Kapitel 1: Einführung und Grundlagen

1.1 Hefebiologie: Organismus und Stoffwechsel
1.2 Wachstumsphasen
1.3 Sterile Arbeitsweise
1.4 Grundausrüstung und Material für Umgang mit Hefe


Dieses Kapitel behandelt Hefe als biologischer Organismus im Allgemeinen um etwas Hintergrundwissen zu vermitteln. Keine Angst, um den Inhalt zu verstehen braucht es kein Wissenschaftsstudium. Etwas Neugierde reicht um die Hefe als Organismus etwas besser verstehen zu können. Desweiteren werden Grundlagen zur Vergärung vermittelt und sterile Arbeitsweise, die Grundausrüstung und das nötige Material für den Umgang mit Hefe behandelt.

Nach diesem Kapitel sollten du wissen was Hefe als Organismus ist, die Grundlagen der Vermehrung von Hefe verstehen und weiter die Grundlagen einer sterilen Arbeitsweise verstehen.


1.1 Hefebiologie: Organismus und Stoffwechsel

Was ist Hefe überhaupt? In diesem Kapitel befassen wir uns mit Hefe als Organismus und dem Stoffwechsel.

Wozu werden Hefen verwendet?

Hefe wird klassischerweise zur Herstellung von Lebensmittel wie zum Beispiel Bier, Wein, Sake, Sojasauce und Backwaren verwendet. Bei diesen Anwendungen wird Hefe verwendet um Zucker in Alkohol und Kohlensäure umzuwandeln. Wobei bei der Brotherstellung vorwiegend die Kohlensäurebildung genutzt wird, um ein luftiges Brot zu erhalten. Jährlich werden weltweit über eine Million Tonne Hefe als Viehfutter hergestellt, über 60 Millionen Tonnen Bier, über 30 Millionen Wein und über 600’000 Tonnen Bäckerhefe produziert [Johnson, Echavarri-Erasun, 2011]. Weiter wird Hefe verwendet um verschiedene Lebensmittelzusätze wie Enzyme und Pigmente herzustellen. Hier wird Hefe als Hersteller von verschiedenen Molekülen verwendet. Neben der Herstellung von Lebensmittelzusätzen können Hefen auch zur Herstellung von Medikamenten genutzt werden:Insulin, Hormone oder auch Impfstoffe. Hefe produzieren Medikamente im Wert von ungefähr 600 Milliarden Dollar jährlich [Johnson, Echavarri-Erasun, 2011]. Weitere Anwendungen von Hefe sind Anwendungen wie Schadstoffabbau oder Biokatalysatoren. Zusammenfassend, Hefe hat eine sehr breite Anwendung in der Industrie und Forschung.

Neben industriellen Anwendungen ist Hefe bis heute auch in der Grundlagenforschung weit verbreitet um Krankheiten besser zu verstehen, verstehen was beim Altern von Zellen passiert bis zu Fragestellungen wie überhaupt eine Zelle funktioniert.

Geschichte zur Hefe

Höhlenbemalungen die in Indien, Spanien und Südafrika um 8500 v.Chr. entstanden zeigen Menschen beim Sammeln von Honig welcher zur Herstellung von Met (Honigwein) verwendet wurde. Menschen verwendeten Hefe also schon seit tausenden von Jahren. Wobei eher unbewusst. Hefe kommt fast überall in der Natur vor und führt in vielen Anwendungen zu spontanen. Gärungen. Gärungen bei welchen keine Hefe zugegeben wird. Die Hefe auf den Früchten reicht bspw. aus, um Wein aus Trauben herzustellen. Brauer stellten fest, dass beim gären ein Bodensatz entsteht. Damals war noch nicht bekannt, das Hefe für die Vergärung verantwortlich ist. Wenn man diesen Bodensatz (auch “Zeugs” genannt) aus einem guten Bier wiederverwendet, steigt die Wahrscheinlichkeit ein weiteres gutes Bier zu erhalten. Dieses Vorgehen wird auch heute noch in der Brauerei verwendet: Hefe ernten und erneut einen Sud anstellen.

Ich möchte jetzt kurz in die Geschichte eintauchen. Wir beginnen im späteren 17. Jahrhundert. Mikrobiologie war noch keine Disziplin, Mikroskope nicht bekannt, das Reinheitsgebot schon knapp 150 Jahre alt. Europa gerade zwischen dem 30 Jährigen Krieg und der Französischen Revolution.

In den Niederlande entwickelt Anton van Leeuwenhoek ein erstes Lichtmikroskop und beschreibt 1674 seine Entdeckung von Mikroorganismen. Überlieferungen beschreiben das Anton einen Abbrieb von seinen Zähnen anschaute und eine Vielzahl von kleinen beweglichen Mikroorganismen beobachten konnte. Der Grundstein der Mikrobiologie war gelegt. Wir reisen nach Frankreich, späteres 19. Jahrhundert.

