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Gährung

[841] Gährung, eine eigenthümliche Zersetzung organischer Substanzen unter dem Einfluß eines andern organischen od. unorganischen Körpers, des Gährungserregers od. Ferments. Die Wirkung dieses Ferments beruht aber keineswegs auf seiner chemischen Verwandtschaft zu dem gährenden Stoff (Gährungsmaterial), indem zwischen beiden Körpern ein gegenseitiger Austausch von Elementen nicht stattfindet; charakteristisch für seine Wirkung ist aber, daß es schon in sehr geringen Mengen große Quantitäten Gährungsmaterial in G. versetzen kann. Durch die Einwirkung des Ferments auf jene organische Substanz ordnen sich entweder die Atome derselben in der Weise, daß ein neuer Körper von gleicher Zusammensetzung, aber verschiedenen Eigenschaften entsteht, wie bei der Umwandlung von Stärkemehl in Zucker; od. die organische Materie zerfällt in mehrere Stoffe, wie der Zucker, welcher sich bei der G. in Alkohol u. Kohlensäure spaltet. Ein u. dasselbe Ferment ist nicht im Stande, alle gährungsfähigen Substanzen in G. zu versetzen; im Allgemeinen gibt es für jedes Gährungsmaterial ein bestimmtes Ferment, dieses kann aber in verschiedenen Stadien seiner Zersetzung die Eigenschaften mehrerer Fermente annehmen u. in mehreren gährungsfähigen Substanzen G. erregen. Unter den Fermenten unterscheidet man solche, welche selbst bereits angefangen haben, chemisch zu zerfallen, d.h. welche selbst schon in Zersetzung übergegangen sind, wie bes. die eiweißartigen Körper, Leim etc., u. solche, an denen keine Veränderung nachgewiesen werden kann, wie das Platin u. die Schwefelsäure. Die Wirkung der Fermente ist zur Zeit noch nicht genügend erklärt. Berzelius u. Mitscherlich suchten den Grund des Gährungsprozesses in der Wirkung der katalytischen Kraft des Ferments auf das Gährungsmaterial; dadurch wurde allerdings die Thatsache mit einem Namen belegt, aber nicht erklärt. Liebig glaubt, das Ferment sei nur wirksam, wenn durch Zutritt von Luft Oxydation in ihm eingeleitet ist, u. sieht die Zersetzung des Gährungsmaterials als eine Folge der Zersetzung des Ferments an. Ferment ist also nach Liebig ein in Zersetzung begriffener Körper, dessen Atome sich im Zustande der Bewegung befinden; diese Bewegung theilt sich den Elementen des Gährungsmaterials mit, u. die Folge davon ist, daß sich dieselben zu neuen Körpern gruppiren. Diese Ansicht, welche bereits von Stahl angedeutet wurde, erklärt allerdings eine Menge von Gährungserscheinungen, aber nicht alle, so z.B. die Wirkung des Platins u. der Schwefelsäure, u., abgesehen davon, ist nach dieser Erklärung nicht einzusehen, warum nicht jeder in Zersetzung übergegangene Körper im Stande sein sollte, das Gleichgewicht eines anderen Atomencomplexes zu stören, warum die G. in einem Gährungsmaterial nur durch ein bestimmtes Ferment eingeleitet wird. Eine eigenthümliche Erscheinung bei dem Gährungsproceß ist auch das Auftreten lebender Wesen, durch deren Einwirkung man ebenfalls die G. zu erklären versucht hat. Ehrenberg u. Schwann haben in der Luft mikroskopische Keime von Pflanzen u. Thieren nachgewiesen, welche, wenn sie anf einen günstigen Boden fallen, sich entwickeln u. die G. auf eine zur Zeit noch unerklärte Weise veranlassen sollen. Aber auch nach dieser Ansicht lassen sich kaum einige Gährungserscheinungen erklären, wie die geistige G., die Fäulniß u. manche Schimmelbildungen. Blondeau nimmt an, daß jede G. auf der Gegenwart von Pilzen beruhe, so soll die Alkoholgährung durch einen Pilz, Torvula cerevisiae, die Essigsäuregährung durch Torvula aceti, die Milchsäuregährung durch Penicillium glau cum etc. bedingt sein. Eine allgemeine Anwendung auf alle Gährungsprocesse läßt aber diese Erklärungsweise schon deshalb nicht zu, weil bei vielen Gährungsvorgängen niemals die Gegenwart organischer Wesen nachzuweisen ist u. selbst da, wo gewisse Zersetzungsprocesse mit gewissen Organismen gleichzeitig auftreten, noch nicht erwiesen ist, ob die letzteren die Ursache jener Umwandlung od. nur eine sie begleitende od. gar zufällige u. für den Proceß selbst bedeutungslose Erscheinung sind.

