Table Of ContentGARUNGSCHEMISCHES
PRAKTIKUM
VON
DR. KONRAD BERNHAUER
A. O. PROFESSOR AN DER DEUTSOHEN UNIVERSITAT IN PRAG
LEITER DER BIOOHEMISOHEN ABTEILUNG
DES OHEMI80HEN LABORATORIUMS
ZWEITE AUFLA GE
MIT 40 ABBILDUNGEN
BERLIN
VERLAG VON JULIUS SPRINGER
1939
ISBN-13: 978-3-642-89536-4 e-ISBN-13: 978-3-642-91392-1
DOl: 10.1007/978-3-642-91392-1
ALLE RECBTE. INE'BEE'ONDERE DAS DER tlBERSETZUNG
IN FREMDE SPRACBEN. VORBEBALTEN.
COPYRIGHT 1936 AND 1939 BY JULIUS SPRINGER IN BERLIN.
SOFTCOVER REPRINT OF TIm HARDCOVER 1ST EDITION 1939
Ans dem Vorwort znr ersten Anflage.
Die Garungschemie hat sich heute weit iiber ihren urspriing
lichen Rahmen (Spirituserzeugung, Bierbrauerei usw.) hinaus
entwickelt und ist mit der chemischen Industrie selbst bereits
sehr innig verkniipft. So macht sich die Garungschemie heute
auch auf dem Gebiete der organischen GroBprodukte
immer mehr geltend; es sei z. B. auf die garungschemische Er
zeugung von Aceton, Butanol, Essigsaure, Citronensaure, Milch
saure verwiesen. Ferner ist eine groBe Anzahl weiterer Gar
prozesse bekannt, die noch ihrer industriellen Verwertung harren,
wie z. B. die Propionsauregarung, die Cellulosevergarungen (die
zur Erzeugung von Alkohol, Essigsaure, Milchsaure und anderen
Produkten fiihren konnten) usw. Weiterhin erscheint eine groBe
Reihe von Garprozessen noch mannigfacher Verbesserungen fahig
(Ausbeuteerhohung, Beschleunigung der Prozesse, Verwendung
billigerer Ausgangsmaterialien usw.). Dazu kommt sodann noch
eine bedeutende Anzahl der verschiedensten Garungsvorgange,
die zur Erzeugung· mancher organischen Produkte in kleinerem
MaBe entweder bereits heute dienen oder noch verwertet werden
konnen, so z. B. die Gewinnung von Gluconsaure, Butylenglykol,
Mannit, Dioxyaceton usw.
Dabei muB noch weiterhin bedacht werden, daB wir uns - bei
der ungemein groBen Mannigfaltigkeit der biochemischen Abbau
vorgange - he ute zweifellos erst am Anfang der garungs
chemischen und garungstechnischen Entwicklung be
finden; denn einerseits werden immer wieder neue Garungs
organismen aufgefunden, die besondere Prozesse zu bewirken
imstande sind, und anderseits sehen wir, daB es durch geeignete
MaBnahmen gelingen kann, den Veriauf einer Garung in andere
Richtung zu lenken und so zu anderen Endprodukten zu gelangen
(vgl. z. B. die Glycerinerzeugung auf dem Garwege); schlieBlich
erscheint es auch durchaus moglich, bestimmte, bei den Garungen
rasch durchlaufene Zwischenprodukte mittels besonderer Ver
fahren so anzuhaufen, daB sie dann ais Hauptprodukte auf
treten und der technischen Erzeugung zuganglich werden.
Eine weitere groBe Bedeutung der Garungschemie fiir
die Industrie beruht darauf, daB die bei den Garungen vor
sich gehenden Umsetzungen vielfach geringere Kosten verursachen
als die rein chemischen Prozesse. Bei den Garungsvorgangen
konnen zumeist billige Ausgangsmaterialien (Kohlehydrate) ver
wendet werden, wobei vielfach auch die verschiedensten Abfall-
IV Aus dem Vorwort zur ersten Auflage.
produkte der Landwirtschaft einer industriellen Verwertung zu
gefiihrt werden.
