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Verfahren zur Herstellung von Gärungsessig Die Erzeugung von Gärungsessig
beruhte von jeher auf dem Prinzip, mit Bakterien besiedelte Flächen dem Sauerstoff
.der Luft auszusetzen. Vom sogenannten Orleans-Verfahren, welches die Oberfläche
einer ruhenden Flüssigkeit der Luft aussetzte, ging der Weg der Entwicklung über
das Schützenbach-Verfahren, welches sich schon der künstlich vergrößerten Oberfläche
des. Buchenrollspanes bediente, zum modernen Frings-GroBrau.mb,ildnerverfahren,
welches das Schützenbach-Verfahren dadurch erweiterte, .daß es .durch systematische
Kühlung eine enorme Vergrößerung des Essigbildners und durch das Ableiten der Realz.-tionswärme
durch Kühlung eine erhebliche Beschleunigung der exothermen Reaktion (Alkohol plus
Sauerstoff gleich Essigsäure) ermöglichte, wobei gleichzeitig durch die Systematik
der Kühlung das Lebensoptimum der die Reaktion vermittelnden Bakterien weitestgehend
erreicht wurde; dadurch wurde .die Leistungshöchstgrenze dieses Verfahrens in vielen
Anwendungsfällen erzielt.
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Allen diesen Verfahren gemeinsam ist die Verwendung einer sogenannten
Fesselgärung, d. h. Ans.iedlung, Fesselung der die Umsetzung durchführenden Bakterien
auf natürlichen oder `künstlichen Oberflächen, insbesondere auf der Oberfläche des
sogenannten Essigrollspanes.
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Die Anwendung der Essigspäne oder anderer Oberflächenmaterialien hat
verschiedene bisher unvermeidliche betriebstechnische Nachteile, z. B. den des Aufsaugens
einer großen Essigmenge, den der Alterung, z. B. Verlust von Oberfläche und Durchlässigkeit
für den Luftstrom, dessen weitgehende Verteilung für hohe Leistungen unerläßlich
ist. Außerdem erfordern die Essigspäne erheblichen Aufwand und Kosten für Einbau
und Auswechslung. Der größte Nachteil der Verwendung der Essigspäne besteht jedoch
darin, daB gerade sie es
verhindern, den ganzen Gärungsprozeß sich
bei einer konstanten einheitlichen Temperatur abspielen zu lassen; denn die in den
Spänen langsam abtropfende Gärflüssigkeit bringt zwangsläufig eine Zunahme .der
Temperatur von den oberen zu den unteren Spanschichten mit sich, und zwar so, daß
sich die optimale Gärungstemperatur von 30° C nur in der mittleren Zone erreichen
läßt, während die obere Zone auf 28'° C unterkühlt werden muß, damit die untere
Zone sich mit 34° C nicht zu sehr über die optimale Temperatur erhitzt.
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Ein weitgehend vervollkommnetes Essigerzeugungsverfahren müßte gegenüber
dem gegenwärtig angewandten Frings Verfahren folgende neue Eigenschaften haben:
li. konstante Temperaturen im ganzen Gärungsraum; 2. zur Erreichung von i Gärung
unter Vermeidung einer sogenannten Span-Säule; 3. kontinuierliches Arbeiten, d.
h. ständiger gleichmäßiger Zufluß der Gärflüssigkeit und ständiger Abfluß des daraus
erzeugten Essigs ohne Störung des Gärungsprozesses durch das bisher unvermeidliche
Ein- und Ausmaischen.
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Das Verfahren bezweckt die Herstellung von Gärungsessig ohne Verwendung
von Essigrollspänen oder ähnlichen Materialien, die beim bisherigen Betrieb die
sogenannte Spansäule bildeten, und setzt an Stelle der Fesselgärung die freie submerse
Gärung. Im Gegensatz zu der Fesselgärung befinden sich die es.sigbil:denden Bakterien
bei der submersen Gärung frei in der Flüssigkeit schwebend und werden in diesem
Zustand während des Gärungsprozesses gehalten.
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Umfangreiche Untersuchungen haben gezeigt, daß die bei der Fesselgärung
üblichen und ausTeichenden Luftmengen bei der submersen Gärung versagten; :die Gärung
kommt nach kurzer Zeit zum Stillstand, da die Bakterien wegen der ungenügendenSauerstoffzufuhr
ihreLebenstätigkeit einstellen. Die Bakterien sterben nach einer gewissen Zeit ab,
während die Gärung scheinbar schleppend weitergeht; .dies hat seinen Grund darin,
daß die von den Bakterien entwickelten Enzyme bei künstlich aufrechterhaltener Gärungstemperatur
im Verein mit. dem eingebrachten Sauerstoff noch eine Zeitlang fortwirken und dann
erst unwirksam werden.
