Der Abbau des Nicotins bei der Fermentation des Tabaks
Doctoral Thesis Author(s):
Weber, Werner Publication date:
1935
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https://doi.org/10.3929/ethz-a-000090495 Rights / license:
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2>
Der Abbau des Nicotins
bei der Fermentation des Tabaks
Von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich
zur
Erlangung der Würde
eines Doktors der Naturwissenschaften
genehmigte Promotionsarbeit, vorgelegt
vonWERNER WEBER, dipl. Naturwissenschafter,
ausZürich
f?3
Referent: Herr Prof. Dr. E. Winterstein
Korreferent: Herr Prof.Dr.M.
Düggeli
BUCHDRUCKEREI UND VERLAG ZIMMERMANN & CIE. AG. BERN 1935
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Herrn Prof.Dr. E. Winterstein
bin ich für die wertvollen Anregungen und das stete grosseInteresse,welcheserfürdieArbeit bekundete, zu grösstem Dank verpflichtet.
Grossen Dank schulde ich auch Herrn Prof. Dr. M.
Düggeii
für die zahlreichen Ratschläge und fürÜberlassung der bakteriologischen Gerätschaften.
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Geschichtliches. Seite Allgemeiner Teil.
I. Die
praktische
Ausführung der Fermentation 13 II. Die chemischen Veränderungen während der Tabakfermentation .... 141. Die Kohlenhydrate 14
2. Das Pektin 15
3. Die
organischen
Säuren 164. Die Stickstoffkörper 17
III. ZurTheorie der Tabakfermentation 18
IV. Ursache der Nicotinverminderung nach den bisher erschienenen Arbeiten . 20
Spezieller Teil.
I. Versuche mit Tabak 25
1. Behandlung von Tabak mit Wasser und Luft 25
2. Behandlung von Tabak mit feuchter Luft 30
3. DieFlüchtigkeit desNicotins 30
4. Untersuchung der Wirkung von Luft auf Nicotin 31
II. Versuche mitTabaklauge 32
1. Behandlung vonTabaklauge mit durchströmender Luft 32 2. VersuchemitTabaklauge inFetri-Schalen mit
antiseptischen
Znsätzen . 35III. Versuchemit Bakterienkulturen .... 37
1. Züchtung von Kulturen 37
2. Impfung steriler Tabaklange mit Bakterienkultnren 37 3. Abhängigkeit desNicotinabbaus vonder Konzentration 39
4. Ueber die
Abbaugeschwindigkeit
395. Züchtung von Bakterien in künstlichen Nährlösungen 41
IV. Untersuchung der Nährsubstrate auf Fermentgehalt und -Wirkung ... 45
1. Untersuchung von Tabaklauge 45
2. Untersuchung künstlicher Nährlösung 47
3. Versuche mit Trockenferment 48
V. Einige Faktoren des bakteriellen Nicotinabbanes 51
1. Die Bolle des Sauerstoffes 51
2. Prüfung auf
Pyridin
alsAbbauprodukt
543. Nachweis von
Methylamin
55VI. Zur Methodik der Nicotinbestimmungen 56
Zusammenfassung 57
Literaturverzeichnis 59
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Mit der
Entdeckung
Amerikasbeginnt
auch die Geschichte des Tabaks.Nachdem
spanische
Seefahrer nach ihrer Heimkehr nachEuropa
über dasTabakskraut berichtet
hatten,
wurden erstmals amspanischen
Hofe aus den kleinen SamenTabakpflanzen
gezogen, diejedoch
nur alsZierpflanzen
ge¬pflegt
oder etwa als Heilmittel verwendetwurden,
obschon der MönchPano,
welcher Kolumbus auf seiner zweiten Reisebegleitet hatte, berichtete,
dass dieEingeborenen
der neu entdeckten Welt diezusammengerollten
Tabak¬blätter als
sogenannte
«Tabaccos» in Röhrenverglimmen Hessen,
wobei sieden Rauch durch den Mund
einsogen.
DieBezeichnung
«Tabacco» ist bald auf die Pflanze selbstübertragen worden,
und dieTatsache,
dass dieser Name in denSprachen
dermeisten,
die Sitte des Rauchenspflegenden
Völ¬ker noch erkennbar
ist,
bieteteinigermassen
die Gewährdafür,
dass diePflanze tatsächlich ihre Urheimat in Zentralamerika hat. Das schliesst nun
allerdings
nicht aus, dass schon vor derEntdeckung
Amerikas ingewissen
Gebieten der Alten Weltgeraucht
wordenist,
allerWahrscheinlichkeit
nach aber kein Tabak.Die
Tabakpflanze
soll inSpanien
als Medikament Wundergewirkt haben,
was den französischen Gesandten am
portugiesischen Hofe,
JeanNicot,
be-wog,
einige
Pflanzen seinemHerrn,
Franz IL vonFrankreich,
zuschicken,
dessen
Mutter,
Katharina vonMedici,
dasSchnupfen
zurhoffähigen
Sitte erhob. DasVerdienst,
den ersten Schritt zurVerbreitung
des Tabaks inEuropa
unternommen zuhaben,
fällt also Jean Nicot zu, welchem dadurch ein bleibendes Denkmalgesetzt wurde,
dass das «wirksamePrinzip»
desTabaks,
einausserordentlich giftiges Alkaloid,
von den Entdeckern Posselt und Reimann Nicotingenannt
wurde.Glaubte man
anfänglich
auch inFrankreich,
das Wunderkraut als Heil¬mittel für
körperliche
Leiden verwenden zukönnen,
so stellte sich baldheraus,
dass es sowohlgeschnupft
wiegeraucht
weit mehr ein Brecher derSorgen
und ein Sinnbild derGemütlichkeit
und des Friedens ist. Trotz be¬hördlichen Verboten und hohen Strafen für das Verbrechen des Rauchens machte der Tabak seinen
Siegeszug
durch dieWelt,
und sein Anbau wurde allenthalbenbegonnen,
der Landwirtschaft neueVerdienstmöglichkeiten
bie¬tend. Amerika
jedoch
blieb das klassische Land des Tabakbaus. Sowohl inzum
grössten
Teil an Ort undStelle verbraucht werden.
