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Ethanol durch Gärung

Wie macht ein winziger Pilz aus süßem Saft ein alkoholisches Getränk — und warum nie stärker als etwa 15 %?

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Hefe macht Alkohol

Seit Jahrtausenden lassen Menschen süße Säfte gären. Dabei wandeln Hefepilze Zucker in Ethanol um.

  • Alkoholische Gärung:Hefe baut Glucose ohne Sauerstoff (anaerob) ab und gewinnt dabei Energie.
  • Edukt:Glucose \(\ce{C6H12O6}\) (Traubenzucker) aus Obst, Honig oder aufgespaltener Stärke.
  • Produkte:Ethanol \(\ce{C2H5OH}\) und Kohlenstoffdioxid \(\ce{CO2}\).
  • Enzyme:Biokatalysatoren der Hefe — arbeiten nur in einem Temperaturbereich, Optimum etwa 30–35 °C.

Stelle Temperatur und Zuckergehalt ein und starte die Gärung (oder gehe mit „+ 1 Tag“ schrittweise vor). Vergleiche die Beispiele.

Gärballon-Simulator

Halte fest: Die Gärung ist bei etwa 30 °C am schnellsten, stoppt in der Kälte und endet bei Hitze endgültig. Bei viel Zucker bleibt Restzucker übrig, weil ab etwa 15 Vol.-% Ethanol die Hefe gehemmt wird.

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Grenzen und Nachweise

Aus der Reaktionsgleichung folgt, wie viel Ethanol höchstens entstehen kann.

Herleitung:

\(1\,\ce{C6H12O6} \to 2\,\ce{C2H5OH}\)
Gleichung
Ein Glucose-Molekül liefert zwei Ethanol-Moleküle (und zwei \(\ce{CO2}\)-Moleküle).
\(n(\text{Glucose}) = \frac{180\,\text{g}}{180\,\text{g/mol}} = 1\,\text{mol}\)
n = m/M
Stoffmenge von 180 g Glucose.
\(n(\text{Ethanol}) = 2\cdot 1\,\text{mol} = 2\,\text{mol}\)
· 2
Stoffmengenverhältnis Glucose : Ethanol = 1 : 2.
\(m(\text{Ethanol}) = 2\,\text{mol}\cdot 46\,\tfrac{\text{g}}{\text{mol}} = 92\,\text{g}\)
Ergebnis
Aus 180 g Glucose entstehen höchstens 92 g Ethanol, der Rest (88 g) entweicht als \(\ce{CO2}\).
  • Grenze:ab etwa 15 Vol.-% Ethanol stellt die Hefe die Arbeit ein — stärkere Getränke nur durch Destillation (Ethanol siedet bei 78 °C).
  • Nachweis CO₂:das Gas aus dem Gärröhrchen trübt Kalkwasser.
  • Nachweis Ethanol:das Destillat ist brennbar (Brennprobe, blassblaue Flamme).
  • Verwendung:Getränke, Bioethanol im Benzin (E10), Desinfektions- und Lösemittel.
Merke

Alkoholische Gärung: \(\ce{C6H12O6 ->[Hefe] 2 C2H5OH + 2 CO2}\)

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Allgemeine Hinweise

Gärung ist keine Atmung

Mit Sauerstoff baut die Hefe Glucose vollständig zu \(\ce{CO2}\) und Wasser ab — dann entsteht kaum Ethanol. Deshalb verschließt man den Ballon mit einem Gärröhrchen.

Atombilanz prüfen

Links C₆H₁₂O₆, rechts 2 C₂H₅OH + 2 CO₂: 6 C, 12 H und 6 O auf beiden Seiten. Ohne die Faktoren 2 stimmt die Gleichung nicht.

Vol.-% sind keine Gramm

12 Vol.-% heißt: 12 mL Ethanol in 100 mL Getränk. Wegen der Dichte 0,79 g/mL sind das nur etwa 9,5 g Ethanol.

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