Gärungsprozesse

Alkoholische Gärung im Gärbottich einer Brauerei

Die Gärung ist ein Stoffwechselprozess, bei dem unter Sauerstoffausschluss (Anaerobie) Kohlenhydrate zum Energiegewinn abgebaut werden. Sie wird vor allem von Mikroorganismen genutzt, jedoch können auch Pflanzen unter Sauerstoffmangel auf sie zurückgreifen. In den Muskeln wird unter Sauerstoffmangel Milchsäuregärung durchgeführt.

Gärungen werden vielfältig zur Herstellung, Veredelung und Konservierung von Lebens- und Futtermitteln genutzt (vor allem die alkoholische Gärung und die Milchsäuregärung). Im Vergleich zur aeroben Atmung wird bei Gärungen nur eine geringe Menge Energie gewonnen, da dabei statt Citratzyklus und anschließender Atmungskette nur die Substratkettenphosphorylierung genutzt wird.

Arten von Gärung

Zwei wichtige Arten von Gärungen sind:

• die alkoholische Gärung, bei der durch Hefen Kohlenhydrate in Ethanol (Alkohol) und Kohlendioxid umgewandelt werden. Die alkoholische Gärung ist der wesentliche Prozess bei der Herstellung aller alkoholischen Getränke sowie von Brot und Hefegebäck:

$\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6} \,+\, 2\;ADP \,+\, 2\;P_i \;\rightarrow\; 2\;C_{2}H_{5}OH \,+\, 2\;CO_{2} \,+\, 2\;ATP}$

• die Milchsäuregärung, bei der Zucker in Milchsäure verstoffwechselt wird. Milchsäuregärung findet zum Beispiel bei der Herstellung von Joghurt, Sauerkraut oder Silage statt:

$\mathrm{C_6H_{12}O_6 +\, 2 \ ADP + 2 \ P_i \rightarrow \ 2 \ C_3H_6O_3 + 2 \ ATP}$

Darüber hinaus finden sich noch verschiedene weitere Arten von Gärungen:

• die Propionsäuregärung (z. B. bei der Herstellung von Emmentaler)
• die Malolaktische Gärung (Wichtig bei der Weinherstellung: Reduzierung des Gehalts an Äpfelsäure zugunsten der Bildung von Milchsäure)
• die Methangärung,
• die Ameisensäuregärung,
• die 2,3-Butandiolgärung,
• die Buttersäuregärung,
• die Homoacetatgärung.

Abgrenzung

Fälschlicherweise wird Gärung gelegentlich als Synonym für Fermentation benutzt. Fermentation ist jedoch der technologische Oberbegriff für Biotransformationen mit Hilfe lebender, ganzer Zellen, wovon die Gärung einen Spezialfall darstellt.

Geschichte

In der Entwicklung des Lebens auf der Erde war die Gärung ein Prozess, der erst nach größerer Verfügbarkeit von Sauerstoff durch photosynthetische Pflanzen Bedeutung erlangte.

Von Frühmenschen wurden natürliche Gärungsprodukte wie vergorene und Alkohol enthaltende Früchte gelegentlich genossen, so wie sie auch durch andere Tiere genossen werden (z.B. von Wespen). Anzunehmen ist auch, dass bereits steinzeitliche Jäger im Magen erbeuteter junger Wiederkäuer, welche kurz zuvor noch Muttermilch getrunken hatten, weißliche gallertartige Klumpen natürlichen Käses entdeckten und verwendeten.

Mit der Domestizierung von Ziegen und Schafen etwa vor 10.000 - 8.000 Jahren in Vorderasien standen dem Menschen Milchprodukte zur Verfügung, woraus auch Gärungsprodukte entstanden. Als im 6. Jahrzehnt v. Chr. an verschiedenen Stellen Rinder domestiziert wurden, existierte bereits ein Grundkenntnis der Käserei.

Aus Trauben wird, ausgehend von Persien, seit etwa 5.500 Jahren Wein hergestellt. Seit maximal 4.700 Jahren wurde im Fruchtbaren Halbmond und Ägypten Sauerteig zum Brotbacken eingesetzt und die gleichen Saccharomyces cerevisiae Kulturen mit den gleichen Getreideprodukten zum Bierbrauen verwendet. Heutzutage wird auch Zitronensäure durch Gärung mittels Aspergillus technisch in großem Maßstab gewonnen.

Gärungsprodukte

Die Gärung als biotechnologischer Produktionsprozess und daraus hergestellte Produkte haben eine hohe wirtschaftliche Bedeutung in der Lebensmittel- und Getränkewirtschaft und für die Landwirtschaft. Die alkoholische Gärung ist Grundlage sämtlicher alkoholhaltiger Getränke, hat aber auch durch die Herstellung von Bioethanol als Biokraftstoff oder zur technischen Nutzung eine hohe Bedeutung. Bei Nahrungsmitteln steht die milchsaure Gärung im Vordergrund. So werden mit ihrer Hilfe zahllose Milchprodukte erzeugt, unter anderem Joghurt, Käse, Kefir, Kwas. Bei der Herstellung von Backwaren auf Basis von Hefe und Sauerteig und bei der Zubereitung von Dauerwürsten wie Salami kommt die Milchsäuregärung zum Einsatz. Bei unter Luftabschluss gelagertem Gemüse (z.B. Sauerkraut) fördert die milchsaure Gärung die Konservierung. Auch die Haltbarkeit von Silage als Futtermittel oder als Gärsubstrat für die Erzeugung von Biogas beruht auf der milchsauren Vergärung frischer Biomasse. Beim komplexen Prozess der Biogasbildung aus Biomasse spielt neben weiteren fermentativen Prozessen die Gärung eine wichtige Rolle.

Siehe auch

• aerobe Atmung
• anaerobe Atmung
• Gärröhrchen
• Pasteur-Effekt

Literatur

• Reinhard Renneberg: Biotechnologie für Einsteiger. Elsevier GmbH, Spektrum akademischer Verlag, 2. Auflage 2007, ISBN 382741847X

Weblinks

• Alkoholische Gärung, Alkoholherstellung, Was ist Alkohol ?
• Michsäuregärung und alkoholische Gärung: Kurzbeschreibung der Biochemie