InEuropa
sind eszur
Hauptsache
dieBalkanstaaten,
welcheintensiven Tabakbau betreiben
und denübrigen
ErdteilmitZigarettentabaken
versorgen.Zigarren-
und Pfei¬fentabake werden auch in
Mitteleuropa produziert,
und besonders in Deutsch¬land werden
gegenwärtig
grosseAnstrengungen gemacht, hochwertige Tabak¬
sorten durch
Züchtung anbaufähig
zu machen.Vom
geernteten
Tabak bis zum rauchbaren Produkt istjedoch
noch einlanger Weg.
Von einemGenuss beim
Rauchen könnte wahrlich nichtgesprochen werden,
wenn nicht durch dieAufbereitung
derBlätter
weit¬gehende chemische Veränderungen
eintreten würden. Imallgemeinen
Teildieser Arbeit
wird nun eineZusammenfassung
derbisherigen Ergebnisse
derErforschung
derchemischen Veränderungen gegeben,
welche bei der soge¬nannten
Tabakgärung
oderFermentation,
welche ebenfalls kurzbeschrieben wird,
vor sichgehen.
Derspezielle
Teil ist demSchicksal
des Nicotins ge¬widmet,
dessen Gehalt während derFermentation abnimmt.
Allgemeiner
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Trocknung
und Fermentation dergeernteten
Tabakblätter sind die bei¬den
wichtigsten Vorgänge
bei derAufbereitung
des Tabaks zum rauchbaren Produkt. Ausser den äusserenWachstumsbedingungen,
wieStandort, Klima, Düngung
usw., ist es vor allem dieFermentation,
welche einer bestimm¬ten Sorte
Qualität
undgleichsam
das«Bouquet»
verleiht. Kein Wunderalso,
wenn auf diesenVorgang
diegrösste Sorgfalt
verwendet wird. DerFermentationsprozess
bewirkt zurHauptsache folgende Veränderungen
im Tabakblatt:1.
Ausgleich
der Farbe.2.
Verminderung
desWassergehaltes.
3.
Verminderung
desNicotingehaltes.
4.
Entwicklung
des Aromas.Die
praktische Ausführung geschieht
in den einzelnenTabakbaugebie¬
ten in verschiedener Weise. Im
allgemeinen
wird dergeerntete
Tabakzuerstin besonderen
Trockenschuppen,
seltener infreierLuft, getrocknet
und dannder
Fermentation
unterworfen. Ingewissen
Gebieten Nordamerikas werden direkt diegrünen
Blätter fermentiert und erst danngetrocknet, gewöhnlich
in künstlich
geheizten
Trockenräumen. Diegebräuchlichen Fermentations¬
methoden lassen sich in
folgende
vierGruppen einteilen2)*:
1.
Fermentation
inStapeln.
2. Fermentation in Kisten.
3. Fermentation in Ballen.
4.
Fermentation
dergrünen
Blätter./. Die Formentation in
Stapeln.
Die durch den
Trooknungsprozess
schon braungefärbten
Blätter werdenzu
Stapeln
von 5 bis 6 mLänge,
2 m Breite und bis 2m Höheaufeinander gelegt.
Nacheiniger
Zeitbeginnt
sich das Innere derStapel
zu erwärmen.Ist eine
Temperatur
von ca. 40°erreicht,
so wird der Haufen,umgestapelt,
sodass die inneren Blätter nach aussen und die äusseren nach innen zu lie¬
gen kommen. Dieses
Umstapeln wird
oft mehrmals vorgenommen. Jegrös¬
ser der
Wassergehalt
derBlätter,
um so höhersteigt
dieTemperatur.
Beihellen Sorten darf diese
jedoch
nie über 40°steigen.
Bei dunkeln Tabaken lässt man dieTemperatur
bis auf 60° oder gar 70°steigen.
HoheTempera¬
tur
erzeugt
einedunkle,
oft fast schwarze Farbe der Blätter. Die Dauer* Herrn Prof.Dr.A.Sprecherv.Bernegg danke ich für die Bereitwilligkeit, mit welcher
er mir das Manuskript des BandesVI, «Tabak» des grossen Werkes «
Tropische
und sub¬tropische Weltwirtschaftspflanzen» zur Verfügung
gestellt
hat.der
Fermentation
ist sehr verschieden. Während sie bei den meisten Taba¬ken
nach 3 Monaten zu Endeist,
dauert sie beimKuba-Tabak
aufFlorida
fast 1Jahr2). Selbstverständlich
werden allemöglichen Modifikationen
die¬ses
Stapelverfahrens angewandt.
2. Die Fermentation in Kisten.
Der Tabak
wird
in Kisten von ca. 1 m3 Inhaltverpackt
und darinfermentiert. Dieses
inNordamerika
zum Teilverwendete Verfahren
liefertjedoch einen
in Farbe undAroma
sehrungleichen Tabak.
3. Die Fermentation in Ballen.
Die
Blätter
werden zu Ballenzusammengeschnürt,
inwelchen
nacheiniger
ZeitErwärmung
eintritt. Da auf dieseWeise besonders orientalische Zigarettentabake fermentiert werden,
so wird dafürgesorgt,
dass dieTempe¬
ratur sich zwischen 35° und 37°
bewegt.
Nach 1 bis 2 Monaten ist die Fer¬mentation zu Ende.
4. Die Fermentation der
grünen
Blätter.In
besonderen Trockenkammern
werden diegrünen Tabakblätter
auf¬gehängt
unddurch Heizen des Raumes auf 25° bis 30° wird dieFermentation eingeleitet.
DieTemperatur
wird zurErzielung
von hellen Sorten bis aufca.
40°,
für dunkleSorten
bis auf 60°langsam gesteigert.
Dievollständige Trocknung
der Blättergeschieht
durch rascheErwärmung
aufhohe Tempe¬
raturen,
oft bis 90°. Der ganzeGärungs-
undTrocknungsprozess
dauertetwa 4 bis 5
Tage.
Die Trockenräume werden entweder mit Heissluft oder oft auch mitkleinen
Feuerngeheizt.
Oft werden bis 20 solcher Feuer aufdem
Boden des Raumesangelegt.
