Hefe und Alkohol sowie andere Gärungsprodukte

673 Pages·1955·26.77 MB·German

by  Dr. Hermann Kretzschmar (auth.)

Hefe und Alkohol
Hefe und AII(ohol
sowie andere Garungsprodukte
Von
Dr. Hermann Kretzschmar
Beratender Chemiker, Berlin
Mit 176 Abbildungen und 3 Tafeln
Springer-Verlag
Berlin I Gottingen / Heidelberg
1955
ISBN-13: 978-3-642-49041-5 e-ISBN-13: 978-3-642-92650-1
DOl: 10.1007/978-3-642-92650-1
Aile Rechte, insbesondere das der Ubersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten.
Ohne ausdriickliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet,
dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege
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Copyright 1955 by Springer-Verlag OHG., Berlin.Giittingen/Heidelberg.
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1955
Vorwort.
Die letzte umfassende Darstellung der Hefetechnik hat W. KIBY iill
Jahre 1912 im Handbuch der PreBhefenfabrikation gegeben. In weitem
Abstand folgte dann im Jahre 1929 das Handbuch der Spiritusfabrikation
von G. FOTH mit der Technologie der Alkoholerzeugung durch Garung.
Seither ist in Deutschland kein groBeres Werk uber "Hefe und Alkohol"
mehr erschienen. Vielmehr sind die wissenschaftlichen und technischen
Ergebnisse in den letzten Jahrzehnten in einer fast unubersehbaren Fulle
von Einzelabhandlungen und in Berichten uber Teilgebiete zur Veroffent
lichung gelangt, so daB es sehr muhevoll geworden ist, sich heute einen
Uberblick uber die gesamte Garungstechnik zu verschaffen.
. Die vorliegende Arbeit will die bestehende Lucke schlieBen. Dabei er
gab sich bereits bei der Sichtung des seit J ahren zusammengetragenen
Stoffes, daB die Darstellung nicht auf Hefe und Alkohol beschrankt werden
darf, sondern daB auch den Grenzgebieten Beachtung geschenkt werden
muB; denn die Entwicklungsgeschichte der Gebiete Hefe und Alkohol und
ihr neuester Stand bieten Anknupfungspunkte fur weitere Forschungs
arbeiten auch und gerade auf den Sondergebieten und umgekehrt.
Es kommen deshalb zur Darstellung:
die Herstellung von PreBhefe und ihre Verwendung, die Alkoholgewin
nung vom einfachen Garverfahren bis zur azeotropen Destillation, die Sulfit
ablaugegarung und die Holzverzuckerung, die technisch bedeutsamen Spe
zialgarverfahren, wie die Citronensaure-, die Essigsaure-, die Milchsaure
garung und viele andere, die Durchfuhrung mikrobiologischer Prozesse mit
besonderer Beriicksichtigung der neuen Antibiotica und Therapeutica, ferner
die Gewinnung von EiweiB und Futterhefe und die moderne Schlempe
verwertung, schlieBlich das Vitamin- und Enzymgebiet.
Nicht inbegriffen sind die Weinbereitung, das Brauereigebiet und die
Kaseerzeugung, weil sie auBerhalb der hier behandelten Garungsprozesse
liegen.
Besonderer Wert wurde auf die Beschreibung und Abbildung der Appa
raturen und deren Vervollkommnung sowie auf die Wiedergabe von Schnit
ten ganzer Anlagen gelegt. Viele Verfahren sind eingehend beschrieben wor
den, um Vergleichsmoglichkeiten fur andere Anwendungsgebiete zu schaffen.
indessen war es im Interesse des erstrebten Uberblicks nicht die Absicht,
iiberall alle Einzelheiten zu bringen.
VI Vorwort.
SchlieBlich sind auch Ausbeutefragen, Energiebedarf, Kontrollvorrich
tungen und Betriebsvorschriften in den Kreis der Erorterung einbezogen
worden. Fiir Analysenvorschriften wurde eine besondere Auswahl getroffen.