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Man kann also auf eine ständige Erneuerung der den Alkohol oxydierenden
Enzyme durch ständig lebende Bakterien nicht verzichten. Die Lebenskraft der Bakterien
hängt, wie Versuche ergaben, wesentlich von ihrem Oxydationsumsatz ab; dieser wiederum
wird durch die intensive Absorption von Sauerstoff von der Bakterienzelle bedingt.
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Es ergab sich also, daß bei quantitativ durchaus ausreichender Belüftung
eine submerse Essiggärung nicht durchführbar war.
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Um die submerse Gärung erfolgreich durchführen zu können, mußte also
ein besonders qualitativ anders geartetes Belüftungsverfahren entwickelt werden.
Die Sauerstoffversorgung der Essigbakterien bei der submersen Gärung mußte der Kleinheit
der Lebewesen angeglichen werden, weil eine technisch ausreichende Gärung erst dann
eintritt, wenn das Verhältnis von Bakterienzahl zu Luftbläschenzahl möglichst weitgehend
dem Wert .i : i angenähert wird, so daß die Oberfläche der in der Maische verteilten
Luft von mindestens derselben oder erfindungsgemäß von einer höheren Größenordnung
ist als bei der klassischen Spang ärnng.
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Es wurde nun gefunden, daß sich eine ausreichende Sauerstoffversorgung
der Bakterien erreichen läßt, wenn z. B. die Luft mittels injektorähnlicher Mischdüsen
mit der Maische innigst durchgemischt und in feinste schaumähnliche Verteilung gebracht
wird. Diese Verteilung kann durch besondere Vorrichtungen, z. B. Düsen mit sehr
kleinen Austrittsöffnungen usw., so weit getrieben werden, daß eine echte Emulsion
Luft in Flüssigkeit entsteht.
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Es ist auch möglich, bei genügend hohen Gärgefäßen, oder Hintereinanderschaltung
mehrerer solcher Gefäße in der Weise kontinuierlich zu arbeiten, daß unten dem Gefäß
Luftbläschen enthaltende Maische stetig zugeführt und oben nach inzwischen vollendeter
Gärung die ausgegorene Mischung aus Essig, Luft und Bakterien entnommen wird. Die
dann erforderliche Auflösung oder Trennung dieses :Gemisches, z. B. durch Zentrifugieren,
läßt sich mit einer die sonst übliche Filterung ersetzenden Klärung verbinden, so
daß sofort verkaufsfähiger Essig zur Verfügung steht.
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Da die Festsubstanz der nach beendeter Gärung abzuscheidenden Bakterien
relativ gering ist, wird der Maische, besonders bei der Inbetriebsetzung, in an
sich bekannter Weise ein Schwebe- oder Füllkörper, z. B. Sägemehl, zugesetzt. Dieser
wird gemeinsam mit den Bakterien abgetrennt und mit den auf ihm haftenden Bakterien
mit neuer Maische dem Gärprozeß wieder zugeführt.
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-Nach einer Ausführungsform des Verfahrens können auf Spansäulen eingeleitete
Gärungen submers fortgeführt werden. Beispiel Ein Glasrohr von i,2o m Höhe und 12
cm Durchmes-ser mit Bohrungen zum Einführen und Ablassen des Gärgutes und der Oxydationsluft
ist am unteren Ende mit Porenkörpern aus säurefestem Material ausgestattet, deren
Porenweite unter dem angewandten regelbaren Preßluftdruck von etwa i bis 2 m Wassersäule,
der mittels eines Leybold-Gebläses erzeugt wird, die erwünschte fein- bis feinstblasige
Luftverteilung ergibt. Die am oberen. Ende des Gärgerätes entweichende verbrauchte
sauerstoffarme Luft wird gewaschen und von mitgerissenen Säure- und Alkoholmengen
befreit. Bei derartigen Kleingeräten wird durch geeignete Wärmezufuhr oder Isolierung
dafür gesorgt, daß die bekannten Lebenstemperaturen der Essigbakterien eingehalten
werden. Bei großen Gärgefäßen wird durch Kühlvorrichtungen dafür gesorgt, daß diese
Temperaturen nicht wesentlich überschritten werden.
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Zur Einleitung der Gärung kann man sich einer Spansäulegär.ung bedienen,
wobei auf die bekannte große Empfindlichkeit der Essigbakterien gegen
Sauerstoffmangel
Rücksicht genommen werden muß, z. B. dadurch, daß man mit Bakterien besiedelte Späne,
welche mit genügend Maische vollgesogen sind, einem Fesselgärgefäß entnimmt und
in ein schon mit voller Belüftung laufendes, mit :Maische gefülltes Submersgärgefäß
einbringt. Die Bakterien vermehren sich schnell in der belüfteten Flüssigkeit und
leiten damit die submerse Gärung ein.