Da je nach der Verschiedenheit sowohl des Gährungsmaterials als des Ferments die Gährungserscheinungen sich wesentlich ändern u. daher die Producte der G. sehr verschiedener Natur sind, so unterscheidet man mehrere Arten von G., unter denen die sogenannte a) geistige G. bis jetzt noch am besten studirt ist, deren Wesen aber ungeachtet vieler mühsamer Untersuchungen noch fast gänzlich unergründet ist. Die geistige G. besteht in dem Zerfallen des Krümelzuckers in Alkohol u. Kohlensäure (C₁₂H₁₂O₁₂ = 2C₄H₆O₂ + 4CO₂). Nach den bis jetzt gemachten Erfahrungen ist nur der Krümelzucker (Trauben- od. Fruchtzucker) fähig, direct in geistige G. überzugehen, alle anderen Zuckerarten, wie der Rohr- u. Milchzucker, sowie die Stärke, empfangen das Vermögen zu gähren erst durch ihre vorhergehende Verwandlung in Krümelzucker. Damit nun der Krümelzucker in die geistige G. übergehe, müssen mehrere Bedingungen erfüllt sein, es ist nämlich erforderlich: Wasser (der Zucker muß darin aufgelöst sein, u. zwar in einem entsprechenden Verhältniß, concentrirte Zuckerlösungen gähren wenig od. gar nicht); eine mäßige Temperatur (mit erhöhter Temperatur geht die G. schneller vor sich, doch darf sie nicht + 40° übersteigen, bei niederer Temperatur findet zwar auch noch G. Statt, aber nur unvollkommen, sie hört ganz auf bei einer Temperatur von 1°); atmosphärische Luft u. ein Ferment. Letzteres ist bei der geistigen G. ein organisirtes Wesen, eine Pflanze auf der niedrigsten Stufe der Organisation, die Hefe (s.d.). Dieselbe bildet sich unter dem Einfluß der Luft u. Wärme immer nur bei Gegenwart von Zucker u. Proteïnstoffen, sie erscheint theils auf der Oberfläche der Flüssigkeit u. heißt dann Oberhefe, theils am Boden, Unterhefe, weshalb man angenommen hat, daß vielleicht zwei Arten dieser Pflanzen bestehen; die Oberhefe bildet theils einzelne, theils baumartig verästelte Massen von aneinander gereihten Zellen, deren Durchmesser gewöhnlich ⁵/₁₀₀₀-⁷/₁₀₀₀ Millimeter beträgt, so daß etwa eine Billion auf den Raum von einem Cubikzoll gehen; die Unterhefe besteht aus isolirten Zellen von geringerer Größe. Von Einfluß auf die geistige G. ist allerdings die Bildung dieser Hefenpilze, aber welchen Antheil die Lebensthätigkeit jener Organismen bei der Zersetzung des Zuckers hat, ist noch nicht mit Bestimmtheit nachgewiesen worden. Von der Unhaltbarkeit der Ansicht aber ist man überzeugt, daß die Hefenzellen Infusorien seien, welchen die Zuckerlösung zur Nahrung diene,[841] u. in deren Organismus die Zerlegung des Zuckers in Alkohol u. Kohlensäure vor sich gehe, so daß sie diese Producte als Excremente entleerten. Die Erscheinungen, welche bei der geistigen G. einer Flüssigkeit eintreten, sind zunächst eine Trübung u. gleichzeitiges Erwärmen der Flüssigkeit, dann die Entwickelung von Kohlensäure, welche ein Aufschäumen verursacht. Nach einiger Zeit klärt sich die Flüssigkeit, die Hefe setzt sich ab u. statt des Zuckers findet man Alkohol in der Flüssigkeit. Man hat die Beobachtung gemacht, daß die gährungserregende Kraft der Hefe durch das Vorhandensein einer kleinen Menge einer organischen Säure, namentlich von Milchsäure, bedeutend gesteigert werde. Benutzt man als Gährungsmaterial