Von allen Seiten des 1n- und Auslandes sind mir unerwartet viele wert
volle Beitrage zugegangen. Es ist mir daher nicht moglich, aIle Mitarbeiter
an dieser Stelle namentlich zu nennen, dies geschieht jeweils im Text. 1ch
mochte allen Fachkollegen und Firmen fiir die gewahrte Hilfe verbindlichst
danken.
Besonderer Dank gebiihrt den Herren HAYDU OK, FINK und DREWS, den
friiheren und dem jetzigen Leiter des 1nstituts fiir Garungsgewerbe, Berlin,
sowie deren Mitarbeitern, ferner Herrn PANKOW, Direktor der Treuhand
stelle Reichspatentamt Berlin und seinen Mitarbeitern, Herrn W ONNE
BERGER, meinen friiheren Kollegen VON LAOROIX und HEIMANN und der
Witwe meines Mitarbeiters BERTL fiir die Uberlassung von Unterlagen und
fiir wertvolle Hinweise.
Urn das Korrekturenlesen hat sich Herr H. OLBRIOH eben so vcrdient
gemacht wie urn die Beschaffung zahlreicher Literaturstellen und deren
Durchsicht.
Die wahrend des Druckes notwendig gewordenen Erganzungen sind im
Nachtrag, auf S. 616, enthalten.
DaB umfangreiche Sachregister hat Frau CHARLOTTE KRETZSOHMAR be
arbeitet.
Dem Springer-Verlag danke ich ganz besonders fiir das Eingehen auf
aIle meine Wiinsche und die l1bersichtliche Gestaltung des komplizierten
Stoffes.
Berlin, Mai 1955.
H. Kretzschmar.
Illhaltsv erzei chllis.
Seite
I. Geschichtliche Entwicklung der Hefetechnik . 1
II. Die Rohstoffe. . . . . . . . . . . . . . 3
A. Gruppeneinteilung . . . . . . . . . 3
B. Die hauptsachlichen Rohstoffe und Zusatzstoffe 4
a) Starkehaltige Rohstoffe . . . 4
b) Zuckerhaltige Rohstoffe . . . 5
c) Andere vorbehandelte Stoffe . 5
d) Zusatzstoffe . . . . . . . . 6
III. Die Garung. . . . . . . . . . . 6
IV. Die Gewinnung von Hefe und Alkohol 21
A. Das Wiener Verfahren . . . . . . 21
a) Herstellung des Hefesatzeti. . . . . 22
b) Herstellung und Vergarung der Hauptmaische. 23
c) Gewinnung von Hefe und Alkohol 25
B. Das Liiftungsverfahren. . . 26
a) Seine Entstehung. . . . . . 26
b) Vorbehandlung der Rohstoffe 28
1. Gerste 28
2. Roggen . . 28
3. Mais . . . 29
4. Malzkeirne . 29
5. Kartoffeln . 30
6. Melasse . . 30
7. Zusammenfassung 31
c) Die Getreideverarbeitung 32
1. Herstellung der Wiirze 33
2. Vergarung der Wiirze. 34
3. Gewinnung yon Hefe und Alkolwl . 37
d) Die kombinierte Verarbeitung von Getreide und Melasse 39
e) Die Melasseverarbeitung. . . . . . . . . . . . . . . 41
1. Schaltplan fiir die Herstellung von Hefe und Alkohol 42
2. Die Vorbehandlung der Melasse . . . . . . . . . . 45
IX) Das Kochen S. 46; - (3) Das Klaren S. 46; - y) Das Fil
trieren bzw. Separieren S.47; - 0) Das Kiihlen S.53.
3. Besondere Melasseyorbereitungen. . . . . 53
Die Melasseentsalzung S. 53.
4. Die Hefenahrstoffe und ihre Assimilierung 54
5. Die Flockenbildung der Hefe . . . . . . 62
6. Die Hefeatrnung . . . . . . . . . . . . 62
IX) Wachstum und Atmung S. 66; - (3) Garkraft und Atmung
S.67. .