Auch in wissenschaftlicher Hinsicht befindet sich die
Garungschemie noch recht am Anfang, denn wenn man bedenkt,
wieviel Arbeit geleistet werden muBte, urn den 1>rozeB der Hefe
garung - also die physiologische Wirkung einer einzigen
Organismengruppe - einigermaBen aufzuklaren, so ist leicht er
sichtlich, welch ungeheuer groBes Gebiet bei Beriicksichtigung
der ungemein groBen Anzahl der Garungstypen noch der weiteren
Bearbeitung harrt. Dazu kommt ferner, daB bei der wissenschaft
lichen Klarung der Garprozesse nicht nur der Chemismus der
betreffenden Vorgange aufzuklaren ist, also die Art des Reaktions
ablaufes, sondern auch die Rolle und Natur der dabei beteiligten
Enzyme sowie schlieBlich der den geordneten Ablauf der Pro
zesse regulierenden Wirkstoffe; sodann gehoren hierher
endlich auch die den "physiologischen Zustand" derGarungs
organismen betreffenden Fragen.
Wahrend nun auf dem Gebiete der Garungschemie einerseits
recht zahlreiche und vorziigliche Werke vorliegen, die sich in
erster Linie und vielfach fast ausschliel3lich nur mit den
Garungsorganismen selbst befassen, und anderseits eine zweite
Gruppe von Werken, die in erster Linie von rein technischen
Gesichtspunkten aus geschrieben sind und vor allem nur die
alteren, bereits gut durchgearbeiteten Verfahren behandeln, mangelt
noch vollstandig eine Einfiihrung in die Garungschemie,
in der die laboratoriumsmaBige Durchfiihrung der ver
schiedensten Garprozesse geschildert ware. Die vorliegende
Schrift soH dazu dienen, diese Liicke auszufiillen.
Auswahl des Stoffes. 1m vorliegenden Buch sind nach Moglich
keit alle Gebiete der Garungschemie behandelt oder wenigstens
gestreift, die in wissenschaftlicher oder technischer Hinsicht von
Wichtigkeit erscheinen. Vor aHem ist das Hauptgewicht nicht so
sehr auf die heute bereits aUgemein in die Technik eingefiihrten
Zweige der Garungschemie gelegt, sondern vielmehr auf jene Ge
biete, deren technische Anwendung noch nicht lange zuriick
reicht, oder die noch einer technischen Verwertung harren, oder
die von besonderem wissenschaftlichem Interesse sind. Bei der
Auswahl des Stoffes wurde ferner nach Moglichkeit vor aHem nur
gut Gesichertes und einigermaBen Abgeschlossenes beriicksichtigt,
doch liegt es in der Natur der Sache, daB vielfach auch noch nicht
ganz Abgeschlossenes behandelt werden muBte, urn so auch auf
die zahllosen noch offenen Probleme der Garungschemie hin
zuweisen.
Aus dem Vorwort zur ersten Auflage. v
Die vorliegende Schrift bezweckt daher zuniichst eine Ein
fiihrung in die Garungschemie, und zwar vor allem in
die garungschemische Praxis. Dadurch soIl diese Arbeits
richtung auch einem groBeren Kreis leichter zugiinglioh gemaoht
werden und ferner soIl das vorliegende Buch auch zur Weiter
arbeit auf diesem Gebiete anregen; es wird daher auch immer
wieder auf offene Fragen und Probleme hingewiesen. SchlieBlich
diirfte die Bedeutung, die die Garungschemie heute bereits besitzt,
es rechtfertigen, auch bei der Ausbildung der Studierenden an
den Hochschulen diesem Gebiete ein erhohtes Augenmerk zu
zuwenden, denn die Garungsvorgange stellen vom Gesichtspunkt
des Chemikers aus ja auch nur chemische Reaktionsketten vor,
bei denen allerdings die Garungsorganismen selbst bzw. deren
Enzyme das "katalytische Agens" vorstellen. Es erscheint daher
auoh zur Erweiterung des fachlichen Gesichtskreises der Chemie
studenten von Wichtigkeit, wenigstens einige grundlegende
garungschemische Kenntnisse zu vermitteln, und so auch die
chemische Ausbildung universeller zu gestalten.