nicht eine reine Zuckerlösung, sondern Kartoffeln- od. Runkelrübenmelasse, so entsteht neben dem Alkohol eine geringe Menge von Kartoffelfuselöl (Amyloxydhydrat) C₁₀H₁₂O₂. Bei der G. des Traubensaftes bildet sich das Fuselöl des Weines, das zumgrößten Theile aus önanthyligsaurem Äthyloxyd (Önanthäther), C₁₄H₁₃O₂ + C₄H₅O, besteht; vgl. Fuselöle. Außerdem enthält die gegohrene Masse noch geringe Mengen Ammoniak, Milchsäure, Mannit etc. Das Auftreten solcher Nebenproducte ist entweder durch den Gehalt des Gährungsmaterials an fremdartigen Stoffen od. durch die Zersetzung des Ferments bedingt. Neuere Beobachtungen haben gezeigt, daß Bernsteinsäure u. Glycerin constante Producte der geistigen G. seien. Bei einer Temperatur von 12–19° C. ist die G. am energischsten, die Hefe tritt an die Oberfläche der Flüssigkeit, daher man diese G. Obergährung nennt, im Gegensatz zu Untergährung, wobei die Hefe zu Boden sinkt, für die letztere ist eine Temperatur von 7–10° C. am günstigsten. b) Milchsäure- od. Mannit- G. Nach den Untersuchungen von Boutron-Charlard u. Frémy können fast alle in Zersetzung begriffenen Proteïnsubstanzen, die meisten Kohlenhydrate, namentlich aber Dextrin, Milch- u. Krümelzucker, in Milchsäure überführen. Unter den Proteinsubstanzen ist hauptsächlich das Caseïn geeignet, als Milchsäureserment aufzutreten, nächst dem die Schleimhaut des Kälbermagens (Lab), auch die Hefe ist im Stande, Milchsäure-G. einzuleiten, wahrscheinlich aber erst in Folge einer Zersetzung. Nachdem die Proteïnsubstanz in Milchsäureserment umgewandelt worden ist, setzt sich die Milchsäure-G. ebensowohl in verschlossenen, als auch in offenen, der Luft ausgesetzten Gefäßen fort. Die Milchsäure-G. gehört in die Kategorie der Gährungsprocesse, bei welchen die gährende Substanz eine bloße Molekularveränderung erleidet. Die Milchsäure-G. erfordert eine gewisse Wassermenge u. verläuft am besten bei 30–40°. Der Vorgang dabei läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:

Stets findet man außer Milchsäure auch noch Mannit, C₁₂H₁₄O₁₂, in der gegohrenen Flüssigkeit, dessen Menge variirt. Liebig vermuthet, daß die Bildung dieses Körpers mit der Entstehung von Bernsteinsäure in Beziehung steht, die sich ebenfalls häufig unter den Producten der Milchsäure-G. findet. c) Schleimige G. Viele zuckerhaltige Säfte, wie der Saft von Zwiebeln, Möhren, Runkelrüben etc. gehen schon bei einer Temperatur von 25–30° unter Entwickelung von Kohlensäure u. zuweilen guck Wasserstoff, in G. über. In der gegohrenen Flüssigkeit findet sich aber kein Alkohol, od. nur eine Quantität, die dem Zuckergehalte nicht entspricht, sondern Milchsäure, Mannit u. ein dem Arabischen Gummi ähnlicher Körper. Da die gegohrene Flüssigkeit durch den gnmmiartigen Körper schleimig, fadenziehend wird, so nennt man diese G. die schleimige. Dieser Gährungsproceß tritt auch zuweilen im Moste ein. d) Buttersäure-G. Die Entstehung der Buttersäure durch einen Gährungsproceß wurde zuerst von Pelouze u. Gélis beobachtet. Die Buttersäure bildet sich durch die G. des milchsauren Kalkes unter Entwickelung von Kohlensäure u. Wasserstoffgas (C₁₂H₁₂O₁₂ = C₈H₈O₄ + 4CO₂ + 4H). Die Buttersäure-G. tritt ein, wenn man zu einer