Entstehungsgeschichte der submersen Gärung#
Dezember 2011"Die Essigbakterien können schwimmen!"#
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So lautete der verwunderte Kommentar zu einer Erfindung, die in dem kleinen Chemielabor der Weinessigfabrik Anton Enenkel in der Ortschaft Traun bei Linz gemacht worden war. Es war knapp nach Ende des 2. Weltkrieges und Traun damals ein kleines Industriedorf. Die Erfinder waren die Chemiker Dr.Heinz Ebner [1] und Dr.Otto Hromatka.
Die erste Versuchsapparatur bestand aus einem vertikalen Glasrohr von vielleicht 10 cm Durchmesser und etwa 2,5 m Höhe. In ihm befand sich die Gärflüssigkeit, also zuerst die Maische und dann der entstehende Essig. Von unten wurde in dieses Rohr Luft eingeblasen, die perlend hochstieg. Sie versorgte den Gärungsprozeß und die Essigbakterien mit dem nötigen Sauerstoff. Die Bakterien schwammen also in der Gärflüssigkeit. Daher wurde diese Art der Gärung als submerse Gärung (lateinisch: submergere=untertauchen) bezeichnet. Bis jetzt siedelten die Essigbakterien beim sogenannten Schnellessigverfahren auf eingerollten Buchenspänen und wurden von oben mit der Gärflüssigkeit berieselt. Die Buchenspäne befanden sich dabei in einem stehenden zylindrischen Behälter, dem Ständer. Dieser war durch einen gelochten Zwischenboden in zwei vertikale Abschnitte geteilt. Im oberen waren die Buchenspäne untergebracht, im unteren sammelte sich nach dem Durchrieseln der Schüttung aus den Buchenspänen die Gärflüssigkeit, die dann wieder nach oben gepumpt und neuerdings auf die Buchenspäne gesprüht wurde. Von unten wurde durch den Zwischenboden die benötigte Luft eingeblasen. Dieser Kreislauf dauerte mehrere Wochen bis zum Abschluß des Gärvorganges.
Durch den Wegfall der Buchenspäne ergab sich beim submersen Gärverfahren eine wesentliche Verkleinerung der Gärapparate. Ein weiterer Vorteil war die kürzere Zeit des Gärprozesses. In den Jahren 1949 und 1950 wurde das neue Verfahren in vielen Ländern zum Patent angemeldet, deutscher Titel „Verfahren zur Herstellung von Karbonsäuren“.
Den Versuchen mit dem schmalen, hohen Vesuchsständer aus Holz war kein dauerhafter Erfolg beschieden. Die Luft wurde nämlich von unten durch einen siebartigen Boden eingeblasen. Die Gärung lief zwar an, die Bohrungen in diesem Boden verklebten sich aber, und der Betrieb konnte nicht aufrechterhalten werden.
Da hatte Gottfried Enenkel [2] (Bild 2) die Idee, einen rotierenden Belüfter, kurz Läufer genannt, zu konstruieren, um durch seine Bewegung in der Gärflüssigkeit ein solches Verkleben zu verhindern. Es wurde ein voller Erfolg. Eine wertvolle Besonderheit dieses Läufers war, dass er selbst die Luft ansaugte, also kein getrenntes Gebläse zur Einbringung der Luft nötig war. Außerdem wurde die Luft in Form kleiner Bläschen fein verteilt, was natürlich sehr günstig war.
Diese Belüftungseinrichtung (Bild 3), die auch einen Leitapparat umfaßte, wurde am 2. Februar 1952 (ungefähr 2 Monate vor dem plötzlichen Tod von Gottfried Enenkel, er stand erst im 44.Lebensjahr) zum Patent angemeldet: „Belüftungsvorrichtung für Flüssigkeiten“ (Patentschrift Nr. 189148 des Österreichischen Patentamtes). Die Form seines Läufers hat Gottfried Enenkel durch konsequente Anwendung der Eigenschaften von Flüssigkeitsströmungen ausgedacht. In der Patentschrift ist von einer „geschlossenen Kette von wirksamen Teilen von Strahlapparaten“ die Rede, die Luft ansaugen. Damit wird auf die Funktion von Wasserstrahlpumpen hingewiesen, die eine gewisse, wenn auch entfernte Ähnlichkeit mit der des Läufers aufweist. Die tatsächlichen Strömungsverhältnisse beim Läufer sind allerdings ziemlich kompliziert. Die wirksamen Teile von Strahlapparaten werden durch am Umfang des Läufers angeordnete Kegelflächen gebildet, in deren „Windschatten“ (hier eigentlich „Gärflüssigkeitsströmungsschatten“) Sog entsteht, sodaß durch die offenen Kegelgrundflächen Luft angesaugt wird (das hohle Innere des Läufers ist über seine hohle Antriebswelle mit der Außenluft verbunden). Zusätzlich rufen die an die Kegelflächen nach innen anschließenden, gegen die Strömungsrichtung geneigten Flächen durch die auf die Flüssigkeit wirkende Fliehkraft eine starke radiale Strömung hervor, die das Ansaugen verstärkt.