"fibersicht des Stoffes. In der Einleitung wird auf die Bedeutung
der Garungschemie kurz eingegangen; sodann werden einige
Richtlinien zur Losung der theoretischen und praktischen Auf
gaben der Garungschemie gegeben, ferner eine Chal'akteristik und
Ubersicht der verschiedenen Garprozesse. SchlieBlich wird auf die
geschichtliche Entwicklung der Giirungsehemie in wissenschaft
lieher und technischer Hinsicht kurz eingegangen und in diesem
Zusammenhang auf einige Probleme dieses Arbeitsgebietes hin
gewiesen.
1m ersten Teil werden die allgemeinen Methoden der Garungs
ohemie beschrieben, und zwar zunachst die Methoden zur Ziichtung
und Kultivierung der Organismen, ferner das Wichtigste iiber die
Untersuchung und Charakterisierung derselben. Auf die Wieder
gabe von Abbildungen der Garungserreger wurde ver
zichtet (eben so im zweiten Teil), da diesbeziiglich einerseits das
umfassende Werk von LINDNERl vorliegt, und andererseits erst
vor kurzem ein sehr instruktiver und preiswerter Atlas der
Garungsorganismen von GLAUBITZ 2 erschienen ist. Die erwahnten
Abschnitte wurden moglichst kurz gefaBt und iiberall nur das
fiir den Garungschemiker Wichtigste hervorgehoben.
Sodann wird die allgemeine Garungstechnik geschildert, also die
1 LINDNER: Atlas del' mikroskopisehen Grundlagen der Gii-rungs
kunde, 6. AmI. Berlin 1928.
2 GLAUBITZ: Atlas der Giirungsorganismen. Berlin: Parey, 1934.
VI Aus dem Vorwort zur ersten Auflage.
grundsatzliehe Methodik zur Durehfiihrung der Garungen. SehlieB
Heh folgt noeh das Wiehtigste tiber die Aufarbeitung der Giir
ansatze im allgemeinen.
Der zweite Teil, der den Hauptteil vorstellt, enthalt die Ubungs
beispiele. Bei der Besehreibung derselben wurde von dem Grund
satz ausgegangen, gelegentlieh der Sehilderung der praktisehen
DurehfUhrung der Garungen aueh theoretisehe Kenntnisse zu
vermitteIn; ein Grundsatz, der sieh bei anderen Praktikumbiiehern
bestens bewahrt hat!. 1m AnsehluB an die einzelnen Ubungs
beispiele wird daher eine kurze theoretisehe Erorterung iiber den
Chemismus der betreffenden Garungsform sowie iiber die prapa
rative Bedeutung bzw. die Teehnologie derselben angesehlossen.
In einem Anhang wird eine Ubersieht der Einriehtungen fiir
die Durehfiihrung garungsehemiseher Arbeiten gegeben. Ferner
sind Umrechnungstabellen zusammengestellt und es werden hier
Leitlinien fUr die Protokollierung entwiekelt.
Die Sachverzeichnisse sind so angeordnet, daB aus dem spezi
ellen Sachverzeichnis Bildungsweise und Art der Umwandlung
der verschiedenen Garprodukte ersiehtlich ist sowie die Methoden
zum Nachweis, zur Identifizierung und quantitativen Bestimmung.
Herrn Dr. ANTON IGLAUER danke ich fUr seine eifrige Mit
hilfe, insbesondere bei der Behandlung der biologischen Methoden
sowie bei der Durchfiihrung der Korrekturen.
Prag, im Oktober 1936.
KONRAD BERNHAUER.
Vgl. GATTERMANN-WIELAND: Die Praxis des organischen Che
1
mikers, oder BERTHO-GRASsMANN, Biochemisches Praktikum (1396).
V orwort zur zweiten Auflage.
Die Notwendigkeit, bereits nach zwei Jahren eine Neuauflage
des vorliegenden Buches herauszubringen, beweist am besten die
Berechtigung desselben. Zugleich ist dies ein Zeichen fiir das
Interesse, das heute der Garungschemie entgegengebracht wird,.
sowie dafiir, daB die Erkenntnis der Wichtigkeit dieser Arbeits
richtung in immer groBere Kreise dringt. So soll es ja auch weiter
hin eine Teilaufgabe dieses Buches bleiben, die Bedeutung der
Garungschemie zu beleuchten, sie den Interessenten leichter zu
ganglich zu machen und ihr so weitere Mitarbeiter zuzufiihren.
