XVII. Ueber die Gewinnung des Saftes der Runkelrüben nach dreierlei gebräuchlichen Verfahrungsarten und über die geistige Gährung dieses Saftes; von Prof. A. Payen. Aus dessen: Traité de la Destillation des Betteraves. Paris, 1854. Payen, über die Gewinnung des Saftes der Runkelrüben etc. Entwickelung des Zuckerstoffs in den Runkelrüben. Die Menge des in dem besondern Gewebe der Runkelrübe sich absondernden Zuckers wechselt zwischen den Gränzen von 4 bis 15 Procent des Gewichtes der Wurzeln, und in denselben Verhältnissen kann also auch die Alkoholgewinnung wechseln, weil sie ganz von dem Zuckergehalt des Rohmaterials abhängt. Da die Kosten der Ausziehung des Saftes, der Gährung und der Destillation für ein gleiches Gewicht Runkelrüben so ziemlich dieselben sind, so liegt es offenbar im Interesse der Zuckerfabrikanten, sich sowohl durch ihre eigenen Culturen, als bei ihren Kaufen von Landwirthen die zuckerreichsten Rüben zu verschaffen, welche überdieß in der Regel, bei gleichem Gewichte, auch Rückstände geben, welche reicher an fester Substanz oder minder wässerig sind, somit größern Nahrungswerth besitzen. Die Rübenvarietät, der Boden, Dünger, die Cultur und Jahreszeiten haben einen großen Einfluß auf den Ertrag an Zucker, folglich auch auf das Ergebniß an Alkohol. Die beste Rübenvarietät, welche man bis jetzt kennt, ist in dieser Beziehung die schlesische weiße Rübe mit rosenrother Haut; ein gleiches Gewicht derselben liefert 2–3 mal so viel Zucker als die Feldrunkelrübe, und 1 1/2–2mal so viel als die meisten anderen Varietäten. Der Boden muß ein thoniger Sandboden, tief, frei von stehendem Wasser, oder durch Drainröhren trocken gelegt seyn. Das Erdreich muß durch Ackern und Bearbeiten recht locker erhalten werden, die Aussaat in Zeilen geschehen und die Runkelrüben müssen (durch die Zucht aus Samen und Versetzung) so nahe beisammen erhalten werden, daß sie kein größeres Volum bekommen, als dem Gewicht von 2 1/2 bis 3 Kilogr. entspricht. Den Dünger betreffend, ist es am besten denselben bei einer der Einsaat vorausgehenden Cultur anzuwenden; die erste Ausjätung, zur rechten Zeit vorgenommen, hat einen sehr günstigen Einfluß auf die Menge und Qualität der Wurzeln. Gewinnung und Zusammensetzung des Runkelrübensaftes. 1) Mittelst Reibmaschinen und Pressen gewonnener Saft. Bei diesem Verfahren wird nur derjenige Saft gewonnen, welchen die durch die Zahne der Reibmaschine geöffneten Zellen enthalten; denn die verschlossen und unverletzt gebliebenen Zellen liefern durch das Pressen so gut wie nichts, und nur sehr wenig zuckerhaltige Flüssigkeit vermittelst der Endosmose, unter dem Einfluß von (15 bis 20 Proc.) Wasser, mit welchem der Brei während des Reibens begossen wird, um die Zähne von den anhängenden Theilen besser zu befreien. Der so erhaltene Saft enthält, mit Ausnahme des beinahe ganz aus Zellensubstanz bestehenden Gewebes und des nicht zerrissenen Theiles der Wurzel, so ziemlich alle näheren Bestandtheile und die verschiedenen Substanzen, aus welchen die Runkelrübe selbst besteht, deren mittlere Zusammensetzung, eine gute schlesische weiße Varietät vorausgesetzt, folgende ist: Wasser   83,5 Zucker und Spuren von Dextrin (ungefähr 0,1)   10,5 Zellstoff (Cellulose) und Pektose (welche im Brei zurückbleiben)     0,8 Albumin, Caseïn und noch zwei andere stickstoffhaltige Substanzen     1,5 Fettstoffe     0,1 Aepfelsäure, Pektinsäure, Pektin, Gummisubstanz, aromatische   Substanzen, färbbarer Stoff und Farbstoff, ätherisches Oel,   Chlorophyll, oxalsaurer und phosphorsaurer Kalk, phosphorsaure   Magnesia, salzsaures Ammoniak, kieselsaures, salpetersaures,   schwefelsaures und oxalsaures Kali, oxalsaures Natron,   Chlornatrium und -Kalium, pektinsaurer Kalk, pektinsaures Kali   und Natron, Schwefel, Kieselerde, Eisenoxyd etc.     3,6 ––––– 100 Wie man sieht, hat der Saft eine sehr complicirte Zusammensetzung, wenn er durch Reiben und Pressen gewonnen wird, wobei