Zuckerlösung Caseïn u. eine zur Sättigung der sich bildenden Säure hinlängliche Menge Kreide setzt; in den meisten Fällen ist sie eine Folge der vorangegangenen Milchsäure-G. Bei der Bildung der Buttersäure durch G. bildet sich auch häufig Metacetonsäure (Propionsäure); so bildet sich die letztere Säure unter Umständen aus der Weinsäure. Früher nannte man die hierbei sich bildende Säure Pseudoessigsäure od. Butteressigsäure. e) Pektinsäure- G. Die Pektinsäure, C₃₂H₂₂O₃₀, kommt in der Natur nicht fertig gebildet vor, sondern entsteht erst durch die Einwirkung einer eigenthümlichen Substanz der Pektase, die sich mit der Diastase u. dem Emulsin vergleichen läßt, auf die Pektose (s. Pektinkörper). Diese G. geht eben so wie die Milchsäure-G. ohne Gasentwickelung vor sich. f) Gallussäure-G. Die Gallussäure findet sich nicht präformirt in den Galläpfeln, sondern entsteht aus der Gallusgerbsäure durch die Einwirkung eines in den Galläpfeln enthaltenen eigenthümlichen Ferments; als Nebenproduct bildet sich Zucker. Die Gallusgerbsäure geht auch bei der Behandlung mit Säuren in Gallussäure über. g) Amygdalin-G. Das Amygdalin in wässeriger Auflösung zerfällt unter der Einwirkung des Emulsins in Blausäure, Bittermandelöl u. Zucker. h) Harn-G. Man unterscheidet: aa) Alkalische Harn-G., diese wird dadurch bewirkt, daß sich der Harnstoff unter dem Einflusse des Blasenschleims in kohlensaures. Ammoniak verwandelt (C₂H₄N₂O₂ + 2HO = 2H₃N, CO₂), solcher Harn reagirt alkalisch u. branst mit Säuren auf; bb) Saure Harn- G. entsteht in Folge der Zersetzung des harnsauren Natrons; vgl. Harn. i) Bernsteinsäure- G. Wenn man eine Lösung von Asparagin od. äpfelsaurem Ammoniak mit faulenden Proteïnsubstanzen zusammenbringt, so erhält man bernsteinsaures Ammoniak, indem die Elemente von 2 Atomen Wasserstoff aufgenommen werden (C₈H₁₀N₂O₈ + 2H = 2C₄H₂O₃, NH₄O). Da sich nun aus dem Asparagin Apfelsäure u. Ammoniak bilden, indem die Elemente des Wassers aufgenommen werden, so hat die Erklärung der Entstehungsweise der Bernsteinsäure keine Schwierigkeiten mehr, denn in allen Fällen, wo Äpfelsäure mit Fermenten zusammenkommt, bildet sich Bernstein-, Kohlen- u. Essigsäure. Außerdem entsteht Bernsteinsäure noch bei der G. von Fumar-, Aconit-, Maleïn-, Milchsäure, Stärkemehl u. Zucker. k) Die sogenannte saure od. Effig-G. besteht nur in einer Oxydation des Alkohols ohne Mitwirkung[842] eines Fermentes (C₄H₆O₂ + 4O= C₄H₄O₄ + 2HO), ist also keine eigentliche G. Früher nahm man an, daß gewisse Schimmelpflanzen, die sogenannte Essigmutter (Mycoderma aceti), zu dem Alkohol u. der Essigsäure in derselben Beziehung stehen, wie die Hefe zum Zucker u. Alkohol. Dies ist aber nur in so fern richtig, als eine kleine Quantität Essigsäure zu verdünntem Alkohol gebracht, eben so gut wie eine kleine Quantität Essigsäure die Oxydation einzuleiten im Stande ist. Die Essigmutter wirkt nur durch den Essig, den sie in ihren Poren enthält. Umgekehrt lehrt die Erfahrung, daß die Essigmutter in größerer Menge auf Kosten der Essigsäure entsteht. l) Faulige G. ist so v.w. Fäulniß, s.d. m) Zucker-G nennt man die durch Schwefelsäure od. Diastase bewirkte Umwandlung der Holzfaser u. des Stärkemehls in Krümelzucker.

