Menschen haben Ethanol – in Wein, Bier und anderen alkoholischen Getränken – seit der Vorgeschichte als Freizeitdroge verwendet. In jüngerer Zeit hat auch Ethanol als alternativer Kraftstoff an Bedeutung gewonnen. Ob für den menschlichen Verzehr oder die Verbrennung in Autos, Ethanol wird aus Hefe hergestellt, Mikroben, die Zucker fermentieren und Ethanol als Abfallprodukt freisetzen. Während dieses Prozesses werden Puffer hinzugefügt, um den pH-Wert zu stabilisieren.
pH
Die Aufrechterhaltung eines stabilen pH-Werts oder einer stabilen Wasserstoffionenkonzentration ist entscheidend, um eine gute Fermentationsausbeute zu erzielen. Das liegt daran, dass die Hefen, die die Zucker fermentieren, lebende Organismen sind und ihre Biochemie nur innerhalb eines bestimmten pH-Bereichs gut funktioniert, genau wie bei Ihnen. Wenn Sie zum Beispiel in ein Schwefelsäurebad getaucht würden, würde es Sie entweder töten oder schwer verletzen. Das gleiche gilt für die Hefe: Wenn der pH-Wert so hoch oder niedrig ist, dass er außerhalb ihres Toleranzbereichs liegt, könnte sie ihr Wachstum hemmen oder sogar abtöten.
Kohlendioxid
Der Fermentationsprozess in der Hefe hat einige Ähnlichkeiten mit dem Fermentationsprozess, der in Ihren Muskelzellen bei Sauerstoffmangel stattfindet – zum Beispiel beim Sprinten. Ihre Zellen setzen bei der Fermentation Kohlendioxid und Milchsäure frei; Hefe hingegen setzt Kohlendioxid und Ethanol frei. Dieses Kohlendioxid ist in der Tat der Grund, warum Sie Hefe verwenden, um Brot aufgehen zu lassen; das eingeschlossene Gas erzeugt expandierende Blasen im Teig.
Kohlensäure
In einem Gärbottich ist die CO2-Konzentration in der Lösung aufgrund der Gäraktivität höher als normal. Ein Großteil dieses überschüssigen CO2 sprudelt ab. Es säuert aber auch die Lösung an, denn gelöstes CO2 verbindet sich mit Wasser zu Kohlensäure. Wenn die Lösung zu sauer wurde, könnte sie das Hefewachstum hemmen. Hefe bevorzugt einen pH-Wert im Bereich von 4 - 6, daher verwenden Bäcker, Brauer und andere Industrien, die auf Fermentation angewiesen sind, Puffer, um den pH-Wert in einem optimalen Bereich zu halten.
Funktion der Puffer
Mit steigendem pH-Wert steigt die Geschwindigkeit, mit der die Pufferverbindung Wasserstoffionen (Protonen) verliert, und obwohl mehr von der Pufferverbindung ihre Protonen verloren hat, ändert sich nur der pH-Wert der Lösung leicht. Wenn der pH-Wert sinkt, tritt der umgekehrte Prozess auf; ein größerer Bruchteil der Puffermoleküle hat Protonen aufgenommen, und wiederum mildert der Puffer die pH-Änderung. Grundsätzlich hilft die Pufferverbindung, überschüssige Säure oder Alkalinität "aufzusaugen". Der pH-Wert beginnt sich erst signifikant zu ändern, wenn der größte Teil der Pufferverbindung neutralisiert oder "aufgebraucht" ist.