eigentlich nur der Zellstoff abgesondert wird; überdieß bleiben mehrere Körper in solchem Saft schwebend, welche seine Durchsichtigkeit beeinträchtigen, unter diesen eiweißartige Körnchen und Substanzen in größerer Menge als in dem durch Maceration mit Wasser gewonnenen Saft, durch welche Operation derselbe klarer erhalten wird; es leuchtet daher ein, daß die zur Bildung und Entwickelung der Hefe erforderlichen Elemente, welche in reichlicherer Menge vorhanden sind, wenn der Saft durch Auspressen des Breies gewonnen wurde, unter gleichen Umständen eine lebhaftere Gährung und die Erzeugung einer größern Menge Ferments veranlassen. 2) Durch Maceration mit Wasser gewonnener Saft. Wir haben so eben bemerkt, inwiefern sich dieser Saft vom vorigen unterscheidet, wodurch es sich erklärt, daß man während der letzten Campagne (1853/54) gezwungen war, der durch Maceration erhaltenen Flüssigkeit ein Drittheil ihres Volums durch Reiben gewonnenen Saftes zuzusetzen. Wahrscheinlich wäre man dessen überhoben, wenn man einer großen Masse viel Ferment enthaltender und in voller Gährung befindlicher Flüssigkeit fortwährend Saft in kleinen Quantitäten zusetzen würde, bis zur halben Anfüllung einer Kufe innerhalb 10 bis 12 Stunden. 3) Durch Maceration mit Schlämpe Nämlich nach dem Verfahren von Champonnois, mitgetheilt im polytechnischen Journal Bd. CXXXIII S. 378. gewonnener Saft. Bei diesem Verfahren wird das Wasser zum Theil durch die bei der Destillation des früher erhaltenen und gegohrenen Saftes verbleibende Flüssigkeit ersetzt. Was dabei an Wasser erspart wird, ist oft unerheblich; man hat aber den Vortheil, den der Gährung nachtheiligen Einfluß gewisser zu viel Gyps enthaltender natürlicher Wässer zu vermeiden. Der Hauptvortheil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß in den an Zucker erschöpften Rübenschnitten fast alle oben angeführten näheren Bestandtheile und Mineralsubstanzen zurückbleiben, welche dann zur Ernährung des Viehes dienen können; durch die Beimengung dieser Rückstände zu den trockenen und zähen Futterarten wird überdieß eine Erweichung und gährende Bewegung derselben eingeleitet, wodurch dieselben leichter verdaulich werden. Ein anderer Vorzug dieses Verfahrens entspringt aus der Gegenwart von Aepfelsäure, Pektinsäure, Essigsäure und Milchsäure in der Schlämpe; die beiden erstem sind ursprünglich im Saft enthalten, die beiden andern bilden sich erst bei der Gährung; diese Säuren, indem sie auf die pektinsauren Salze, welche die Zellen zusammenkleben, wirken, machen deren Wände leichter durchdringlich und befördern so das Eindringen der Schlämpe und das Austreten des Zuckersaftes. Gährung des Saftes. Die Gährung muß bei dem auf die eine oder andere Weise gewonnenen Runkelrübensaft stets durch ein fremdartiges Ferment eingeleitet werden. Die Bierhefe, ein Ferment welches sich während der Gährung, die es in der Gerstenwürze hervorruft, bis zum Sechsfachen vermehrt, nimmt bekanntlich ab und wird gewissermaßen zerstört, wenn man sie zur Gährung zuckerhaltiger, durch Auflösen von Rohr-, Rüben-, Stärke- oder Traubenzucker in Wasser erhaltener Flüssigkeiten anwendet; dagegen kann im Verlaufe der Gährung des Runkelrübensaftes das Ferment sich wieder erzeugen, und zwar in dem trüben Saft leichter als im filtrirten, und diese Reproduction ist während der Gährung des Erdbirnen- (Topinambour-) Saftes noch reichlicher. Diese scheinbaren Widersprüche lassen sich wie folgt erklären: Die Bierhefe sowie die analogen Producte welche sich während des Gährungsactes verschiedener Fruchtsäfte bilden und das merkwürdige Vermögen besitzen, den Zucker in Alkohol und Kohlensäure umzusetzen, sind organisirte Wesen, sehr kleine, vegetabilische, kugelförmige Körperchen, die aus einer doppelten Zellenmembran oder einem sphäroïdischen Bläschen bestehen, welches von den organischen und mineralischen Substanzen erfüllt ist, die in allen jungen Pflanzenorganismen