Ausser diesen
angeführten Methoden gibt
es noch eine ganze Reihe weitererspezieller
Verfahren. So werden z. B.Virginia-, Kentucky-, Mary¬
land-Tabake
und andere mehr aufbesondere
Weisefermentiert.
II. Die chemischen
Veränderungen
währendder Tabakfermentation.
/. Die
Kohlenhydrate.
An Zuckern wurden bis
jetzt
imgrünen Tabakblatt Fructose
undGlucose
miteiniger Sicherheit festgestellt3'4). Während
dieStärke
bei derDachreife,
d. h. derlangsamen Trocknung
derBlätter,
zumgrössten
Teillangsam abgebaut
und für die immer nochfortdauernden,
vonSmirnow5)
alsHungerstoffwechsel bezeichneten Lebensvorgänge gebraucht wird,
erleiden sowohl Zucker als auch das Pektin erst während derFermentation
weit¬gehende Veränderungen.
Wohl nimmt derZuckergehalt
während der Trock¬nung nach
anfänglichem Steigen langsam ab,
während derFermentation je¬
doch sinkt er ausserordentlich stark unter
Bildung
vonKohlensäure.
Eine eventuelleEntstehung
vonKohlensäure
aus demUronsäureanteil der
Pek-tine oder aus im Tabak nur in kleinsten
Mengen
vorhandenenOxy-
undKetosäuren fällt nach Th.
Andreadis6)
kaum ins Gewicht. Für den Ab¬bau der
Kohlenhydrate
machtBehrens1) Mikroorganismen verantwortlich, gelang
es ihmdoch,
vom Tabakblatte Hefezellen zu isolieren. Ueber einengleichen
Befund teilenNeuberg
und Kobel in ihreneingehenden
«Unter¬suchungen
überVorgänge
bei derTabakfermentation»8)
nichtsmit, hingegen
ist e3 ihnen
gelungen,
im Tabakblattfolgende
bei derZuckerspaltung
mit¬wirkende Fermente einwandfrei nachzuweisen:
1.
Hexose-di-phosphatase.
2.
Ketonaldehydmutase.
3. Saccharase.
Amylase
wurde von den Forschern ebenfallsvorgefunden.
Die Anwesenheit von Di- und
Polysaccharide spaltenden
Fermenten imgrünen
Tabakblatt stellten schon J. du P. Oosthuizen und 0. M.Schedd9)
fest. Als
Abbauprodukte
derKohlenhydrate
fandenNeuberg
und Kobel neben Kohlensäure auchMethylglyoxal
undAcetaldehyd10'11).
Die von An¬dreadis
ausgedrückte Befürchtung,
dass diedesmolytischen Enzyme
denTrockenprozess
nichtüberstehen,
wurde durchNeubergs
Versuche entkräf¬tigt,
welchezeigten,
dass dieWirkung
der Fermente in auf 100° erhitztem trockenem Tabak nichtaufgehoben
war.2. Das Pektin.
Als
wichtiger
Bestandteil des Tabakblattes ist das Pektin erkanntworden12).
Nach 8.Eashirin15)
schwankt derPektingehalt
zwischen 11 und19%,
und steht in einemumgekehrten
Verhältnis zurQualität
des Tabaks.Die
Veränderungen
des Tabak-Pektins wurden vonNeuberg
und Mitarbeiterneingehend studiert8»10'14).
Die Forscher kamen zufolgenden Ergebnissen:
Bei der Fermentation der
Zigarrentabake
wird der an die Pektinsäureesterartig gebundene Methylalkohol
fastvollständig abgespalten.
BeiZigarettentabaken hingegen
ist dieMethoxylverminderung
vielgeringer,
wäh¬rend sie bei Pfeifentabaken eine mittlere
Stellung
einnimmt.Auf Grund von
Methoxylbestimmungen
im frischen und fermentierten Tabakblatt kamen Gabel undSchmucklowsJcaja15)
zumSchluss,
dass aus demPektin,
welches einDimethylester
seinsoll,
während der Fermentation nur1 Molekül
Methylalkohol abgespalten
wird. EineDecarboxylierung
der ent¬stehenden Galacturonsäure ist nach
Andreadis6)
sehr unwahrscheinlich.Die
Pektinspaltung
wird nachNeuberg
zurHauptsache
durch ein im Tabakblatt vorhandenesFerment,
welches er Pektasenennt, vollzogen,
deren
Wirkung
er an leicht zugewinnendem Zitronenpektin verfolgte.
DieGegenwart
von Pektase im fermentierenden Tabak wurde auch von Andrea¬dis
6)
und von vanDillen16) festgestellt. Eigenartigerweise
fand 8. Kas-hirin15)
keineVeränderung
desPektingehaltes
während der Fermentation.Bodnar und
Barta11)
konnten mit fortschreitender Fermentation eine Er-höhung
der Wasserstoffionenkonzentrationverfolgen,
welche sie auf die Ent¬stehung
von Pektinsäure zurückführen. Bemerkenswert ist derVorschlag
von Gabel und
Kiprianow18),
den Ablauf der Fermentation an derAbgabe
von
Methylalkohol
zu messen, wasjedoch
für die Praxis kaum in Betracht kommen dürfte.3. Die
organischen
Säuren.Bekanntlich tritt das Nicotin in den Zellen des Tabakblattes nicht in freiem Zustande
auf,
sondern es ist anorganische
Säurengebunden.
NachAngaben
verschiedener Autoren19>20>21)
ist der Gehalt der frischen Blät¬ter an
Aepfelsäure
amgrössten,
ca. 3 bis7o/o.
Esfolgt
die Zitronen¬säure,
derenMenge
bis4% betragen
kann. Oxalsäure ist nur inkleinen,
immerhin noch leicht
bestimmbaren Mengen
vorhanden(Spuren
bis2,5%).
