Joghurt, Sauerkraut, Essiggurken, keines dieser Produkte würde ohne Milchsäuregärung existieren. Dabei handelt es sich um eine Reihe von chemischen Reaktionen, die Ihre Zutaten dank Milchsäurebakterien in etwas ganz anderes (und leckeres) verwandeln.
In diesem Beitrag werden wir die Milchsäuregärung etwas genauer erforschen und Ihnen helfen zu verstehen, was passiert, wenn diese Bakterien an die Arbeit gehen!
Was ist Milchsäuregärung?
Damit ein Organismus überleben kann, muss er in der Lage sein, Energie aus einer Energiequelle zu gewinnen. Die Fermentation ist eine Möglichkeit, diese Energie zu gewinnen, genau wie die Atmung (die von Pflanzen und Tieren genutzt wird). Bakterien und Hefen (z. B. beim Bierbrauen) nutzen die Gärung häufig als Energiequelle.
Es gibt verschiedene Arten der Gärung, die Milchsäuregärung ist eine Art, bei der Milchsäure als Ergebnis des Gärungsprozesses gebildet wird. Zucker, zum Beispiel Laktose oder Glukose, werden vergoren, dabei wird Energie freigesetzt und es entsteht Milchsäure. Die Milchsäuregärung benötigt keinen Sauerstoff, um stattzufinden.
Die Milchsäuregärung findet nicht nur bei Bakterien statt, sondern auch beim Menschen! Wenn Sie ausgiebig Sport getrieben haben und spüren, dass Ihre Muskeln „sauer“ werden, werden sie buchstäblich sauer. Es gibt nicht mehr genug Sauerstoff und Ihr Körper hat sich darauf verlegt, die Milchsäuregärung zu nutzen, um Ihnen die zusätzliche Energie zu geben.
Milchsäurebakterien
Viele verschiedene Bakterien nutzen die Milchsäuregärung, um Zucker in Milchsäure umzuwandeln, die meisten von ihnen fallen unter die passend benannte Gruppe der Milchsäurebakterien. Innerhalb dieser Gruppe gibt es wiederum mehrere Arten, zum Beispiel Lactobacillus, Leuconostoc oder Lactococcus. Die Bakterien können Lebensmitteln absichtlich zur Milchsäuregärung zugesetzt werden, kommen aber auch natürlich in vielen Bereichen vor, unter anderem im menschlichen Körper und auf den meisten Pflanzen.
Die verschiedenen Milchsäurebakterien haben unterschiedliche optimale Lebensbedingungen. Einige können bei Temperaturen bis zu 0°C wachsen, während andere bei 10°C aufhören zu wachsen.
Milchsäure
Milchsäure ist eine Säure, was bedeutet, dass sie den pH-Wert einer Flüssigkeit senkt, Sie können die Struktur unten sehen. Die -COOH-Gruppe auf der rechten Seite des Moleküls ist das, was Milchsäure zu einer Säure macht. Das Proton (H+) dieser Gruppe verlässt die Gruppe ganz leicht, um sich in das restliche Wasser um sie herum zu setzen. Dadurch erhöht sich die Konzentration der Protonen, was zu einer Senkung des pH-Wertes führt (mehr dazu hier).
Die Milchsäuregärungsreaktion
Es gibt verschiedene Arten von Milchsäurebakterien und es gibt auch verschiedene Arten, wie sie Zucker in Milchsäure umwandeln. Auch hängt es von den Zuckerarten ab, die den Bakterien zur Verfügung stehen, wie die Reaktion abläuft. Der einfachste, am häufigsten beschriebene Mechanismus ist der, der mit Glukose als Energiequelle beginnt.
Glukose kann über zwei Hauptwege zu Milchsäure vergoren werden: homofermentativ & heterofermentativ. Wir werden die Wege hier vereinfachen, in Wirklichkeit gibt es viel mehr Zwischenschritte innerhalb der Zellen. Außerdem laufen bei den Bakterien noch viele andere Reaktionen ab, während sie bei der Gärung die Energie ernten. Aromamoleküle werden zum Beispiel gebildet und diese Reaktionsmechanismen sind so komplex und abhängig vom Produkt, der Umgebung und den Bakterien, dass es unmöglich ist, hier einen vollständigen Überblick über alle Vorgänge zu geben.
Reaktionsschema 1: Glukose – homofermentativ
Beim homofermentativen Mechanismus der Milchsäuregärung wird 1 Molekül Glukose in 2 Milchsäuremoleküle gespalten. Bei dieser Reaktion wird Energie freigesetzt, die dann von den Bakterien genutzt werden kann. In einem Reaktionsschema sieht das wie folgt aus:
C6H12O6 → 2 C3H6O3
Reaktionsschema 2: Glucose – Heterofermentativ
Nicht alle Milchsäurebakterien sind in der Lage, die Glucose so effizient abzubauen. Stattdessen entsteht neben Milchsäure auch Ethanol:
C6H12O6 → C3H6O3 + C2H6O (Ethanol) + CO2 ; auch hier wird Energie freigesetzt, die von den Bakterien gespeichert wird, aber nur halb so viel wie bei der homofermentativen Reaktion.
Vergärung von größeren Zuckern, Laktose
Aber nicht alle Produkte, in denen die Milchsäuregärung stattfindet, enthalten Glucose. Nehmen Sie zum Beispiel Milch. Der Zucker in der Milch ist Laktose. Laktose ist ein sogenanntes Disacharid und setzt sich aus einem Molekül Glukose und einem Molekül Galaktose zusammen. Wenn die richtigen Milchsäurebakterien verwendet werden, verfügen sie über ein Enzym, das die Laktose in Glukose und Galaktose aufspalten kann. Die Glukose kann dann über einen der oben beschriebenen Wege fermentiert werden. Die Galaktose selbst kann durch eine Reihe von Reaktionen in Glukose umgewandelt und dann ebenfalls fermentiert werden.
Milchsäuregärung in Lebensmitteln
Milchsäuregärung in Lebensmitteln ist manchmal erwünscht, in anderen Fällen jedoch höchst unerwünscht.
Unerwünscht, Verderb
Milchsäurebakterien verursachen den Verderb von Fleisch und auch von Gemüse. Die Produktion der Milchsäure lässt die Produkte sauer und unappetitlich werden. Auf diese Weise sind Milchsäurebakterien ein guter Indikator für Verderb, da sie selbst nicht schädlich sind, sondern uns davor bewahren, etwas zu essen, das verdorben ist und möglicherweise krankheitserregende Mikroorganismen enthält, die man nicht unbedingt schmeckt.
Wünschenswerte Milchsäurebakterien in Lebensmitteln
Bei Joghurt, Essiggurken, Oliven, Sauerkraut, Sauerrahm und Sauerteig wollen wir, dass die Milchsäurebakterien ihre Arbeit tun. Die Milchsäurebakterien helfen, die Lebensmittel zu konservieren. Schauen Sie nur, Joghurt & Sauerrahm ist eine konservierte Form von Milch, und Sauerkaut ist eine konservierte Form von Kohl. Neben der Konservierung bewirken sie auch gewünschte Veränderungen in Geschmack und Textur!