Zunächst wurde der neue Läufer in einen größeren Holzständer eingebaut und seine Wirkungsweise in Wasser getestet. Gemessen wurden die angesaugte Luftmenge mit einem Rotameter [3] und der Stromverbrauch des Antriebsmotors. Genau beobachtet wurde von oben aus die Verteilung der Luft. Wie schon gesagt, alle Ergebnisse waren sehr gut.
Nachdem nun mit dieser Anordnung auch Probegärungen einwandfrei durchgeführt worden waren, wurde bei der Firma Böhler ein Ständer aus säurebeständigem Stahl bestellt. Er hatte die Form eines stehenden Zylinders mit gewölbten Böden. Wegen seiner Größe und seines Gewichtes war es nicht möglich, ihn durch Stiegenhaus und Türen in den 2. Stock in den Ständerraum zu bringen. So mußte in diesem Raum eine Fensteröffnung vergrößert werden. Dann wurde der Behälter mit einer aus diesem Fenster ragenden Seilwinde hochgezogen und durch das Fenster in den Ständerraum gebracht und neben dem bisherigen Versuchsständer aufgestellt (Bild 4 mit Gottfried Enenkel, Bild 5). Nun war ein Größenvergleich zwischen einem alten, mit Buchenspänen gefüllten Ständer und dem neuen submers arbeitenden Ständer aus Stahl möglich (vergleiche Bild 1 mit Bild 4). Nochmals muß darauf hingewiesen werden, daß die Gärperiode beim submersen Verfahren wesentlich kürzer geworden war.
Auf dem Weg zu einem einwandfreien Betrieb der submersen Gärapparate mußte noch eine weitere Schwierigkeit überwunden werden. Durch den chemischen Prozeß, den rotierenden Belüfter und die intensive Einbringung der Luft trat nämlich eine starke Schaumbildung (aus abgestorbenen Bakterien) auf, die den Arbeitsablauf behinderte und daher vermieden werden mußte. Wieder war es Gottfried Enenkel, der Abhilfe schuf, indem er einen gut funktionierenden Schaumzerstörer konstruierte, der ein Laufrad mit radialen Schaufeln hatte, die den von außen in das Laufrad eindringenden Schaum zerschlugen (Bild 6) (österreichischen Patentschrift Nr. 189149 „Vorrichtung zur Schaumzerstörung bei chemischen und biologischen Prozessen“). Die Anmeldung dieses Patentes fand am 31. Dezember 1952, also etwa 8 Monate nach dem Tod seines Erfinders statt.
Nach dem Tod von Gottfried Enenkel wurden noch zwei andere Läufer konstruiert und zum Patent angemeldet (Patentschrift Nr.193331 des Österreichischen Patentamtes).
Der „Sechskantläufer“ (Bild7, Fig.1) stammte von Dr.Heinz Ebner, war einfacher herzustellen als der ursprüngliche Läufer von Gottfried Enenkel, aber strömungstechnisch wesentlich schlechter.
Der „Bananenläufer“ (Bild 7, Fig.2) wurde vom Verfasser dieses Berichtes entworfen, der damals in die 8. Klasse des Bundesrealgymnasiums in Linz ging. Erst bei seinem späteren Studium des Maschinenbaues an der Technischen Hochschule in Wien erkannte er, dass die von ihm konstruierte Spirale die Archimedische Spirale war, die er also nacherfunden hatte. Ob Archimedes Wein in einem offenen Gefäß zu Essig werden ließ, ist nicht belegt. Sicher aber ist, dass der Bananenläufer mit der Form seiner Spirale Luft in den Essiggärbehälter saugte.
- Dass heute weltweit kein Gärungsprozess mehr ohne submerse Gärung denkbar ist, ist kaum bekannt!!
- Anhang: Zur Chemie der Essiggärung
[1] Schwager von Dr.Anton Enenkel, dem älteren Sohn von Anton Enenkel,dem Gründer der Essigfabrik Anton Enenkel
[2] Jüngerer Sohn von Anton Enenkel, dem Gründer der Essigfabrik Anton Enenkel
[3] Der zu messende Luftstrom durchfließt von unten nach oben ein Glasrohr, das nach oben konisch erweitert ist. In ihm schwebt ein Staukörper, der wegen der konischen Erweiterung je nach Durchflußgeschwindigkeit mehr oder weniger angehoben wird. Die Höhe gibt, durch Ablesen an einer entsprechend beschrifteten Skala, das pro Zeiteinheit durchströmte Luftvolumen an. Der Staukörper hat in der Mitte seiner Höhe die Form eines stehenden Zylinders. Nach unten schließt mit gleicher Basisfläche ein Kegel an, dessen Spitze nach unten zeigt. Nach oben schließt sich ein niedriger Zylinder mit größerem Durchmesser an. In seine Mantelfläche sind schräge Nuten eingearbeitet. Die durch sie strömende Luft setzt den Staukörper in Drehung. Die dabei entstehende Kreiselwirkung läßt den Staukörper ruhig schweben, ohne daß er taumelt.