7. Die Hefereinzucht und Stellhefegewinnung . . . . . . . 6R
IX) Die Hefearten S. 68; - (3) Die Gareigenschaften der Hefen
S. 70; - ;.) Die Hefereinzucht S. 75; - 0) Die lyophile
Trocknung der Reinzucht S. 78; - Il) Hefereinzuchtanlage
S. 81; - C) Gewinnung yon Anstellhefe S. 82; - 1) Be
sondere Art des Stellhefezusatzes S. 84; - if) Die Standard
apparatur fiir Versuchsgarungen S.85.
8. Gewinnung von Hefe und Alkohol . . . . . . . . . . . 87
IX) Fiillverfahren S. 87; - (3) Zulaufverfahren S. 88; - y) Das
DELOFFRE-Verfahren S.lOO.
VIII Inhaltsverzeichnis.
Seite
9. Die Liiftung der Garfliissigkeit . . . . . . . . . .. 103
a) Allgemeine Entwicklung S.103; - {3) Das Luftemulsions
verfahren von CLAUS S.110; - y) Die Feinstbeliiftung nach
VOGELlIUSCH S. 113; ~) Beliiftungsgefa.6 mit Riihreinrich
tung S. 117; - e) Die Lilftgeblase S. 118; - C) Regelbarer
Luftverdichter S. 121; - 11) Alkoholverluste durch Liiftung
der Garfliissigkeit S. 122; - 1J) Einflu.6 der Luft auf die
Hefeausbeute S. 123.
10. Die Schaumbekiimpfung. . . . . . . . . . . . . . . . 124
IX) Die Ursa chen fiir die Schaumentstehung S. 124; - {3) Die
Systematik der Schaumbekiimpfungsmethoden S.125; -
y) Die Verhinderung der Schaumentstehung S.125; -
~) Die Schaumzerstorung durch Entschaumungsmittel S.126;
- e) Die Schaumzerstorung durch mechanische Vorrich
tungen S. 128; - C) Die Schaumzerstorung durch besondere
Gesamtkonstruktion der Verhefungsanlage S. 129; - '1) Zu
sammenfassung S. 134.
11. Das Separieren der Hefe . . . . . . . . . . . . . . . 134
a) Allgemeine Entwicklung S. 134; - {3) Die Konzentration
der Hefemilch S. 137; - y) Besondere Abtrennung von Hefe
und Mikroorganismen aus Garfliissigkeiten S. 140.
12. Waschen von Hefe .................. 142
13. Das Kiihlen der Hefemilch . . . . . . . . . . . . . . 144
14. Pressen, Schneiden und Verpacken von Hefe ...... 146
a) Hefepressen S. 146; - {3) Die Hefeentwasserung S. 148;
- y) Hefemischmaschine S. 150; - ~) Hefe-Auspre.6ma
schine und -Schneidevorrichtung S. 151; - e) Die Hefever
packung S. 155; - C) Kiihlen der Pre.6hefe S.156.
f) Die Verarbeitung anderer Rohstoffe . . . . . . . . . . . 156
1. Die Verarbeitung von Zuckerrohrmelasse auf Hefe und
Alkohol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
a) Die Alkoholerzeugung S. 158; - {3) Die Hefeerzeugung
S.160.
2. Die Vergarung von Trockenfriichten auf Hefe und Alkohol 161
a) Die Spritverarbeitung 162; - {3) Die Verhefung S.162;
- y Die Aufbereitung von Friichten S. 163.
