottigbodens, wo Maische und Kohlensäure aufsteigen, immer frische, mit
Kohlensäure übersättigte Maische hingeführt.
Steigende und fallende Gährung. Ist die Cohäsion der
Maische etwas geringer, so wird dieselbe dem Bestreben der Kohlensäurebläschen, sich
auszudehnen, weniger widerstehen können und dem entsprechend der Raum, welchen die
Maische im Gährbottig einnimmt, gröſser werden. Während dieser Vergröſserung des
Volumens steigert sich aber auch der Zustand der Uebersättigung der Maische durch
Kohlensäure so weit, daſs von allen Stellen des Gährbottiges Kohlensäureblasen
aufsteigen, die auf ihrem Wege bis zur Oberfläche die gesammten Bläschen der
Umgebung aufnehmen. Hierdurch werden dieselben entfernt und der Raum, welchen die
Maische im Bottig einnimmt, kleiner. Die Höhe der Gährungsflüssigkeit fällt in Folge
dessen und steigt erst wieder, wenn sich die genügende Menge Kohlensäure entwickelt
hat. Ist die Gährung genügend stark, die Cohäsion aber nur sehr wenig geringer als
bei der wälzenden Gährung, so kommt es vor, daſs die Kohlensäureblasen die Maische
bis 0m,5 hoch emporschleudern.
Die wälzende Gährung und die steigende und fallende Gährung treten niemals ganz
getrennt auf, sondern kommt es bei der ersteren ebenso vor, daſs einzelne Blasen
aufsteigen und an der Oberfläche zerplatzen, wie es auch bei der steigenden und
fallenden Gährung vorkommt, daſs an einzelnen Stellen die Bewegung der Maische
heftiger wird und ein Wälzen entsteht.
Schaumgährung. Ist die Cohäsion der Gährungsflüssigkeit
nur sehr gering, so werden die Kohlensäurebläschen viel früher an die Oberfläche
treten können und es wird auch ihre Vergröſserung auf dem Wege zur Oberfläche nur
sehr gering sein, das Bläschen am Ende des Weges nur einen sehr geringen Durchmesser
haben. Ist die Gährung stark, so daſs sich sehr schnell ein Bläschen an das andere
anreiht, bevor die früher gebildeten zerplatzen können, so wird der Bottig mit der
Zeit bis zum oberen Rande ganz mit Schaum angefüllt werden und letzterer
schlieſslich überflieſsen.
Wo nach dem Maischraume besteuert wird, darf die überflieſsende Maische nicht wieder
in den Bottig zurück geschüttet werden; das Eintreten von Schaumgährung ist daher
stets mit groſsen Verlusten verbunden. Ich habe schon oft genug die Ansicht
aussprechen hören, daſs bei Schaumgährung in Bezug auf Verjährung gute Resultate
erzielt werden können; es ist diese Auffassung auch von M.
Delbrück bestätigt worden. Ich gebe zu, daſs bei der Schaumgährung die
Vergährung eine gute sein kann, aber nicht, daſs bei der Schaumgährung für die
Gewichtseinheit Stärke eine hohe Ausbeute erzielt wird, worauf es doch nur ankommt.
Es liegt dies nicht daran, daſs mit der Schaumgährung immer Nebengährungen,
Säurebildungen u. dgl. vorkommen, sondern weil mit der Schaumgährung stets eine groſse Hefenentwickelung verbunden ist. Zur Bildung der Hefezelle wird aber
Zucker verbraucht und dem entsprechend weniger Alkohol erzeugt. Im Gegensatz zu Delbrück's Ansicht muſs ich die Schaumgährung für
diejenigen Brennereien, die nicht Preſshefe fabriciren, als eine krankhafte Gährung
bezeichnen, trotzdem ich sehr wohl weiſs, daſs bei der Schaumgährung Säurebildung
und Vergährung normal sein können. Für Preſshefenfabriken ist die Schaumgährung eine
gesunde Gährung, weil es dort nicht so sehr auf die Spiritus-, als eben auf die
Preſshefegewinnung ankommt (vgl. 1879 234 404).
