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Fermentation (Latein: Fermentum, Sauerteig) ist, in der Biochemie, Umwandlung von biologischen Materialien (Substrat) in Abwesenheit von Sauerstoff (anaerob). Bakterien, Pilze (einschließlich Ferment) sind für ihre Fermentation bekannt, obwohl sie auch in einigen tierischen Zellen (wie z Skelettmuskeln). Bei der Fermentation gibt es – im Gegensatz zu Aerobic Atmung – kein Durchgang von Elektronen in a Elektronentransportkette Platz. Heutzutage wird Fermentation aber auch im weiteren Sinne verwendet, einschließlich aerober Prozesse. Die Fermentation mit Bakterien ist in der Lebensmittelindustrie weit verbreitet.
Geschichte
Im 19. Jahrhundert wurden große Entdeckungen gemacht von Theodor Schwann, Justus von Liebig und Louis Pasteur im Bereich der Fermentation. Pasteur widersprach von Liebig über die Art des Fermentationsprozesses. Liebig glaubte, dass die Gärung das Ergebnis eines chemischen Prozesses sei und dass die Anwesenheit von Hefe an sich nicht notwendig sei. Pasteur hingegen ging davon aus, dass die Anwesenheit von Mikroorganismen für den Fermentationsprozess unverzichtbar
1891 erhielt der japanische Chemiker Jokichi Takamine das Patent für ein Fermentationsverfahren, bei dem aus Aspergillus oryzaeAmylase wurde isoliert. Diese Fermentationsmethode wird bis heute bei der Herstellung bestimmter Enzyme verwendet.
Industrieller Prozess
Das Hinzufügen von Enzyme ohne den enzymproduzierenden Mikroorganismus wird als Hydrolyse, nicht als Gärung. Beide Verfahren finden mittlerweile breite Anwendung in der Biochemie, wo ein Substrat sehr selektiv in ein Endprodukt umgewandelt werden kann. Diese biologische Methode ist energetisch viel interessanter als die chemische Synthese und hat die Fähigkeit, viel komplexere biologische Moleküle herzustellen, zum Beispiel menschliche Insulin, Antibiotika, Enzyme, Vitamine, Steroide, Zitronensäure, Milchsäure.
Bei der aeroben Fermentation ist es wichtig, eine gute Verteilung der Sauerstoffkonzentration im Kulturmedium für das Wachstum aerober Mikroorganismen. Dies wird durch (steriles) Belüften (Belüftung) und Rühren (Agitieren) des Kulturmediums erreicht. Ein Sauerstoffüberschuss führt zu oxidativ Prozesse, die meist auch das Substrat in ein anderes Endprodukt umwandeln und damit eine negative Konkurrenz für die Fermentation schaffen.
Es gibt drei verschiedene Arten, wie eine Fermentations-(Zell-)Kultur gefüttert wird. Dies sind die Stapel, gefütterte Charge und kontinuierliche Kultur.
Ernährung
Fermentationsverfahren mit Bakterien und Pilzen (einschließlich Hefen) finden in der Lebensmittelindustrie breite Anwendung bei der Herstellung und Konservierung von Lebensmitteln wie z Salami und Sauerkraut.
Brot
Beim Backen von HefeBrot Der Teig wird durch die von der Hefe produzierte Kohlensäure zum Aufgehen gebracht. Das Geschenk Zucker im Teig zu CO . vergoren2 und Alkohol.
Biene Sauerteigbrot andererseits ist das zum Aufsteigen notwendige CO necessary2 nicht durch Hefe hergestellt, sondern durch heterofermentative Milchsäurebakterien, die aus den nebenstehenden Zuckern Milchsäure machen auch Alkohol (Ethanol) und Kohlendioxid. Homofermentative Milchsäurebakterien produzieren bei der Vergärung von Zuckern nur Milchsäure, kein CO2 und Ethanol. Sauerteigbrot kann mit einer Mischung aus homofermentativen Milchsäurebakterien und Hefe, aber auch nur mit heterofermentativen Milchsäurebakterien hergestellt werden. Da im letzteren Fall keine Umwandlung durch Hefe stattfindet, ist diese Vergärung keine Form der Vergärung.
Alkoholische Getränke
Eine weitere Anwendung der Fermentation findet sich in der Herstellung von alkoholische Getränke. Der Prozess erfolgt in zwei Schritten. Zunächst kommt es zu einer Zunahme der Hefezellen, die in einer aeroben (sauerstoffhaltigen) Atmosphäre vorhanden sind. Anschließend wird in einer anaeroben Atmosphäre das Ethanol produziert.
Andere Produkte
Die Fermentation findet auch bei der Herstellung von:
- Buttermilch und Joghurt;
- Käse
- Essig
- Oliven
- Kakaobohnen nach der Ernte;
- Sojasauce, Tabasco
- Malz
Wiederkäuer
Wiederkäuer Mikroorganismen nutzen (a Symbiose) bei Fermentationsprozessen im Gekröse. Die Produkte eines Fermentationsprozesses sind eine Reihe von (flüchtigen) Fettsäuren. Unter anderem die folgenden Säuren (hier dargestellt als die unter biologischen Bedingungen vorkommenden) Anionen) werden gebildet:
| Strukturformel | Name des Säurerestes | Trivialname der Säure |
|---|---|---|
 | Laktat | Milchsäure |
 | Acetat | Essigsäure |
 | Butyrat | Buttersäure |
 | Propionat | Propionsäure |
Verbrühungen
Wärme ist das Phänomen, bei dem Kohlenhydrate verbrannt werden Kohlendioxid und Wasser mit Wärmeabgabe. Dies kann durch die Aktivität von verursacht werden Mikroorganismen wie Bakterien. Verbrühungen treten hauptsächlich in feuchten Hügeln aus organischem Material auf, wie z Heu.
Einige Tiere suchen sich Hügel aus pflanzlichem Material auf, um ihre Eier darin abzulegen, und nutzen die Hitze im Nisthügel. Ein Beispiel dafür ist die Ringelnatter. Andere Tiere bauen ihre eigenen Nester, in denen Zwang stattfindet, wie viele Krokodile und der Königskobra.