Vickery
undMitarbeitern21) gelang
es, auchSpuren
von Fumar- und Bern¬steinsäure nachzuweisen. Die ausserordentlich
gründlichen
Untersuchun¬gen von
Vickery
undPucher22>2*)
anfrischen, getrockneten
undgebrauchs¬
fertigen
Tabakblätternergaben folgendes
über das Schicksal derorganischen
Säuren während derFermentation (Trocknung
und Fermentation nach dem in Nordamerika mit«curing»
bezeichnetenVerfahren):
Der Gehalt an
Aepfelsäure zeigt
während desGärungsvorganges
einegeringe
Abnahme. Unwesentlich kleiner wird auch der Gehalt anOxalsäure,
was sehr verständlich
ist,
da diese zum grossen Teil in Form vonunlös¬
lichen, anorganischen,
insbesondere Calciumsalzen vorhanden ist. Der Ge¬halt an
Zitronensäure steigt
um das 6fache desursprünglichen
Wertes. Diesegewaltige
Zunahme erklären diegenannten
Forscher durch eineBildung
von Zitronensäure aus denKohlenhydraten
desTabaks,
welche während der Fer¬mentation verschwinden. Die
Entstehung
aus Aminosäuren durch Desaminie- rung undOxydation
ist sehr unwahrscheinlich. Da der Gehalt an unbekann¬ten mehrbasischen
organischen
Säuren ebenfalls starkabnimmt,
ist viel¬leicht auch darin die Ursache der
Zitronensäurebildung
zu suchen. Ueber das Verhalten weiterer unbekannter Säuren lässt sich natürlich nichts aussagen.Obwohl die totale
organische Säuremenge
annähernd unverändertbleibt,
so ist innerhalb dieserKörperklasse
nach der Fermentation doch eine weit¬gehende Vereinfachung
derZusammensetzung
feststellbar. Im frischen Tabak¬blatt machen
Aepfel-,
Zitronen- und Oxalsäure 64 o/o dergesamten
Säure¬menge aus. Der Rest sind unbekannte Säuren. Im
gebrauchsfertigen
Tabakbilden diese drei Säuren
81%
derGesamtsäuremenge,
was auf das Ver¬schwinden der unbekannten mehrbasischen Säuren und die grosse Zunahme des
Zitronensäuregehaltes
zurückzuführen ist.Ob die
Veränderungen,
welche dieseorganischen
Säurenerleiden,
als rein chemischeVorgänge
betrachtet werdendürfen,
istfraglich.
Das An¬wachsen des
Zitronensäuregehaltes
könnte auch auf dieWirkung
von Mikro¬organismen
zurückzuführensein, gibt
es doch einegrössere
Zahl von Pil¬zen, die die
Fähigkeit besitzen,
Zucker inZitronensäure
umzubilden. Aller-dings
wurde bisjetzt
noch von keiner Seite über ein Vorkommen solcherPilze,
insbesondereAspergillus niger,
berichtet.4. Die
Stickstoffkörper.
Im frischen Tabak ist der Stickstoff in
folgenden Bindungsarten
vor¬handen:
a)
alsAmid-Stickstoff;
b)
alsAmino-Stickstoff;
c)
alsNitrat-Stickstoff;
d)
alsAmmoniak-Stickstoff;
e)
alsAlkaloid-Stickstoff;
f)
Reststickstoff.Bei der
Untersuchung
desEiweisskomplexes
im Tabakgelang
esO.
Iljin2i) Albumin,
Globulin und Gluteninzuisolieren. Oawrilow undKoperina25)
weisen daraufhin,
dass der nach Barnstein bestimmte Stick¬stoff nur zum Teil aus Eiweiss
stammt,
zum andern Teil vonPurin-Körpern geliefert wird,
von denen bisjetzt
Adeninaufgefunden
werdenkonnte19).
Dass die
Veränderungen
derstickstoffhaltigen
Bestandteileje
nach Artund Weise der
Fermentation,
sowie auchje
nach der Sorte verschieden seinkönnen,
ist selbstverständlich. So finden Bodnar undBarta2e)
keine VerŠnderung
des Gesamtstickstoffs bei derGärung
vonKapa-Tabak,
was da¬durch erklärt
ist,
dass auch keineBildung
von Ammoniak beobachtet wor¬den
ist,
imGegensatz
zu anderen Tabaksorten.Wiederum sind es
Yickery
undPwcÄer27»28»29),
welche die Verände¬rung der
Stickstoffkörper
bei dem«curing» genannten Fermentationspro-
zess
eingehend
studiert haben. DieErgebnisse
ihrerUntersuchungen
seienkurz
festgehalten:
Der
Gesamtstickstoffgehalt
des Tabaks nimmt während des ganzen Vor¬ganges
ab,
am raschesten beimUebergang
dergelben
Farbe der Blätter in die braune. Diese Abnahme kommt zustande durchVerflüchtigung
von sichbildendem
Ammoniak,
in minimalem Masse durch Verdunsten von Nicotin.Schon in den ersten Stadien der
Trocknung geht
ein Teil des in Wasser unlöslichen Eiweisses in eine lösliche Form über. Die beiden Forscher ver¬muten darin einen
enzymatischen Vorgang,
wasjedoch
nicht von vorne¬herein anzunehmen
ist,
da dieseAenderung
der Löslichkeit auch die Wir¬kung
anderer kolloidchemischerBedingungen
sein kann. Ein grosser Teil des Blatteiweisses wirdhydrolytisch gespalten
inAminosäuren,
die ihrerseits zum Teil eineoxydative Desaminierung
erfahren. Das sich dabei bildende Ammoniak entweicht zurHauptsache,
ein kleiner Teil wird auf¬gebraucht
zurBildung
von Säure-Amiden. Auf diese Weise lassen sich die Abnahme des Amino-Stickstoffes und dieanfängliche
Zunahme des Amid- Stickstoffes erklären. Der letzte nimmtjedoch
gegen Ende der Fermentation starkab,
wofürYickery
und Pucher wiederum einEnzym
verantwortlich machen.Ein anderer Teil des Blatteiweisses bildet bei der
Hydrolyse
inGegen¬
wart von
Kohlenhydraten huminartige
Stoffe.Nach älteren
Untersuchungen
verändert sich derNitratgehalt
wäh¬rend der
Trocknung
und Fermentation nicht. In neuerer Zeit wurdegefun¬
den,
dass auch erSchwankungen
erleidet.Smirnow und
Izwoschikow30)
kommen auf Grund derVorgänge
in denersten
Tagen
derTrocknung
zumSchluss,
dass sich im Tabakblatt zweiTypen
vonEiweiss-Körpern befinden,
ein durchEnzyme
leichtzerlegbares Reserveprotein
und einwiderstandsfähigeres Plasmaprotein
anderer Zusam¬mensetzung.
