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Verfahren zur Vorbehandlung von Maniokawurzelknollen für Gärungszwecke
Die vorliegende Erfindung betrifft die Vorbehandlung von Maniokawurzeln für Gärungszwecke,
insbesondere für die Hefefabrikation. Gemäß der Erfindung wird eine für die Entwicklung
und Vermehrung der Hefe dienliche Nährflüssigkeit in der Weise hergestellt, daß
der Stärkegehalt in den gewaschenen und getrockneten Manihotwurzelknollen durch
Säurehydrolyse einer Verzuckerung unterworfen wird. Die erhaltene Lösung kann unmittelbar
als Würze für die Hefeentwicklung verwendet werden.
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Die Wurzel der Manihotpflanze ist bereits früher in der Spiritusfabrikation
sowohl in ungetrocknetem wie getrocknetem Zustande angewendet worden, indem deren
Stärkegehalt mittels Diastase in Zucker überführt worden ist, und zwar in ähnlicher
Weise wie bei der Anwendung von Kartoffeln und Mais in der Spiritusindustrie. Diese
Produkte haben jedoch niemals eine verbreitete Anwendung gefunden und sind jetzt
als Rohmaterial in der Gärungsindustrie ganz verlassen worden. Daran haben nach
Mitteilungen in der Fachliteratur nicht allein die Preisverhältnisse, sondern auch
besondere technische Schwierigkeiten bei der diastatischen Aufschließung Schuld,
siehe z. B. Handbuch der Preßhefefabrikation von W. Kiby, 1912, S.25.
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Getrocknete Manihotwurzeln (Manioka) sind schwer aufschließbar und
bedürfen besonderer Vorbehandlung, damit eine vollständige diastatische Verzuckerung
stattfinden kann. Es läßt sich dabei schwer vermeiden, daß unvollständig umgebildete
Stärke und andere unvollständig hydrolysierte Bestandteile der Wurzeln mit in die
Würze kommen, und diese Stoffe stellen nicht allein einen Verlust dar, sondern führen
bei der Gärung zur Bildung von Nebenprodukten, die den resultierenden Produkten
(Hefe bzw. Alkohol) ein unbefriedigendes Aroma geben.
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Durch das vorliegende Verfahren werden diese Schwierigkeiten dadurch
vermieden, daß anstatt der diastatischen Verzuckerung eine Säurehydrolyse angewendet
wird. Zu diesem Zwecke erhitzt man die Manihotwurzeln in ausgewaschenem und getrocknetem
Zustande mit Mineralsäure. Hierdurch erreicht man nicht nur allein eine vollständige
Hydrolyse des Stärkegehaltes der Knollen, sondern auch der vorhandenen stickstoffhaltigen
und phosphorhaltigen Verbindungen (Proteine, Phosphatide usw.) derart, daß diese
von der Hefe vollständig und ohne Bildung schädlicher Nebenprodukte ausgenutzt werden
können. Es wurde gefunden, daß man durch Anwendung einer derart hergestellten Zuckerlösung
als Würze bei Herstellung von Hefe und Alkohol direkt Produkte mit besonders angenehmem
Aroma erhält.
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Die Umbildung von Stärke zu Zucker durch Erhitzen mit Mineralsäuren
ist ein an sich wohlbekannter technischer Prozeß, aber eine derartige Säurehydrolyse
ist früher bei einem Rohmaterial der hier erwähnten speziellen Art in direkter Anknüpfung
an die Hefe- und Spiritusfabrikation nicht angewendet worden. Möglicherweise kann
wohl Stärkesirup als Bestandteil der Würze für die Spiritusherstellung benutzt
worden
sein; bei einer solchen Anwendung können aber nicht die Vorteile erreicht werden,
die bei der Ausführung der Säureverzuckerung in direkter Anknüpfung an den Gärungsvorgang
ermöglicht werden. Bei der Herstellung von Stärkesirup und Glukose wird nach der
Verzuckerung eine vollständige Neutralisation der Hydrolysierungssäure vorgenommen.
Der ausgefällte Gips muß sorgfältig entfernt und die Lösung eingedampft werden.