Die letzten zwei Jahre haben wieder gezeigt, daB die
Garungschemie in voller Entwicklung begriffen ist' und dem, der
·einen Einblick in die Dinge hat, ist nur noch klarer geworden, wie
mangelhaft hier unsere Kenntnisse und Erkenntnisse sind und
welch gewaltiges Gebiet hier der weiteren Bearbeitung harrt.
Weiterhin konnte in der letzten Zeit gezeigt werden, daB die
'Garungschemie dazu berufen ist, auch wichtige und groBe tech
nische Probleme einer Losung naher zu bringen. Es sei z. B. auf
·die biologische Erzeugung von EiweiB (Gewinnung von Futter
hefe) hingewiesen, eine Frage, der gerade in Deutschland im
Rahmen des Vierjahresplanes ein groBes Augenmerk zugewendet
wird. Auch sonst wird der Garungschemie im Vierjahresplan
immer mehr Beachtung geschenkt, was auch in den einschlagigen
Veroffentlichung~n deutlich zum Ausdruck kommt.
In der vorliegenden Neuauflage konnten Anlage und Rahmen
voll aus der ersten Auflage ilbernommen werden. NaturgemaB
wurden die seit dem Erscheinen der ersten Auflage gemachten
neueren Erfahrungen auf garungschemischem Gebiete moglichst
voHstandig beriicksichtigt, wodurch die Neuauflage wieder auf den
neuesten Stand gebracht wurde. Dies betrifft nicht nur die Her
ausarbeitung der Probleme der Garungschemie in wissenschaft
licher und technischer Hinsicht, sondern vor aHem die Erneuerung
und Umarbeitung der Ubungsbeispiele nach den letzten Veroffent
lichungen, sowie nach den im eigenen Laboratorium gemachten
Erfahrungen. So wurde auch eine Anzahl von Ubungsbeispielen
und Abbildungen neu aufgenommen. Die Anzahl der Einzeliibungen
wurde auf fast 150 erhoht. Die Umarbeitung und Neuaufnahme
betrifft vor aHem die Erzeugung von PreBhefe (Futterhefe), die
VITI Vorwort zur zweiten Auflage.
Fettsynthese durch Mikroorganismen, die oxydativen Giirungen
der Essigbakterien und Schimmelpilze, bei denen von submersen
Verlahren Gebrauch gemacht wird, da diesen die Zukunft gebOrt.
Viele Ubungsbeispiele wurden in den letzten zwei Jahren wieder·
holt iiberpriift, wobei Verbesserungen gemacht werden konnten.
In einem Nachtrag werden auch noch weitere Literatur·
angaben hauptsachlich theoretischer Natur gemacht.
Herrn Dr. HEINRICH KNOBLOCH, der in unermiidIicher Weise
die Korrekturen und Erganzungen durchfiihrte, gebiihrt fiir seine
tatkraftige Mitwirkung an der Verbesserung des Buches mein_
besonderer Dank.
Prag, im Januar 1939.