Auch sie stellen eine Abnahme des Eiweiss-Stickstoffes und Zunahme des Amino- und Amid-Stickstoffes fest.Sicher
spielen
bei derEiweiss-Spaltung
Fermente diegrösste
Rolle.Im
Glyzerin-Extrakt
frischer Tabakblätter fand TraettaMosca31) prote¬
olytische
Fermente. Fodor undReifenberg52) gelang
es, im Mazerations¬saft frischer Blätter ein
Pepton spaltendes
Ferment nachzuweisen. Dass bei schlechtgeleiteter,
zu feuchter Fermentation durch überhandnehmendeWirkung
vonMikroorganismen
Fäulnis der Eiweiss-Stoffeeintritt,
istjedem Tabakpraktiker
bekannt.Die Abnahme des
Nicotingehaltes
während der Fermentation ist eine feststehende Tatsache. DieVerminderung beträgt je
nach Art und Weise desGärungsvorganges
5 bis25%.
Ueber ihre Ursachejedoch gehen
die Meinun¬gen weit
auseinander,
sodass es sichrechtfertigt,
in einem besonderen Ab¬schnitt die verschiedenen
Auffassungen
miteinander zuvergleichen.
Der
Uebergang
dergrünen
Farbe der Blätter in Gelb und Braun ist mit einerUmwandlung
desChlorophylls
verbunden. Einen Einblick in dieseVorgänge
konnte manjedoch
bisjetzt
noch nicht erhalten.III. Zur Theorie der Tabakfermentation.
Obschon die Fermentation der
wichtigste Vorgang
bei derAufbereitung
des Tabaks
ist,
ist seine Natur noch sehrwenig geklärt,
was einmal darauf zurückzuführenist,
dass die verschiedenen nebeneinander verlaufenden Reak¬tioner. die
Untersuchung
ausserordentlicherschweren,
dann aber auch dar¬auf,
dass es sehrschwierig ist,
eine Fermentation in einemdurchsichtigen Laboratoriumsexperiment
auszuführen. Immerhin hat es anErklärungen
nicht
gefehlt,
diejedoch
oft in grossemGegensatz
zueinander stehen.Grundsätzlich unterscheiden
Schmidt33), Andreadis6)
undSprecher2) folgende
dreiAnschauungen:
1. Die
Fermentation,
ein reiner chemischer Prozess.2. Die
Fermentation,
eineWirkung
vonMikroorganismen.
3. Die
Fermentation,
einenzymatischer
Prozess.Die erste Theorie vertreten Boekhout und 0. de
Vries3i),
indem sie inder Fermentation eine reine
Oxydation sehen,
bei welcherhauptsächlich
die
Kohlenhydrate angegriffen werden,
wobeiEisenverbindungen
eine kata-lytische Wirkung
ausüben sollen.Fesca35) glaubt,
dass der in den Blättern vorhandene Sauerstoff dieseOxydationsvorgänge
unterhalte. Diese etwaseinseitige
Theorie konntespäteren Untersuchungen
nicht mehr standhalten.Auf Grund der zweiten
Anschauung schlug Suchsland56)
eine soge¬nannte Edelfermentation vor, die darin
besteht,
dass die auf einer hervor¬ragenden Tabakqualität
vorkommendenMikroorganismen isoliert,
in Rein¬kulturen
gezüchtet
undminderwertigen
Tabakenzugesetzt
werden. Der For¬scher ist der
Ansicht,
dass Geschmacks- undGeruchsveränderung
durch diese Lebewesen bewirkt werden.Bakteriologische Untersuchungen
über die Fermentation des Tabaks wurden weiter vonBehrens31), Vernhout38)
undKoning39) ausgeführt,
welch letzter eine ganze Anzahl von bei der Fer¬mentation wahrscheinlich wirksamen
Mikroorganismen fand,
die nach sei¬nen
Beobachtungen
Aroma undQualität
beeinflussen. Zu wesentlichen Er¬kenntnissen führten
jedoch
diesebakteriologischen
Studien bisher nicht.Die
Theorie,
dass die Fermentation ein reinerenzymatischer
Prozesssei,
wurde zuerst von.Loew40»41)
verfochten. Nach seiner Ansicht ist dieFeuchtigkeit
in den fermentierenden Blättern zugering,
als dass ein Ge¬deihen der
Mikroorganismen möglich
wäre. Dasspezifische
Tabakaroma ent¬wickelt sich
auch,
wenn gar keine Bakteriengedeihen
können. Loew unter¬suchte den
Fermentgehalt
frischer und fermentierter Tabakblätter und konnte im frischen BlattOxydase, Peroxydase
und Katalase nachweisen.Diese Befunde wurden in vielen
späteren Untersuchungen
von anderen For¬schern
bestätigt.
Anjüngeren
Arbeiten seiendiejenigen
vonSmirnowi2)
und von Fodor undReifenberg i3) genannt,
die die Fermentation mit derSelbsterhitzung
des Heusvergleichen,
die ebenfalls als einenzymatischer Vorgang angesprochen
worden ist. Die grosseBedeutung
der Fermente bei derGärung
des Tabaks wird auch durch verschiedene Arbeiten von Neu¬berg hervorgehoben.
Im
folgenden
ist eineZusammenstellung
der in Tabakextrakten oder Pressaftnachgewiesenen
Fermentegegeben:
Oxydase
(Loew u. a. m.)Peroxydase (Loew
u. a. mjKatalase
(Loew
u. a.m.)
Peptidase
. .(Smirnow,
Fodor undEeifenberg)
Protease
(Traetta Mosca)
Hexose-di-phosphatase
. . .(Neuberg) Keton-Aldehydmutase.... (Neuberg)
Saccharase ... ...