3. Verarbeitung von Kartoffelpiilpe auf Hefe . . . . . . . 164
4. Die Verarbeitung von Maniokawurzelknollen . . . . . . 164
5. Die Verarbeitung von Sojabohnenmehl, Erdnu.6kuchen-
mehl und Leinkuchenmehl auf Hefe . . . . . . . 164
6. Die Verarbeitung von Baumwollsaatmehl auf Hefe 166
7. Die Verarbeitung von Topinamburknollen. . . . . 166
8. Die Verarbeitung von Kok-Sagys-Pflanzenwurzeln . 167
9. Die Verarbeitung von Olkuchen auf Hefe. 167
Y. Alkoholgiirverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . 168
A. Verarbeitung von Kartoffeln auf Alkohol . . . . . . 168
B. Verarbeitung von Mais auf Alkohol. . . . . . . . . 169
C. Herstellung von Malzmilch fiir die Alkoholgewinnung . 169
D. Aufbereitung von Brennereimaischen . . . . . . 170
E. Garverfahren auf Alkohol . . . . . . . . . . . . . 171
a) Allgemeine Entwicklung der Hefeentnahme . . . . 171
b) Die kontinuierlichen Garverfahren auf Alkohol. . . 174
a) Nach KARseH S. 174; - {3) Nach STICH S. 176; - y) Nach
Merck und VON KEUSSLER S.178.
c) Raffinosevergarung auf Alkohol . . 180
d) Das Molkegarverfahren auf Alkohol. 181
e) Die Kastanienvergarung auf Alkohol 183
f) Die Vergarung von Riibensaft . . . 184
Inhaltsverzeichnis. IX
Seite
VI. Die Sulfitablaugevergiirung . . . . . . 191
A. Allgemeines. . . . . . . . . . . . . 191
B. Die Verarbeitung . . . . . . . . . . 192
a) Die Vorbereitung del' Sulfitablauge . 192
b) Sulfitlaugegarverfahren auf PreBhefe . 195
c) Sulfitlaugegarverfahren auf Alkohol mit Heferiickfiihrung 197
d) Sulfitlaugegarverfahren auf Alkohol und Riickgewinnung der
ChemikaIien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
e) Sulfitlaugegarverfahren auf Futterhefe . . . . . . . 204
f) Gewinnung von Schwefelwasserstoff aus Sulfitlaugen . 211
VII. Die Holzverzuckerung. . . . 212
A. Allgemeines. . . . . . . . . . . . . 212
B. Die Bestandteile des Holzes . . . . . 213
C. GeschichtIiche Entwicklung. . . . . . 214
D. Die Kinetik del' Celluloseverzuckerung. 217
E. Die Verarbeitung . . . . . . . . . . 219
a) Das Rheinau-Verfahren . . . . . . 219
b) Das Scholler-Verfahren . . . . . . 224
Modifikationen des Scholler-Verfahrens 226
c) Die Nebenprodukte del' Holzverzuckerung. 228
d) Die Verarbeitungsprodukte des Holzzuckers 230
e) Kombinierte Erzeugung und Weiterverarbeitung . 237
f) Die Wirtschaftlichkeit del' Holzverzuckerung. 238
F. Die Torfverzuckerung . . . 238
VIII. Spezialgiinerfahren . . . . . 239
A. Gewinnung von Milchsaure . 239
a) Allgemeines. . . . . . . 239
b) Gewinnung von Milchsaure aus Molke 241
c) Milchsaurepraparat aus Molke .... 243
d) Gewinnung von Milchsaure und Essigf'aure 243
e) Gewinnung von Milchsaure, einem Nahrstoff und Calcium-
phytat aus Mais odeI' Sorghum 245
f) Gewinnung von Calciumacetat. . . . . . 247
B. Gewinnung von Buttersaure . . . . . . . . 247
C. Gewinnung von Nucleinsaure. . . . . . . . 248
D. Gewinnung von Guanosin und Adenosin aus Hefenucleinsauren 250
E. Gewinnung von Mannit . . . . . . . . . . . . . 251
F. Gewinnung von Butandiol(2,3) und Butanolon-(2,3) 251
G. Gewinnung von Acetylmethylcarbinol . . . . . . 254
H. Gewinnung von Diacetyl ............ . 254
r.