1830er. Drei Wissenschaftler entdecken, dass die alkoholische Gärung auf Hefe zurückzuführen ist. Damals waren andere sehr bekannte Chemiker (Liebig und Berzelius) der Meinung, dass Gärung unabhängig von Mikroorganismen abläuft und rein chemisch ablaufen muss.

1854. Ein etwa 30 jähriger Chemiker zieht von Strassburg nach Lilles nachdem ihm eine Professur an der neuen Fakultät für Wissenschaften angeboten wurde. Die lokale Industrie bestand vorallem aus Betrieben, die aus Rübenzucker Alkohol herstellten. Louis Pasteur untersuchte diese Herstellung genauer und kam ebenfalls zum Schluss, dass die Gärung wohl etwas mit Mikroorganismen zu tun hatte. Weitere Entdeckungen wiederlegen nach und nach die abiotische Hypothesen von Liebig und Co. Pasteur ist auch heute noch in der deutschen Sprache vertreten wie zum Beispiel Pasteurisierung, Pasteur-Effekt oder Pasteurpipette.

Dänemark, Kopenhagen um 1875. Jacob Christian Jacobsen der Gründer der Carslberg Brauerei gründet ein Labor (damals Carlsberg Laboratory genannt) um wissenschaftliche Fragestellungen im Zusammenhang mit der Bierherstellung zu untersuchen. Einem der Wissenschaftler, Emil Christian Hansen gelang es um 1883 die erste Lagerhefe (untergärig) zu isolieren, zu kultivieren und über längere Zeit zu lagern. Und entwickelte zusätzlich die Methoden zur Hefereinzucht die auch heute noch unverändert verwendet werden. Die isolierte Hefe wurde Saccharomyces carlsbergensis genannt. Saccharo von Zucker und myces von Pilz. Also ein Zuckerpilz. (Heute wird S. carlsbergensis S. pastorianus genannt). Seine Entdeckungen hatten weitreichende Folgen für die Brauereien in Europa. Viele der Brauereien die mit obergärigen Hefen (Saccharomyces cerevisiae) arbeiteten hatten neben der Hefe auch andere wilde Hefen und Bakterien in der Gärung. Also keine Reinkultur wie damals Carlsberg verwendete. Diese obergärigen Biere wurden bei längerer Lagerung schlecht (vorallem sauer) und mussten innert kurzer Zeit konsumiert werden. Lagerbrauereien auf der anderen Seite hatten weniger Probleme mit Kontaminationen da neben einer Reinkultur die Gärungen auch bei kalten Temperaturen durchgeführt wurden welche das Wachstum von Kontaminationen unterdrückt. Viele Brauereien wechselten daher zur Lagerherstellung da die Lagerbiere länger haltbar waren.

Neben Hansen arbeiteten verschiedene andere Wissenschaftler im Carlsberg Labor wie zum Beispiel Johan Kjeldahl der eine Methode entwickelte um Stickstoff in einer Probe nachzuweisen. Diese Methode ist noch heute in vielen Lebensmittellabors weit verbreitet. Da wir schon von Brauereilabors sprechen, Guinness in Dublin, Irland. Guinness hatte ebenfalls ein Labor um die Qualität der Produkte zu untersuchen und zu garantieren. William Sealy Gosset entwickelte zum Beispiel den Student t-Test. Verschiedenste Brauereien waren damals stark an Forschung im Bereich der Bierherstellung interessiert um ihre Produkte zu verbessern und um die bio/chemischen Prozesse, die bei der Herstellung ablaufen, zu verstehen. Noch heute investieren Brauereien viel Geld in die Forschung um die Effekte von Hopfen, Hefe und Malz zu untersuchen und verstehen. So dürfen wir getrost zu einem Budweiser greifen da Anheuser-Busch viel Geld in die Forschung steckt, die dann auch all den kleineren Brauerien nützen kann. Zurück zur Hefe. Seit Anfangs 20. Jahrhundert ist dann allgemein die Bedeutung von Hefe für die Bierherstellung bekannt.

1996 dann ein weiterer Meilenstein für Hefe. Das erste eukaryotische Genome wird von Saccharomyces cerevisiae publiziert. Das zeigte, dass 23% der gefundenen Hefegene auch im Menschen vorhanden sind. Soweit zur Geschichte und Entdeckung von Hefe.

Was genau ist Hefe?

 

Exkurs: Taxonomie

Ober/untergärig

Exkurs: Wie entstand untergärige Hefe?

Stoffwechsel

 

1.2 Wachstumsphasen

Test

Stoffwechsel 2

 

1.3 Sterile Arbeitsweise

Test

1.4 Grundausrüstung und Material für Umgang mit Hefe

Test

Bibliography

  • EC Johnson, C Echavarri-Erasun (2011) Yeast Biotechnology Chapter 3, The Yeasts, a Taxonomic Study. Volume 1. Fifth edition. Elsevier (Link to sciencedirect)
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