(Neuberg)
Invertase
(Neuberg)
Amylase (Neuberg
undvanDillen)
Carboxylatische Wirkung
wurde von Fodor undReifenberg
konstatiert.Eine Brücke zwischen der
Auffassung
einer ausschliesslich bakteriel¬len
Tätigkeit
undWirkung
beimFermentationsprozess
einerseits und denWirkungen
derEnzyme
anderseits hat in neuester ZeitJohnson^) geschla¬
gen. Er beobachtete in Dewar-Flaschen die bei der
Gärung
entstehendeTemperaturerhöhung
undfand,
dass Zusätze vonantiseptischen Stoffen,
wieChloroform, Sublimat,
Toluol undanderen,
dieBildung
vonWärme
verhin¬dern,
obschon siePeroxydase
und andere Fermente nicht zerstören. Fodor undBeifenbergi2)
stelltenallerdings
auch inGegenwart
von Sublimat eineTemperaturzunahme
fest. Auf hoheTemperatur
erhitzter Tabakgibt
nachJohnson keine
Wärmeentwicklung,
wohlaber,
wenn er mit einem mittels Filtration durch Porzellanfilter von Bakterien befreiten Extrakt von nicht¬erhitztem,
dieEnzyme
noch enthaltendem Tabak versetzt wird. Diese Er¬gebnisse zeigen,
dass dieTätigkeit
von Bakterien für einen Teil der Fer¬mentationsvorgänge höchstwahrscheinlich
nichtnötig ist,
dass sie aberden
Gärungsvorgang
durch ihre Anwesenheit undWirkung
wesentlich be¬schleunigen.
Es wäre höchst
sonderbar,
wenn alleVorgänge,
die sich bei der Fer¬mentation
abspielen,
auf eine Ursachezurückgeführt
werdenkönnten,
hat man es doch nicht mit toter
Materie,
sondern mitimmer
noch leben¬den Zellen und Zellverbänden zu tun.
Allerdings
tritt dieAuffassung
vonder reinen chemischen
Oxydationswirkung
des Sauerstoffs ohneorganische Katalysatoren
stark in denHintergrund
seit derAuffindung
vonOxydatioas-
enzymen in frischen und
fermentierten Tabakblättern.
DieBedeutung
derübrigen
im Zellsaft vorhandenenFermente
ist nach dem obenGesagten
nichtweiter zu betonen. Ob
hingegen
sämtlicheErscheinungen
aufEnzymwirkun¬
gen
zurückgeführt
werdenkönnen,
ist zweifelhaft. DerWirkung
der auf dem Tabakblatt vorkommendenMikroorganismen
kommtgewiss
eineBedeutung
zu. Ob sie aber für die
Entstehung
der Aromastoffe verantwortlichgemacht
werdenkönnen,
kann bisjetzt
nichtgesagt
werden.IV. Ursache der
Nicotinverminderung
nach den bisher erschienenen Arbeiten.Dass bei der
Fermentation
derNicotingehalt abnimmt,
hatte schonSuchsland36) festgestellt.
Ervermutete,
dass es sich dabei um die Ueber-führung
von Nicotin in Nicotianin oderTabakcampher
handelt. Ein solchermysteriöser Körper
konntejedoch
niegefunden
werden.Auf Grund der
Entdeckung
vonBehrensi5>iG),
dass derSchimmelpilz Botrytis
cinerea seinenStickstoffbedarf
mit Nicotindecken kann,
sowie dassgewisse
Bakterien in einerNährlösung ausgezeichnet gedeihen,
welche alseinzige Stickstoffquelle
Nicotinenthält,
das dabeivollständig verschwindet, liegt
dieVermutung nahe,
dass dieNicotinabnahme
bei derFermentation
auf dieselbe Ursachezurückzuführen
ist. In neuerer Zeit war es Faite-lowitzi7>i8),
der die Abnahme desNicotingehalts
derTätigkeit
von Bakte¬rien zuschrieb. Tabakbrei oder
wässrige
Extrakte von Tabakzeigten
nachvierundzwanzigstündigem
Stehen eine starkeVerminderung
des Nicotinsunter
gleichzeitiger Erhöhung
der Alkalität derFlüssigkeit.
Beide Erschei¬nungen unterbleiben bei Zusatz von Chloroform. Als
Zersetzungsprodukte
sollen sich nach Faitelowitz leicht
flüchtige organische
Basenbilden,
diejedoch
aus den Extrakten verdunsten. Da mit dem Abbau des Nicotins eineVervielfachung
der Katalase-Aktivitäteintritt,
sei der bakterielle Charakter dieser Reaktion erwiesen. DieVermehrung
der Katalase wird von Faite¬lowitz
jedoch
nicht mit Versuchenbelegt.
Dass bei seinerVersuchsanordt-
nung auch Fäulnisbakterien zurWirkung
kommenkönnen,
ist nicht ver¬wunderlich. Sowohl Fodor und
Beifenbergi9)
wie auch Bodnar undBarta50)
beanstanden die Versuche von Faitelowitz. Die beiden
letztgenannten
führendie Nicotinabnahme bei seinen Versuchen auf die
Flüchtigkeit
des Nicotinszurück,
was sie aber an Hand von Blindversuchen zu beweisen unterlassen.Für die bei der Fermentation eintretende
Nicotinverminderung
machtLoewiX)
die von ihm erstmals im Tabakblattgefundene Peroxydase
verant¬wortlich,
welche das Nicotin unterBildung
von Ammoniak zersetzen soll.Die
Wirkung
derOxydationsenzyme
auf Nicotin wurde auch vonBehrens^) untersucht, jedoch
mitnegativem Erfolg.
Dieenzymatische Zersetzung
von Nicotin bei der Fermentation scheint durch die Versuche von Fodor undReifenberg 32>i3)
an Wahrscheinlichkeit zugewinnen.
Es wurdegefunden,
dass Tabakextrakte imstande
sind,
unter sterilenBedingungen
in Lösun¬gen von reinem Nicotin einen Teil desselbenzu
zersetzen,
wobei sichergab,
dass bei zunehmender
nicotinspaltender Wirkung
eines solchen Tabakextrak¬tes auch seine
Fähigkeit,
Sauerstoffaufzunehmen, steigt,
sodass in derNicotinzersetzung
einenzymatischer Oxydationsprozess
vermutet wird. Die Forscher unterlassenjedoch,
in ein und demselben Versuch neben der Mes¬sung der Sauerstoff-Aufnahme die
gleichzeitige Verminderung
des Nicotin¬gehaltes
an Hand vonNicotinbestimmungen
zubeobachten;
schliesslich kann deraufgenommene
Sauerstoff auch noch zurOxydation
anderer Stoffe Ver¬wendung
finden. Was denZusammenhang
zwischenPeroxydase-
undOxy- genasegehalt
eines Tabaks und der bei der Fermentation eintretenden Nico¬tinverminderung betrifft,
so fand L.Barta61)
keineBeziehungen,
wohl aber scheint eingrösserer
Gehalt von Katalase auch eine vermehrte Nicotin¬abnahme zu
bewirken*).