Delbrück behauptet, daſs bei der Schaumgährung die
Cohäsion der Gährungsflüssigkeit gröſser als bei der steigenden und fallenden oder
der wälzenden Gährung ist, und glaubt dies dadurch begründen zu können, daſs die
Kohlensäureblasen sehr viel schwerer platzen. Diese Annahme führte Delbrück später auch dazu, daſs er den Zusatz von Leim
für Preſshefenmaischen als Hefenauftriebmittel glaubte empfehlen zu können. Der
Zusatz von Leim bewirkt in jedem Falle eine Vergröſserung der Cohäsion und
Beseitigung der Schaumgährung, also auch Beseitigung des Hefenauftriebes, und wirkt
auſserdem nachtheilig auf den Geruch des Destillates, was auch nicht unterschätzt
werden darf. Meiner Ansicht nach ist bei der Schaumgährung die Cohäsion der
Gährungsflüssigkeit geringer als bei der steigenden und fallenden oder wälzenden
Gährung.
Bei der sogen. Deckengährung ist die Cohäsion der
Gährungsflüssigkeit sowohl, als die Intensität der Gährung geringer; es zerplatzen
daher diese Kohlensäureblasen trotz ihres geringen Durchmessers sehr leicht. Es
bildet sich zwar auch etwas Schaum; doch wirkt derselbe nicht hinderlich. Diese
Gährungsform kommt vorzugsweise bei Melassenmaischen vor, auſserdem noch bei
Maischen aus geschrotenem Mais; die Ursachen sind aber in beiden Fällen
ungleich.
Ursache der verschiedenen Beschaffenheit der
Maische.
Nur diejenigen Stoffe können auf die Gröſse der Cohäsion der Maische einen Einfluſs
ausüben, welche die Gährungsflüssigkeit in genügendem Maſse aufgelöst enthält. Es
sind dies die Maltose bezieh. andere Zuckerarten, Dextrin, Stickstoffverbindungen
und Fette, oder deren Zersetzungsproducte, Glycerin und Fettsäuren.
Die Schaumgährung tritt gewöhnlich je nach der Höhe der Anstelltemperatur 10 bis 24
Stunden nach dem Vermischen von Hefe und Maische ein, zuweilen auch früher, nachdem
die Hefebildung schon ziemlich weit vorgeschritten, so daſs die Stärke der Gährung
auch beträchtlich geworden ist, und nachdem die Maische eine gewisse Zeit hindurch
den Temperaturen von 23 bis 27° ausgesetzt gewesen war. Sie erreicht ihren
Höhepunkt, wenn die Hefebildung sich dem Ende nähert und daher auch am stärksten
ist. Sie nimmt mit der Intensität der Gährung wieder ab und auch, nachdem die
Cohäsion der Maische durch die Stickstoff haltigen Rückbildungsproducte der Hefe vergröſsert worden
ist.
Der Maltose- und der Dextringehalt ist während der Dauer des Schaumgährungszustandes
sehr verschieden, so daſs bei Maischen von ganz ungleicher Concentration der
Maltose- und Dextringehalt, wenn auch in ganz verschiedenen Zeitperioden, gleich
sein wird; es können daher diese beiden Stoffe auf die Gährungsformen nur einen ganz
geringen Einfluſs ausüben; auſserdem ist es auch erwiesen, daſs selbst ganz
concentrirte Maischen in Schaumgährung übergehen.
Die Fette werden von der Maische nicht aufgelöst und in den Kartoffelmaischen kann
Fett in keinem Falle die verschiedenen Gährungsformen hervorrufen.
Zersetzungsproducte des Fettes können, wenn dieselben auch in der Maische aufgelöst
werden, die Gährungsform nicht beeinflussen, weil ihre Menge zu gering ist. Es
bleibt also nur noch der verschiedene Gehalt an Stickstoffverbindungen, welcher auf
die Gährungsform Einfluſs nehmen kann. Die Annahme, daſs concentrirte Maischen
weniger zur Schaumgährung neigen, ist nur darum nicht ganz unrichtig, weil mit der
Concentration auch gewöhnlich der Gehalt an Stickstoff Verbindungen zunimmt.
Die Stickstoffverbindungen, welche die Maische aufgelöst enthält, sind sehr
verschieden; sie können die Cohäsion der Maische vergröſsern und auch vermindern, je
nachdem dieselben direkt als Hefenährmittel dienen oder nicht. Durch den Gehalt an
Asparagin, welches direkt ein vorzügliches Hefenährmittel ist, wird die Cohäsion der
Gährflüssigkeit beträchtlich vermindert; ähnlich verhalten sich auch andere
Amide.