KONRAD BERNHAUER.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
Einleitung . ' _ . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Bedeutung und Entwicklung der Garungschemie 1
A. Bedeutung der Garungschemie 1
1. Industrielle Bedeutung der einzelnen Garprozesse in
engerem Sinne . . . . . . 2
a) Die alkoholische Garung. . 2
b) Die Butanol-Aceton-Garung 3
c) Die Essiggarung 3
d) Die Milchsauregarung . 3
e) Die Citronensauregarung 3
f) Die Cellulosevergarung 3
2. Wirtschaftliche Bedeutung von Garungsvorgangen
und Garungsorganismen in weiterem Sinne 4
a) Garungsvorgange in der Nahrungs- und Futter-
mittelerzeugung. . . . . .. ..... 4
b) Sonstige industrielle Bedeutung der Garungs
organismen. . . . . . . . . . . . . . . 5
3. \Vissenschaftliche Bedeutung der Garungschemie 6
a) Aufklarung der Garungsvorgii.nge . . . . . 6
b) Praparative Bedeutung der Garungschemie 6
B. Einige Richtlinien zur L6sung der theoretischen und
praktischen Aufgaben der Garungschemie 8
1. Methoden zur Aufklarung des Chemismus der
Garungsvorgange . . . . . . . . . . . . 8
a) Die Garungszwischenprodukte . . . . . . 9
b) Garungsendprodukte und Stoffwechselbilanzen 9
2. Richtlinien der technischen Garungschemie. . . 9
a) Innere Faktoren der Garprozesse (Garungs
.. organismen) . . . . . . . . . . . . . . 12
b) AuBere Bedingllngen der Garprozesse . . . . 13
C. Charakteristik und Ubersicht der Garungsvorgange 14
1. Allgemeine Charakteristik der Garungen 15
a) Begriff der anoxydativen Garungen. . . .. 15
b) Begriff der oxydativen Garungen. . . . . . 15
2. Der Chemismus der Garungs- und Oxydationsvor
gange im allgemeinen . . . . . . . . 16
a) HauptprozeB dos Zuckerzerfalls (Abbau tiber die
C3 Stufe) . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-
b) Nebenprozesse des Zuckcrabbaues .... .. 17
D. Geschichtliche Entwicklung und Probleme der Garungs
chemie in wissenschaftlicher und technischer Hinsicht 17
x Inhaltsverzeichnis.
Seite
1. Die Hefegarungen . . . . . . 17
2. Anoxydative Bakteriengarungen 20
3. Oxydative Bakteriengarungen 23
4. Schimmelpilzgarungen 24
Erster Teil.
Allgemeine Methoden der Giirungschcmie.
I. Methoden zur Ziichtung und Charakterisierung
der Garungsorganismen . . . .. .... •• 26
A. Gerate und Nahrsubstrate zur Kultivierung der Garungs
organismen . . . . . . . . . 26
1. GefaJ3e und Gerate . . . . . 26
a) GefaJ3e fUr feste Nahrbiiden 26
b) GefaBe fUr Nahrliisungen 27
c) Gerate fiir besondere Zwecke. 28
2. Die Nahrsubstrate und deren Bereitung 28
a) Allgemeine Zusammensetzung der Nahrsubstrate. 28
b) Allgemeines iiber die Bereitung und Aufbewahrung
del' Nahrsubstrate 30
c) Natiirliche Nahrsubstrato 32
d) Kiinstliche Nahrsubstrate 32
3. Sterilisationsmethoden . . 32
a) Sterilisieren durch Hitze . 37
b) Mikrobenfiltration. . . . 37
c) Chemischc Stcrilisationsmethoden 42
B. Methoden zur Ziichtung und Charakterisierung der
Garungsorganismen . . . . . . . . . . . . 43
1. Reinziichtungsmethoden und das Herausziichten von
Garungsorganismen aus natiirlichen Substraten. 43
a) Auffindung von Garungsorganismen in del' Natur 43
b) Reinziichtungsmethoden (Isolierung einzelner
Organismen) ............ . 45
2. Allgemeine Kulturmethodcn zur Fortziichtung der
Garungsorganismen 47
a) Aerobenkultur. . . . . . . . . . . . . . 48
b) Anaerobenkultur 48
c) Nahrbiiden fUr die Fortziichtung der Garungs-
organismen. . . . . . . . . . 49
d) Allgemeine MaBnahmen und Einrichtungen zur
Fortziichtung . . . . . . . . . . . . 49
3. Spezielle garungschemische Kulturmethoden 50
a) Gewiihnung an Substrate . . . . . . . 51
b) Substratwechsel. . . . . . . . . . . . 52
c) Fortlaufende Auswahl del' garkriiftigsten Kulturen 53
Anhang: Kulturmethoden zur Keimgehaltsbestim-
mung ............... . 53
4. Mikroskopische Methoden zur Identifizierung und
Charakterisierung der Mikroorganismen 54
a) Anfertig'-mg mikroskopischer Praparate .. 54