Bei der Ausführung der Säureverzuckerung in direktem Anschluß .an die Vergärung
werden diese Operationen ganz oder teilweise fortfallen; hierbei ist es möglich,
auch Neutralisierungsmittel (Ammoniak, Magnesia, Kaliumkarbonat usw.) zu benutzen,
die mit in die Gärungsflüssigkeit übergeführt und nutzbar gemacht werden können.
Ferner ist die für den Säureaufschließungsprozeß eingeführte Säure (Mineralsäure)
auch für die nachfolgende Gärung nützlich. Sie braucht deshalb nach der Verzuckerung
nicht entfernt zu werden und kann durch einfaches Verdünnen (gegebenenfalls in Verbindung
mit teilweiser Neutralisation) auf den für den Gärungsprozeß wünschenswerten Säuregrad
herabgebracht werden. Ein sehr wesentlicher Vorteil liegt außerdem darin, daß man
eine vollständig sterile Nährflüssigkeit vor sich hat, die keiner besonderen Behandlung
bedarf, um die Entwicklung fremder Bakterien zu verhindern.
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Verglichen mit der diastatischen Herstellung der Würze bietet das
hier erwähnte Verfahren außer dem großen Vorteil des direkten Anfallens einer sterilen
Würze noch den weiteren Vorteil, daß es sowohl im Betrieb wie in der Anlage viel
einfacher ist und eine vollständige Ausnutzung der für die Gärung wertvollen Bestandteile
des Ausgangsmaterials ermöglicht. Bei diastatischer Verzuckerung werden besondere
Maßnahmen zur Überführung vorhandener Eiweißstoffe in eine für die Hefe assimilierbare
Form gefordert, und selbst durch die besten der für diesen Zweck verwendeten Methoden
wird keine vollständige Ausnutzung der Stickstoffverbindungen erreicht; die Phosphorverbindungen
werden praktisch überhaupt nicht ausgenutzt. Beispiel 5,51 konzentrierte Schwefelsäure
werden mit Wasser bis zu etwa 7oo 1 verdünnt. Hierin werden Zoo kg eines durch Auswaschen
und nachfolgendes Trocknen der Wurzelknollen der Manihot utilissima hergestellten
Produktes eingeführt, worauf die Masse in einem Autoklaven durch direkte Dampfzufuhr
auf etwa 135 ° erhitzt wird. Nach Verlauf von etwa I1/2 Stunden wird die Masse in
Maischgefäße geblasen, die Würze, deren Volumen jetzt 95o 1 beträgt, abgekühlt und
danach teilweise mit Kalk neutralisiert, bis der Säuregrad etwa I cm3n-NaOH pro
ioo cm3 entspricht. Nach der Filtrierung wird die Würze auf etwa 50001 verdünnt,
worauf die Vergärung in gewöhnlicher Weise unter Zufuhr von fehlenden Hefenährstoffen
vorgenommen wird. Man erhält hierbei eine erstklassige Hefe in guter Ausbeute.
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In dem beschriebenen Beispiel ist die teilweise Neutralisation mit
Kalk vorgenommen; dieser Kalk kann aber auch ganz oder teilweise durch Ammoniak
ersetzt werden. Zweckmäßig verwendet man zur Neutralisierung der Säure solche Stoffe,
die auch als Hefenahrung dienen können.
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Aus dem Vorhergehenden ist zu ersehen, daß das Material, welches der
Verzuckerung mit Säure für die Herstellung der Gärungsflüssigkeit unterworfen wird,
keine reine Stärke, sondern ein Produkt ist, das außer der Stärke der Wurzelknollen
noch den Zellstoff der Bindegewebe sowie andere Bestandteile enthält, wie z. B.
auch Eiweißstoffe und Phosphatide.
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Die gemäß vorliegender Erfindung tiergestellte Zuckerlösung kann außer
der Nährflüssigkeit für Hefe mit großem Vorteil auch für andere Zwecke angewendet
werden, z. B. zur Herstellung von Stärkesirup und Glukose, da sie nach gemachten
Feststellungen viel süßer als eine Zuckerlösung schmeckt, die durch Säureverzuckerung
anderer für diesen Zweck anwendbaren Stärkematerialien hergestellt sind.