Die Erfahrung, daſs durch schärferes und gleichmäſsiges Dämpfen der Kartoffeln die
Schaumgährung mit Erfolg bekämpft worden ist und daſs durch die schwer gar zu
dämpfenden gefrorenen Kartoffeln Schaumgährung hervorgerufen wird, bezeugen die
Richtigkeit dieser Ansicht. Durch das Dämpfen der Kartoffeln werden die
Stickstoffverbindungen offenbar verändert, so daſs dieselben dann nicht mehr direkt
als Hefenährmittel dienen, sondern durch die Stickstoffverbindungen verändernden
Fermente dazu wieder geeignet gemacht werden müssen.
G. Gorup-Besanez hat die Existenz der Peptase
nachgewiesen und nach den hervortretenden Erscheinungen ist deren Vorhandensein
bezieh. auch anders gearteter, Stickstoffverbindungen verändernder Fermente
zweifellos. Die Annahme, daſs die Stickstoff Verbindungen in der Hefenmaische keine
Veränderung erleiden, kann wohl als unbegründet bezeichnet werden. Es ist eben sehr
schwierig, die Menge der assimilirbaren Stickstoffverbindungen dadurch zu bestimmen,
daſs man die durch die Hefebildung absorbirte Menge feststellt, weil es vorläufig
noch nicht möglich ist, die Menge der Rückbildungsproducte anzugeben, und daſs diese
nicht so ganz gering ist, geht aus der Veränderung der physikalischen Beschaffenheit
der Maische nach der Hauptgährung hervor.
Die Albumine sowohl, als auch die verschiedenen Fermente verhalten sich ganz
verschieden; einige werden bei niederer, andere bei höherer Temperatur gelöst und
ebenso auch bei verschiedenen Temperaturen coagulirt. Die verschiedenen Fermente
wirken auch bei verschiedenen Temperaturen und es ist durchaus nicht anzunehmen,
daſs die Veränderung der Stickstoffverbindungen immer durch dieselbe Fermentart
erfolgt. Daſs sie durch das Milchsäureferment selbst ausgeführt wird, kann durchaus
nicht richtig sein; denn es ist durch die Praxis mehrfach erwiesen, daſs unter sonst
gleichen Verhältnissen und auch bei gleichem Milchsäuregehalt die Vorbereitung der
Stickstoffverbindungen für die Hefebildung eine ganz verschiedene sein kann. Es ist
aber nicht unmöglich, daſs die Milchsäure eine vollkommenere Auflösung gewisser
Albumine bezieh. Stickstoffverbindungen hervorrufen und diese in Folge dessen
leichter von den Fermenten beeinfluſst werden (vgl. 1882 244 448).
Vorläufig können wir nur die allgemeinen in der Praxis hervortretenden Erscheinungen
zu sicheren Schlüssen benutzen und diese zeigen, daſs nicht nur in der Hefenmaische,
sondern auch in der Hauptmaische und selbst während der Gährung physikalische
Veränderungen der Stickstoffverbindungen vor sich gehen.
Verhinderung der Schaumgährung.
Durch das Auflösen der Stickstoffverbindungen wird im Allgemeinen die Cohäsion der
Maische vergröſsert, durch Ueberführen eines Theiles in assimilirbare Form wird die
Cohäsion vermindert. Um der Schaumgährung entgegen zu treten, wird man daher einen
möglichst groſsen Theil lösen und einen geringen, zur Hefebildung gerade nöthigen
Theil peptonisiren müssen. Um die Schaumgährung hervorzurufen, wird man von den
gelösten Stickstoffverbindungen so viel als möglich peptonisiren oder, wenn
dieselben ursprünglich in assimilirbarer Form vorhanden waren, vermeiden, daſs sie
in andere Form übergehen. Bei dem alten Verfahren trat viel häufiger Schaumgährung
auf, weil die physikalische Veränderung der Stickstoffverbindungen, durch welche die
Cohäsion vergröſsert wird, nicht in dem Maſse erfolgte wie bei dem
Hochdruckverfahren. Bei dem Verarbeiten von Rosenkartoffeln trat dies ganz besonders
scharf hervor. Nicht stark gedämpfte Rosenkartoffeln geben vornehmlich im August
immer Schaum, wenn man sich nicht noch anderer Mittel gegen die Schaumgährung
bedient, welche später angeführt werden sollen.