Gewinnung von Glycerin. . . . . . . . . . . . . 254
K. Gewinnung von Dioxyaceton durch Umwandlung von Glycerin 257
L. Gewinnung von Citronensaure (und Itaconsaure) . . . . . 258
M. Gewinnung von Citronensaure und Bernsteinsaure '. . . . 263
N. Gewinnung von Citronensaure, Oxalsaure und Gluconsaure 263
O. Gewinnung von Gluconsaure . . . 263
P. Gewinnung von 2-Ketogluconsaure . . . . . 264
Q. Gewinnung von 2-Keto-I-idonsaure . . . . . 265
R. Gewinnung von Aceton und Butylalkohol . . 265
S. Gewinnung von Isopropylalkohol neb en Aceton und Butylalkohol 270
T. Gewinnung von Oxyarylacetylcarbinolen . 270
U. Gewinnung von Fctt 271
V. Gewinnung von Vanillin . 274
W Gewinnung von Essigsiiure 275
a) Allgemein . . . . . . 275
b) Herstellung von Garungsessig 275
1. Verfahren mit ruhenden Maischen . 276
2. Die Fesselgarung. . . 276
3. Die submerse Garung ...... . 280
x
Inhaltsverzeichnis.
Seite
IX. Die Mikroorganismen . . . . . . . . . . 286
A. Durchfiihrung mikrobiologischer Prozesse. 286
a) Allgemeine Entwicklung. . . 286
b) Kreislaufzerschaumung. . . . 288
c) Andere Apparaturen. . . . . 289
1. Geschlossenes KulturgefaB. 289
2. UmwalzgefaB. . . . . . . 290
3. Umlaufspriihvorrichtung.. ......... 291
4. Beliiftungsvorrichtung zum Ziichten von Mikroorganismen 292
ex) Vorrichtung zum Ziichten von antibiotische Substanzen
bildenden Schimmelpilzen S. 293; - ~) Submerse Pilz
garungen S. 295.
5. Vorrichtung zur Schaumziichtung . . 296
6. Die Kreislaufziichtung nach STICH. . 296
7. Beliiftungs-Schleuderrad. . . . . . . 298
B. Die Herstellung von Antibiotica und Therapeutica 298
a) Penicillin. . . . . . . . . . 298
b) Erzeugung von Streptomycin 306
c) Herstellung von Aureomycin. 307
d) Erzeugung von Actinomycin. 308
e) Neue Antibiotica . . . . 308
f) Gewinnung von Dextran. 309
g) Die Trennmethoden . 311
C. Dauerkulturen. . . . . . 313
a) In Flockenform. . . . 313
b) Halbfliissige Hefekultur 313
c) Reinkultur-Trockenpraparat 314
D. Nahrboden fiir Mikroorganismen 314
1. Kartoffelpiilpe 314
2. Molke. . . 315
3. Kleie . . . . 316
4. Reisschalen . 317
5. Prapa-rate von Weinhefe 317
E. Milchsauredauerkultur . . . . 318
F. Ziichtung von Thermobacterium mobile 319
G. Ziichtung von Bakterien fiir die Butylalkohol-Aceton-Garung 321
H. Buchenholzsulfitlauge zur Ziichtung von Oidium lactis .. 322
I. Buchenholzsulfitlauge zur Gewinnung von Pilzmycelsubstanz. 322
X. Vita mine . . . 323
A. Allgemeines. . 323
B. Herstellung . . 325
a) Anreicherung von Aneurin. 325
b) Vitamin B2. • • • • • • . 326
c) Herstellung von Vitamin B4: 328
d) Herstellung von Vitamin B6: . 329
e) Die Gewinnung von Ergosterin und Zymosterin 329
f) Herstellung von Vitamin-D-Praparaten . . . . 330
g) Herstellung von Vitamin B12• • . • . . . . . 331
h) Herstellung eines vitaminhaltigen Hefe-Leberpraparates. 335
i) Herstellung von Vitamin H (Biotin) . 336
k) Gewinnung eines Wuchsstoffpraparates 336
I) Mikrobiologische Vitaminbestimmungen 337
XI. Enzyme. . . . . . . . . . . . . . . . . 341
