Titel: Pampe, über Schaumgährung in der Spiritusfabrikation.
Autor: Pampe, F.
Fundstelle: 1883, Band 248 (S. 76–83)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj248/ar248035

Beitrag zur Lösung der Schaumgährungsfrage in der Spiritusfabrikation; von F. Pampe in Halle a. S.

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.

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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 |78| 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 |79| 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 |80| 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.

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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.

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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 |83| 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.)

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