Die Peptonisirung ist dadurch in bestimmten Grenzen zu halten, daſs eine geringere
Menge Stickstoffverbindungen veränderndes Ferment in die Haupt- und Hefenmaische
geführt wird. In die Hauptmaische kann dasselbe entweder durch das Malz, oder durch
die Hefenmaische geführt werden; wir müssen daher beiden in solchen Fällen unsere
besondere Aufmerksamkeit zuwenden.
Wenn man der Schaumgährung entgegen wirken will, so muſs bei der Behandlung des
Malzes selbstverständlich zunächst die peinlichste Reinlichkeit im Malzkeller
herrschen; dennoch ist die Ansicht falsch, daſs der Mangel an Reinlichkeit immer die
Ursache von Schaumgährung ist. Läſst man das Malz etwas lange weichen, so wird
offenbar ein gröſserer Theil der löslichen Bestandtheile gelöst und dadurch mehr
Nahrung für die Entwicklung der im Korn enthaltenen Fermente erzeugt. Kommt nun das
Korn in eine für die Entwicklung gewisser Fermente günstige Temperatur, so müssen
dieselben sich schnell und in groſser Zahl entwickeln. Durch die Erfahrung ist dies
aber auch bewiesen; denn es ist durch die Verkürzung der Weichezeit die
Schaumgährung wirksam bekämpft worden, ebenso aber auch dadurch, daſs man sich
bemüht hat, das Malz bei möglichst niederer Temperatur zu führen. Die Temperatur von
22° sollte niemals überschritten werden; dennoch kommt es in Brennereien vor, daſs
die Temperatur des Malzes beim Wachsen auf 30° und noch höher steigt. Daſs sich in
solchem Falle die Stickstoffverbindungen verändernden und ebenso die antiseptisch
wirkenden Säurefermente in groſser Menge entwickeln werden, ist wohl natürlich. Alle
diese Fermente, die im Getreidekorn offenbar von Hause aus enthalten sind,
entwickeln sich in geringerem Maſse auch schon bei niederer Temperatur; mit Zunahme
der Temperatur steigert sich aber die Menge ganz wesentlich. Um das Malz in den
Temperaturen von 15 bis 22° zu führen, ist es nicht nöthig, sehr niedrige Beete zu
machen, sondern nur, das Malz öfter umschaufeln zu lassen.
Durch die richtige Ausführung des Mälzens wird man also verhindern können, daſs ein
Ueberschuſs von Peptase in die Maische gelangt, auſserdem auch durch Verminderung
der zum Verzuckern und zur Hefe verwendeten Malzmenge bis zu der für die
Verzuckerung noch nicht schädlichen Grenze. In den Preſshefenfabriken, wo es ganz
besonders darauf ankommt, Schaumgährung zu erzeugen, möglichst viel gelöstes Eiweiſs
zu peptonisiren, wird ganz besonders viel Malz verwendet. Bei dem
Verzuckerungsprozeſs kann zwar keine Wirkung der sogen. Eiweiſs verdauenden Fermente
erfolgen, wohl aber durch den verschiedenen Verlauf desselben die spätere
Peptonisirung begünstigt werden, je nachdem während desselben Luft bezieh.
Sauerstoff der Maische zugeführt wird oder nicht; denn durch die Sauerstoffzuführung
wird das Wachsthum dieser Fermente befördert. Es ist indessen ein Irrthum, wenn man
glaubt, daſs mit der Luft eine so groſse Menge Fermente in die Maische geführt wird,
daſs dadurch schlechte Gährung verursacht werden muſs; nur in ganz abnormen Fällen
kann dies geschehen.
Daſs die Luftzuführung während des Maischens in jedem
Falle ein Fehler ist, bestreite ich, da man es in der Hand hat, die zu weit
gehende Peptonisirung zu verhindern. Wenn die Hefebildung ungenügend ist, wird die
Luftzuführung sogar vortheilhaft sein. Es erklärt sich hierdurch auch die Thatsache, daſs bei den
Parallel versuchen mit den Apparaten von Ellenberger
und Hollefreund mit dem ersteren bessere Resultate
erzielt wurden. Hat man es in der Hand, mehr oder weniger oder auch gar keine Luft
zuzuführen, so ist man in der Lage, auf die Gährung einen gewissen Einfluſs
auszuüben, die günstigste Gährungsform sicher zu stellen. Der von mir beschriebene
Maischapparat (1879 234 * 123) ist seit 3 Jahren derartig
eingerichtet und zieht die Luft nicht aus dem Apparatraum, sondern frische Luft von
auſserhalb des Brennereigebäudes.
(Schluſs folgt.)