A. Herstellung von Diastase und Malzextrakt . 341
B. Gewinnung diastatischer Enzyme . . . . . 347
C. Herstellung von diastatischem Malzmehl. . 349
D. Herstellung eines kombiniert wirkenden Enzymmalzes 349
Inhi1,1 to verzeichni~. XI
Seite
E. Herstellung von Pilzmalz. . . . . . . . . 350
F. Enzymatische Spezialverfahren . . . . . . 353
a) AufschlieBen von genuinen EiweiBatoffen 353
b) Herstellung von diastasehaltigen Filtration:'cllzymen 354
c) Herstellung pflanzlicher Amylasepraparate. . . . . 356
d) Temperaturstabilisierung von Amylase16sungen . . . 357
e) Anreicherung von Invertase bzw. p-h-FructoEidase in Hefen. 358
f) Herstellung eines vitaminreichen Malzpraparates . 359
g) Herstellung von Milch-Malz-Praparaten . . 360
h) Herstellung eines proteolytischen Enzyms . 360
i) Herstellung von Co-Zymase . . 361
k) Herstellung von Co-Carboxylase . . . . . 363
I) Herstellung von Flavinenzymen . . . . . 364-
m) Herstellung von Peroxydase . . . . . . . 366
n) Herstellung yon Cellulase und Hemicellulas8. 367
0) Herstellung von Hexosidase . . . . . . . . 367
p) Herstellung von Penicillinas8. . . . . . . . 368
XII. Hefebehandlung, HefeYerbesserung und Hefeanwendung 369
A. Allgemeine Behandlung. . . . 369
a) Forderung del' Garung 369
b) Verbesserung del' Triebkraft del' Hefe. 370
c) Hefenachbehandlung. . . . 372
d) Verbesserung del' Haltbarkeit del' Hefe 372
e) StrahleneinfluB auf Hefe. . 374
f) Druckwellenbehandlung VOl! Hefe. . . 377
B. Spezialhefen . . . . . . . . . . . . . 377
a) Herstellung einer Hefe zur Hefeextrakt:sewinnung 377
b) Herstellung magnesiumhaltiger Hefe 378
c) Herstellung jodhaltiger Hefe. . . . . . . . . . 378
d) Herstellung fluorhaltiger Hefe . . . . . . . . . 378
e) Herstellung thyroxinhaltiger Hefe . . . . . . . 379
f) Anreicherung von Hefen mit Schwel'metallsJluren 379
g) Herstellung enzymreicher Hefe. . . . . 382
h) Anreicherung von Hefe mit Vitamin BJ• 383
i) Herste\lung von vitamin-D-reicher Hefe. 384
C. Umwandlung von Hefen . . . . . . . . . 385
a) Dmwandlung von Alkoholhefe in PreJ3hefe 385
b) Verwendung von Bierhefe als Backhefe . 386
e) Die Verwertung von Bierhefe . . . . . 386
d) Entbitterung von getrockneter Bierhefe . 388
D. Die Herstellung von Trockenhcfe 388
a) Fur Triebzwecke . . . . . 388
b) Herstellung von Hdeflockell . 391
E. Herstellung von Hefeextrakt . . 395
F. Herstellung von Hefenahrpraparatell. 400
G. Hefemenge im Teig . . . . . 403
H. Hefe im Sauerteig. . . . . . . . . 405
I. Hefe und Spezialbackverfahren . .. .. 407
K. Chemische Physiologie des Brutgeschmackes 410
XIII. Gewinnung von EiweiB und Futterhefe 411
A. Gewinnung von EiweiB . . . . . 411
B. Die Pentoseverwertung. . . . . . 414
C. Die Aufarbeitung von Pilzmycelen fUr Nahrzwecke 417
D. Hefehaltige Futtermittel . . . . . . . . . . . . . . 418
E. Herstellung eines Futtermittels aus Hefe und Melasse. 419
F. Gewinnung von Futterhefe. . . . . . . . . . . . . . .. 419
Schaltplan der Futterhefefa brikation aus Fichtenholzablauge. 420