Auf Grund des chemischen Verhaltens des Nicotins beim
oxydativen
Abbau halten es Fodor und
Reifenberg43)
fürwahrscheinlich,
dass bei die¬ser
enzymatischen Oxydation Pyridin, Methylamin
und Ammoniak entsteht.Ein
eindeutiger
Nachweis dieserVerbindungen
wirdjedoch
nichtgegeben.
Bodnar und
Barta26)
können keineBildung
vonPyridin
undMethylamin
feststellen.Zusammengefasst ergeben
diebisherigen Forschungen,
dass ein enzy¬matischer Abbau des Nicotins
möglich
und bei der Fermentation sehr wahr-*) Ueber die Fermente im Tabak siehe die zahlreichen
ausgezeichneten
Arbeiten vonC. Neuberg und Mitarbeitern in der Biochem. Zeitschrift.
scheinlich ist. Die
Tätigkeit
undWirkung
vonMikroorganismen
kann nichtendgültig
verneintwerden,
wird aber in denHintergrund gedrängt.
DerNicotinabbau scheint ein
Oxydationsvorgang
zu sein. Aus derzugänglichen
Literatur konnte
jedoch
nicht ersehenwerden,
welcheUmwandlungen
dasNicotin während der
Fermentation
erleidet. Auch in den zahlreichenmuster¬gültigen
Arbeiten aus dem unter derLeitung
von A. Schmuck stehenden Institut fürTabakforschung
in Krasnodar wird darüber nichtsmitgeteilt.
Angesichts
dieserErgebnisse,
sowie der eventuellenMöglichkeit,
denGang
derFermentation
künstlich so zubeeinflussen, dass die Nicotinver- minderung
noch beträchtlicherwird,
ist esgerechtfertigt,
Ursache und Fort¬gang dieser
Nicotinverminderung
weiter aufzuklären.Spezieller
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Als
Grundlage
dieser Versuche wurde einpatentiertes
Entnicotinisie-rungsverfahren52)
vonTabakbenutzt,
welches zumTeil auf den Untersuchun¬gen und
Ergebnissen
vonFaitelowitz^1)
beruht und darinbesteht,
dass derTabak mit viel Wasser versetzt und die entstehende
Lauge
mit Luft durch¬strömt wird. Nach
einiger
Zeit verschwindet das Nicotin in derLauge,
wasvom Erfinder durch die
Tätigkeit
vonMikroorganismen
erklärt wird. Die inder
Lauge
auftretende alkalische Reaktion wird durch Säurezusatz zurück¬gedrängt.
Nacherfolgter Behandlung
wird dieLauge
auf den Tabakgesprüht
und auf diesem
eingedunstet.
/.
Behandlung
von Tabak mit Wasser und Luft.Versuch A
a)
^^ ^usa^z vonorganischen
Säuren.40 g eines amerikanischen Tabaks
(Nicotingehalt 2,4o/o)
werden ange¬feuchtet,
die Blätterausgeglättet
und in einen grossenGlaszylinder gehängt,
Apparatur:
der in einem Thermostaten von 40°
Badtemperatur
steht. In denZylinder
werden 300 cm3 Wasser
gegeben
und mittels einerWasserstrahlpumpe
durchdrei Tonverteiler Luft durch die
Flüssigkeit geblasen,
welche nacheiniger
Zeit stark zu schäumen
beginnt.
Der imZylinder
nicht mehr Platz findende Schaum wird in einernachgeschalteten
Flascheaufgefangen.
Die abströ¬mende Luft wird durch zwei mit Schwefelsäure und Kieselwolframsäure versetzte Waschflaschen
geleitet,
umabgeblasenes
Nicotin zurückzuhalten.Nach 12 Stunden
reagiert
der Schaum gegen Lakmus stark alkalisch.Um die Alkalität etwas
abzuschwächen,
werden 2 cm3\
Zitronensäure zu¬gegeben.
Weitere Säurezusätze:nach 14 Stunden 4 cm3
^
Zitronensäure» 16 » 4 » »
» 17 » 5 » »
» 18 » 5 » »
» 19 » 10 » »
» 20 » 10 » >
» 21 » 10 » >
» 22 » 10 » >
> 36 » 10 » »
» 37 » 10 > »
» 38 » 10 » »
» 39 » 10 » »
» 40 » 20 » »
» 42 > 20 » »
» 43 » 20 » »
» 44 » 20 » »
Nach 60 Stunden Abbruch des Versuchs.
Gesamte
zugesetzte Säuremenge:
180 cm3. DieFlüssigkeit reagiert
amEnde des Versuchs immer noch alkalisch.
Gesamte
Flüssigkeitsmenge
am Ende des Versuchs 450 cm3. Mit demAusspülen
desZylinders ergeben
sich zusammen 500 cm3. In einemaliquo¬
ten Teil wird das Nicotin bestimmt durch
Wasserdampfdestillation
und Fäl¬lung
mit Kieselwolframsäure.50 cm3
Lauge
enthalten0,0239
g Nicotin500 » » »
0,239
» >Gewicht des wasserfreien Tabaks nach dem Versuch
30,5
gNicotingehalt: 0,43%
Im Tabak verbliebenes Nicotin:
0,131
gWaschflaschenflüssigkeit:
Der Inhalt der ersten Waschflasche ist durchabgeblasenes
Nicotingetrübt
worden.Verdunstetes Nicotin:
0,007
gIn beiden Waschflaschen lassen sich mit Nessler's
Reagens
bedeutendeMengen
von Ammoniak nachweisen.Bilanz:
Gesamte
Nicotinmenge
zuBeginn
des Versuches .0,825
g (40 g Tabak, "Wassergehalt 14°/o,
Nicotingehalt 2,4 %)Nicotin in der
Lauge
0,239 gNicotin im Tabak nach dem Versuch 0,131 g
Abgeblasenes
Nicotin 0,007 gNicotinabnahme 0,448 g
=
54,4 % Analoge Ausführung
derfolgenden
Versuche.Versuch
A2.
