Was ist Gärung? Definition und Beispiele

Fermentation ist ein Verfahren zur Herstellung von Wein, Bier, Joghurt und anderen Produkten. Hier ist ein Blick auf den chemischen Prozess, der während der Fermentation stattfindet.

Fermentation Definition

Die Fermentation ist ein Stoffwechselprozess, bei dem ein Organismus ein Kohlenhydrat wie Stärke oder Zucker in Alkohol oder Säure umwandelt. Beispielsweise fermentiert Hefe, um Energie zu gewinnen, indem Zucker in Alkohol umgewandelt wird. Bakterien fermentieren und wandeln Kohlenhydrate in Milchsäure um. Das Studium der Gärung heißt Zymologie.

Geschichte der Gärung

Der Begriff "Ferment" stammt aus dem Lateinischen inbrünstig, was bedeutet "kochen". Die Gärung wurde von Alchemisten des späten 14. Jahrhunderts beschrieben, jedoch nicht im modernen Sinne. Der chemische Gärungsprozess wurde um das Jahr 1600 Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen.

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Die Fermentation ist ein natürlicher Prozess. Lange bevor der biochemische Prozess verstanden wurde, wurde Fermentation angewendet, um Produkte wie Wein, Met, Käse und Bier herzustellen. In den 1850er und 1860er Jahren wurde Louis Pasteur der erste Zymurgist oder Wissenschaftler, um die Fermentation zu untersuchen, wenn er nachwies, dass die Fermentation durch lebende Zellen verursacht wurde. Pasteur war jedoch bei seinen Versuchen, das für die Fermentation verantwortliche Enzym aus Hefezellen zu extrahieren, erfolglos. Der deutsche Chemiker Eduard Büchner mahlte 1897 Hefe, extrahierte daraus Flüssigkeit und fand heraus, dass die Flüssigkeit eine Zuckerlösung fermentieren konnte. Büchners Experiment gilt als Beginn der Biochemie und wurde 1907 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

Beispiele für durch Fermentation gebildete Produkte

Die meisten Menschen wissen, dass es sich bei Lebensmitteln und Getränken um Fermentationsprodukte handelt, erkennen jedoch möglicherweise nicht viele wichtige industrielle Produkte, die sich aus der Fermentation ergeben.

• Bier
• Wein
• Joghurt
• Käse
• Bestimmte saure Lebensmittel, die Milchsäure enthalten, einschließlich Sauerkraut, Kimchi und Peperoni
• Hefebrot
• Abwasserbehandlung
• Einige industrielle Alkoholproduktion, wie für Biokraftstoffe
• Wasserstoffgas

Ethanolfermentation

Hefe und bestimmte Bakterien fermentieren Ethanol, wobei Pyruvat (aus dem Glukosestoffwechsel) in Ethanol und Kohlendioxid aufgespalten wird. Die chemische Nettogleichung für die Herstellung von Ethanol aus Glucose lautet:

C₆H₁₂Ö₆ (Glukose) → 2 C₂H₅OH (Ethanol) + 2 CO₂ (Kohlendioxid)

Bei der Ethanolfermentation wurden Bier, Wein und Brot hergestellt. Es ist erwähnenswert, dass durch die Fermentation in Gegenwart eines hohen Pektingehalts geringe Mengen Methanol gebildet werden, das beim Verzehr giftig ist.

Milchsäuregärung

Die Pyruvatmoleküle aus dem Glucosestoffwechsel (Glykolyse) können zu Milchsäure fermentiert werden. Die Milchsäurefermentation wird verwendet, um Laktose bei der Joghurtherstellung in Milchsäure umzuwandeln. Es tritt auch in tierischen Muskeln auf, wenn das Gewebe schneller Energie benötigt, als Sauerstoff zugeführt werden kann. Die nächste Gleichung für die Milchsäureproduktion aus Glucose lautet:

C₆H₁₂Ö₆ (Glucose) → 2 CH₃CHOHCOOH (Milchsäure)

Die Produktion von Milchsäure aus Laktose und Wasser kann wie folgt zusammengefasst werden:

C₁₂H₂₂Ö₁₁ (Lactose) + H₂O (Wasser) → 4 CH₃CHOHCOOH (Milchsäure)

Wasserstoff- und Methangaserzeugung

Der Fermentationsprozess kann Wasserstoffgas und Methangas ergeben.

Methanogene Archaeen gehen eine Disproportionierungsreaktion ein, bei der ein Elektron von einem Carbonyl einer Carbonsäuregruppe auf eine Methylgruppe von Essigsäure übertragen wird, um Methan und Kohlendioxidgas zu ergeben.

Viele Arten der Fermentation liefern Wasserstoffgas. Das Produkt kann vom Organismus zur Regeneration von NAD verwendet werden⁺ von NADH. Wasserstoffgas kann von Sulfatreduzierern und Methanogenen als Substrat verwendet werden. Der Mensch erfährt eine Wasserstoffgasproduktion aus Darmbakterien, die Flatus produzieren.

Fakten zur Fermentation

• Die Fermentation ist ein anaerober Prozess, dh es wird kein Sauerstoff benötigt, um stattfinden zu können. Selbst wenn reichlich Sauerstoff vorhanden ist, ziehen Hefezellen die Fermentation der aeroben Atmung vor, vorausgesetzt, es steht eine ausreichende Zuckerzufuhr zur Verfügung.
• Die Fermentation erfolgt im Verdauungssystem von Menschen und anderen Tieren.
• In einer seltenen Krankheit, die als Darmfermentationssyndrom oder Auto-Brauerei-Syndrom bezeichnet wird, führt die Fermentation im menschlichen Verdauungstrakt zu einer Vergiftung durch Ethanolproduktion.
• Die Fermentation erfolgt in menschlichen Muskelzellen. Muskeln können ATP schneller verbrauchen als Sauerstoff zugeführt werden kann. In dieser Situation wird ATP durch Glykolyse hergestellt, bei der kein Sauerstoff verwendet wird.
• Obwohl die Fermentation ein gängiger Weg ist, ist sie nicht die einzige Methode, mit der Organismen anaerobe Energie gewinnen. Einige Systeme verwenden Sulfat als endgültigen Elektronenakzeptor in der Elektronentransportkette.

Quellen

• Hui, Y. H. (2004). Handbuch zur Gemüsekonservierung und -verarbeitung. New York: M. Dekker. p. 180. ISBN 0-8247-4301-6.
• Klein, Donald W .; Lansing M .; Harley, John (2006). Mikrobiologie (6. Aufl.). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-255678-0.
• Purves, William K .; Sadava, David E .; Orians, Gordon H .; Heller, H. Craig (2003). Das Leben, die Wissenschaft der Biologie (7. Aufl.). Sunderland, Mass .: Sinauer Associates. S. 139-140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
• Steinkraus, Keith (2018). Handbuch der einheimischen fermentierten Lebensmittel (2. Aufl.). CRC-Presse. ISBN 9781351442510.