Zu den Zersetzungen organischer Körper durch G. sind ferner zu rechnen: die Bildung des ätherischen Senföls aus Myronsäure unter Mitwirkung des Myrosins, die Zersetzung der Fette durch saulende Proteïnsubstanzen in Fettsäure u. Glycerin (das sogenannte Ranzigwerden), die Bildung von Dextrin u. Zucker bei der Einwirkung von Diastase od. Schwefelsäure auf Stärkemehl u. Cellulose, die Zerlegung der Hippursäure durch Säuren od. Alkalien in Benzoesäure u. Glycin, der Ruberythrinsäure in Alizarin u. Zucker; ferner die Bildung von Metacetonsäure aus Weizenkleie u. Lederabfällen, von Saligenin durch Einwirkung von Säuren auf Populin, die Spaltung des Salicius in Saligenin u. Zucker unter Mitwirkung des Emulsins, die Bildung von baldriansaurem Ammoniak bei der Einwirkung von faulendem Fibrin auf einer Lösung von Leucin, etc.

Eine besondere Art der G. ist auch die Verwesung; dieselbe ist eine langsame Oxydation unter dem Einflusse eines Ferments. Bes. geeignet, die Verwesung einzuleiten, ist der Sauerstoff in der Form von Ozon; das Ferment ist auch hier meist ein in Zersetzung übergegangener eiweißartiger Körper, zuweilen vertreten aber auch unorganische Substanzen, wie Platinschwamm, Alkalien u. poröse Stoffe verschiedener Art, die Stelle der Fermente, die blos durch ihre Berührung (Contact) wirken. Die Verwesung wird bes. begünstigt durch eine. mittlere Temperatur, außerdem ist aber die Gegenwart von Wasser eine wesentliche Bedingung. Es unterliegen bes. leicht solche organische Materien der Verwesung, welche leicht ihren Wasserstoff abgeben u. dafür Sauerstoff aufnehmen. Hierher gehörige Processe sind z.B. die Bildung von Humus, Torf, Braun- u. Steinkohlen, nach Liebig vielleicht auch die Entstehung der Diamanten durch Verwesung von Pflanzensubstanzen, die Salpeterbildung durch Verwesung von stickstoffhaltigen Körpern, wobei sich Ammoniak entwickelt, welches bei Gegenwart von starken Basen dnrch Aufnahme von Sauerstoff in Salpetersäure übergeht (H₃N + 8O = NO₅ + 3HO). Auch bei der Verwesung treten Organismen auf, wie der Schimmel, welche aber den Proceß eher zu hindern, als zu unterstützen scheinen. Eine besondere Art der Verwesung ist die Vermoderung, welche nur bei geringem Luftzutritt stattfindet, daher sehr langsam erfolgt. Eine große Anzahl organischer Verbindungen wird durch den Sauerstoff der Luft afficirt. Ätherische u. fette Öle absorbiren Saurestoff u. werden zu Harzen, Säuren u. trockenen Substanzen. Liebig hat diese langsame Verbrennung od. Oxydation der organischen Substanzen mit dem Namen Eremakausis belegt.