Angewandt:
50 g Sorte«Grossblättrig,
Nr. 2».Nicotingehalt: 2,0o/0.
Wassergehalt:
6 o/0.Zugesetzte Menge
Wasser: 300cm3.Versuchsdauer:
43 Stunden.Nach 12 Stunden wird dem
alkalisch reagierenden
Schaum von Stundezu Stunde ~ Zitronensäure
zugesetzt,
im ganzen 145 cm3.Flüssigkeitsmenge
nach dem Versuch 560 cm3.Nicotinbestimmung
in einemaliquoten
Teil.50 cm3 enthalten
0,0102
g Nicotin560 » »
0,114
g »Gewicht des wasserfreien Tabaks nach dem Versuch: 36 g.
Nicotingehalt: 0,22o/o.
Im Tabak
verbliebenes
Nicotin:0,072
g.Die
Waschflaschenflüssigkeit
enthält keinabgeblasenes Nicotin,
hin¬gegen
gibt
Nessler'sReagens
eine dicke brauneFällung.
Bilanz:
Gesamte
Nicotinmenge
zuBeginn
des Versuches .0,940
gNicotin in der
Lauge
0,114 gNicotin im Tabak nach dem Versuch 0,072 g
Nicotinabnahme 0,754 g
=
80,5 $
Versuch
A3.
Angewandt:
50 g MarkeKentucky.
Nicotingehalt: 6o/o.
Wassergehalt: 9o/o.
Zugesetzte Menge
Wasser: 300 cm3.Dauer des
Versuchs:
56 Stunden.Während
desVersuchs zugesetzte Menge £
Zitronensäure: 140 cm3.Menge
derLauge
nach demVersuch:
500 cm3.50 cm3 enthalten
0,133
g Nicotin500 » »
1,33
g » Gewicht des wasserfreien Tabaks nach dem Versuch: 32 g.Nicotingehalt: 0,5o/o.
Im Tabak verbliebenes Nicotin:
0,16
g.Abgeblasenes Nicotin: 0,005
g.Bilanz:
Gesamte
Nicotinmenge
zuBeginn
des Versuches .2,701
gNicotin in der
Lauge
.1,335
gNicotin im Tabak nach dem Versuch
0,167
gAbgeblasenes
Nicotin0,005
gNicotinabnahme
1,194
g=
44,2%
Versuch
A±.
Angewandt:
30 g Marke KioGrande.
Nicotingehalt: 2,4<y0.
Wassergehalt:
14 o/o.Zugesetzte Menge
Wasser: 300 cm3.Dauer des Versuchs: 40
Stunden.
Da nach 15 Stunden die
Flüssigkeit
noch nichtschäumt,
wird eineSpur Saponin zugefügt.
Im ganzen
zugesetzte Säuremenge:
30 cm3|-
Zitronensäure.Menge
derLauge
nach dem Versuch: 350 cm3.Um das
Saponin,
welches bei derNicotinbestimmung
dieWasserdampf¬
destillation
durch starkes Schäumenverunmöglicht,
zuzerstören,
wird diefür die
Bestimmung
verwendeteLauge
miteinigen Tropfen
Salzsäure ange¬säuert und
aufgekocht.
40 cm3
Lauge
enthalten0,0041
g Nicotin350 » » »
0,036
g »Gewicht
des wasserfreien Tabaks nach demVersuch:
21 g.Nicotingehalt: 0,1 o/o.
Im
Tabak verbliebenes
Nicotin:0,021
g.Abgeblasenes Nicotin:
0.Bilans:
Gesamte
Nicotinmenge
zuBeginn
des Versuches .0,618
gNicotin in der
Lauge 0,036
gNicotin im Tabak nach dem Versuch
0,021
gNicotinabnahme
0,561g
=
91%
Versuch
Ab.
Angewandt:
500 g MarkeKentucky.
Nicotingehalt: 4,8o/0.
Wassergehalt: 6,5o/o.
Zugesetzte Menge
Wasser: 1500 cm3.Dauer des Versuchs: 150 Stunden.
Nach 3
Tagen
werden die Blätterumgekehrt aufgehängt,
sodass sienach und nach
vollständig ausgelaugt
werden.Im ganzen
zugesetzte Säuremenge:
250 cm3-f
Zitronensäure.Menge
derLauge
nach dem Versuch: 1500 cm3.50 cm3
Lauge
enthalten0,256
g Nicotin1500 » » » 7,68 g >
Gewicht des wasserfreien Tabaks nach dem Versuch: 280 g.
Nicotingehalt: 2,95o/o.
Im Tabak verbliebenes Nicotin:
7,61
g.Abgeblasenes
Nicotin:0,034
g.Bilanz:
Gesamte
Nicotinmenge
zuBeginn
des Versuches .22,44
gNicotin in der
Lauge 7,68
gNicotin im Tabak nach dem Versuch
7,61
gAbgeblasenes
Nicotin 0,03 gNicotinmenge
nach dem Versuch15,32
gNicotinabnahme
7,12
g=
ifl,tj %
Versuch A
^)
Ohne Zusatz vonorganischen
Säuren.Angewandt:
50 g MarkeKentucky.
Nicotingehalt: 3,3o/0.
Wassergehalt: 6,8o/o.
Zugesetzte Menge
Wasser: 100 cm3.Dauer des Versuchs: 40 Stunden.
Trotz
steigender
Alkalität wird keine Säurezugesetzt.
Menge
derLauge
nach dem Versuch: 100 cm3.30 cm3
Lauge
enthalten 0,059 g Nicotin100 » » »
0,197
gGewicht des wasserfreien Tabaks nach dem Versuch: 39 g.
Nicotingehalt: 0,8o/o.
Abgeblasenes
Nicotin: 0.Bilanz:
Gesamte
Nicotinmenge
zuBeginn
des Versuches .1,535
gNicotin in der
Lauge 0,197
gNicotin im Tabak nach dem Versuch
0,281
gNicotinabnahme 1,057 g
=