vorkommen und in der That für das Leben und die Entwickelung oder für die Reproduction dieser mikroskopischen Wesen unentbehrlich sind. Jedes dieser Körnchen, welche in zahlloser Menge vereinigt, die teigartige Substanz bilden, die man Hefe nennt, hat nicht mehr als ein Hundertel Millimeter Durchmesser. Die näheren Bestandtheile dieser winzigen Pflanzengebilde geben wir nachstehend an, und gegenüber die Zusammensetzung der ebenfalls zu den Kryptogamen gehörenden Beetpilze (champignons de couches); man wird in der Zusammensetzung dieser Pflanzengebilde eine große Aehnlichkeit bemerken. Zusammensetzung der Hefe und der Beetpilze. Hefe. Pilze. Stickstoffhaltige, eiweißartige Substanzen, Spuren von Schwefel    enthaltend     62,7   52 Fettsubstanzen, wenigstens zweierlei     2,1     4,4 Zellstoff und andere nicht stickstoffhaltige organische Substanzen   29,4   38,4 phosphorsaurer Kalk, Talkerde, Kali und Kieselerde     5,8     5,2 ––––––––––––– 100 100 Es sind folglich dieselben organischen und mineralischen Substanzen in diesen beiden Pflanzengebilden enthalten, zwar nicht genau in denselben Mengenverhältnissen, aber doch in ähnlichen; so kommen in beiden die stickstoffhaltigen Substanzen von allen am reichlichsten vor; nach diesen folgen die mit dem Zellstoff verwandten, stickstofffreien organischen Substanzen, dann die phosphorsauren Salze oder mineralischen Stoffe, und endlich die Fettsubstanzen. Wir könnten darthun, daß dieselben Verhältnisse in der Zusammensetzung zwischen mehreren rudimentären Pflanzengebilden oder mikroskopischen Pilzen und jungen Pflanzenorganismen (z.B. den aufgeschossenen Knospen, welche den Blumenkohl bilden) bestehen; es genügt aber hier zu bemerken, daß die Entwickelungen der Hefe, wie man sie unter dem Mikroskop beobachtete, mit der Hypothese ihrer vegetabilischen Natur ganz übereinstimmt, sowie mit dem Hergang während des Verlaufs der geistigen Gährung. Die Flüssigkeiten nämlich, welche, wie die Gerstenwürze, die zur Hefebildung dienlichen, folglich zur Entwickelung und Reproduction dieses Ferments nothwendigen organischen und mineralischen Stoffe enthalten, zeigen bei gehöriger Dichtigkeit (4, 5, 6 bis 8° Baumé) und Temperatur (13 bis 20° R.) unter dem Mikroskop die Hefenkügelchen, welche durch die erzeugten Gasbläschen in der Flüssigkeit schwebend erhalten werden; dieselben vermehren sich, sehr kleine Kügelchen bildend, die in der Nähe des Endes ihrer großen Achse austreten, Knospen darstellend, welche an Größe zunehmen, bis sie den Durchmesser eines Hundertel-Millimeters erreichen; letztere treiben wieder Knospen und erzeugen eines oder zwei Kügelchen, welche neue reproduciren. Diese gehörig erwiesenen Thatsachen erklären uns, weßhalb nach Verlauf von zwei bis drei Tagen sechs- bis siebenmal so viel Hefe, als zur Einleitung der Gährung angewandt wurde, gesammelt werden kann. Wenn zufälligerweise die Temperatur der Flüssigkeit sinkt, oder wenn sie nicht über 5°,6 bis 6°,4 R. stieg, so scheinen die Hefekügelchen träge (unwirksam) zu werden; sie setzen sich ab, ohne sich zu vermehren und damit hört die Gährung auf oder ermattet. Bei den meisten Gährungen geht ein Theil dieser letztern Erscheinungen in der Nähe des Bodens der Kufen vor, wo die Temperatur eine niedrigere bleibt oder unter die gehörige Gränze sinkt; die unter diesen Umständen entstandene, am Boden abgelagerte Hefe ist daher weniger wirksam, als die in der Mitte der Flüssigkeit schwebend gebliebene Hefe. Daraus folgt auch, daß man mit Recht der schwebenden Hefe (Oberhefe) den Vorzug gibt und den Bodensatz der Kufen herausnimmt, um ihn in die Brennkolben zu schütten, statt sich seiner als Ferment zu bedienen. Wenn man die Hefe benutzt um die geistige Gährung in Auflösungen von krystallisirbarem Zucker, Traubenzucker oder Stärkesyrup hervorzurufen, so bemerkt man, daß die Kügelchen sich nicht entwickeln; im Gegentheil erschöpft sich deren Substanz, sie setzen sich ab, nachdem sie an ihrem ursprünglichen Gewicht verloren haben, und ihr Vermögen, Gährung hervorzurufen, hört ganz auf. Dieß ist bei der Zusammensetzung der Hefe leicht begreiflich; denn natürlich kann eine Auflösung von krystallisirbarem Zucker oder Traubenzucker in Wasser weder die stickstoffhaltigen organischen Materien, noch die Fettsubstanzen, noch die phosphorsauren Salze und Mineralstoffe liefern, welche alle zur Bildung, daher auch zur Entwickelung und Vermehrung dieses Ferments unentbehrlich sind. In letzterm Falle muß daher die Hefe nothwendig aufhören zu leben und sich zu reproduciren; man erhält folglich eine geringere Menge von ihr, als man anwandte. Die Analyse derselben ergibt auch geringere Mengen der quaternären, stickstoffhaltigen oder eiweißartigen Materien. Hinsichtlich der Natur der Hefe und der Umstände welche ihre Thätigkeit sowie ihre Reproduction begünstigen, kann sonach kein Zweifel mehr bestehen, und es ist einleuchtend, daß sich in dem durch Maceration mit Wasser erhaltenen klaren Saft nicht so viele eiweißartige und Fettsubstanzen, noch die sehr schwerlöslichen Mineralsubstanzen finden können, welche sämmtlich die Entwickelung der Hefe befördern. Chemische Vorgänge bei der geistigen Gährung. Nachdem wir die physiologischen Vorgänge bei der Thätigkeit der Hefe betrachtet haben, wollen wir noch einen Blick auf die dabei stattfindenden chemischen Reactionen werfen. Wenn beim Rohr- oder Rübenzucker Gährung eintritt, so ist die erste Wirkung die Umwandlung dieses Zuckers in Frucht- oder Traubenzucker. Letzterer unterscheidet sich von dem krystallisirbaren Zucker durch seine chemische Zusammensetzung, er enthält nämlich ein Aequivalent Wasser mehr. Die erste Wirkung der Gährung ist sohin die Fixirung der Elemente des Wassers, welche sich mit jenen des Zuckers verbinden, daher eine Gewichtsvermehrung desselben stattfindet. Nachdem der krystallisirbare Zucker in Fruchtzucker umgewandelt ist, oder wenn man sogleich Fruchtzucker anwendet, z.B. den Zucker oder Syrup aus Stärke, Trauben, Gerstenwürze, Honig, so zersetzt sich der Zuckerstoff unter denselben Einflüssen; seine Elemente vereinigen sich in anderer Ordnung und bilden zwei neue Verbindungen: Alkohol, welcher fast ganz in der gegohrenen Flüssigkeit aufgelöst bleibt, und gasförmige Kohlensäure, wovon eine höchstens dem Volum der Flüssigkeit gleichkommende Menge aufgelöst bleibt, während der größte Theil dieses Gases entweicht, mit jenem mehr oder weniger starken, knisternden Geräusch, welches eine mehr oder weniger lebhafte Gährung bezeichnet. Der Rübensaft enthält in der Regel sämmtlichen Zucker in dem mit dem Rohrzucker identischen krystallisirbaren Zustand; dieser Zucker erleidet sonach zuvörderst die Umwandlung in Fruchtzucker, welcher dann sich in Alkohol und Kohlensäure umsetzt. Folgende Tabelle stellt diese Umwandlungen in Aequivalenten dar. Textabbildung Bd. 138, S. 64 Folgende Formeln stellen diese Reaction dar: Rohrzucker + Wasser = 180 = Fruchtzucker = Alkohol + Kohlensäure, oder C¹²H¹¹O¹¹ + HO = C¹²H¹²O¹² = 2 (C⁴H⁶O²) + 4 CO². Zusammensetzung des Rübenzuckers; Zusammensetzung des bei der Umwandl. entstehend. Fruchtzuckers; Producte; Alkohol; Kohlensäure; Kohlenstoff: 12 C = 72; Wasserstoff: 11 H = 11; Sauerstoff: 11 O = 88; Gesammtgewicht Demnach erzeugen 171 Gewichtstheile krystallisirbarer Zucker, 180 Fruchtzucker und dieser 92 absoluten Alkohol plus 88 Kohlensäure. Da 171 Zucker 92 Alkohol geben, so würden 100 Zucker 53,8 Alkohol erzeugen. Wenn bei diesen Operationen gar kein Verlust stattfände, so müßten 100 Kilogr. Runkelrüben, welche 10 Kilogr. Zucker enthalten, bei 12° R. also 5,38 Kilogr. oder 6,70 Liter absoluten, oder 13,40 Liter Alkohol von 50° Tralles liefern. Die Destillation hat bekanntlich den Zweck, den bei der Gährung gebildeten Alkohol von dem größten Theil seines Wassers zu befreien, welches zur Reaction des Ferments auf die Zuckerflüssigkeit unentbehrlich war.