Hefen in der Lebensmitteltechnologie

Großpraktikum
Lebensmittelmikrobiologie
Titel:
Hefen in der Lebensmitteltechnologie
Mario Jekle
29.04.2005
Betreuer: Dr.rer.nat. Gudrun Wolf
Hefen in der Lebensmitteltechnologie
Laktosefreie
und –reduzierte Milchprodukte
Inhalt
1)
Die Hefe
2)
Bäckerhefe
3)
Bierhefe
4)
Weinhefe
5)
weitere Anwendungen
6)
Lebensmittelverderb durch Hefen
Hefen in der Lebensmitteltechnologie
Laktosefreie
und –reduzierte Milchprodukte
Die Hefe
Allgemeines
• große Bedeutung in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie und
Biotechnologie
• wichtiger Modellkörper in der Biologie
• aber auch Verderber von Nahrungsmitteln und Erreger von
Mykosen (Hautpilzen)
Zuordnung und Erscheinung
• Zugehörigkeit der Hefepilze (Saccharomycetaceae)
zur Familie der Schlauchpilze
• überwiegend einzellig wachsende Pilze
• Durchmesser zwischen 5 und 10 µm
Abb.1: Hefekultur
Wachstum
• fakultativ anaerob
Hefen in der Lebensmitteltechnologie
Laktosefreie
und –reduzierte Milchprodukte
Die Hefe - Vermehrung
vegetative Vermehrung
• durch Sprossung, Knospung
• teils auch Querteilung oder
Ausbildung von Tochterzellen an
kurzen Stielen
sexuelle Vermehrung
• nach Reduktionsteilung der
diploiden Zelle:
Bildung eines Ascus mit den
haploiden Ascosporen
• Kopulation der Ascosporen =>
nach Karyogamie Entstehung einer
diploiden Zygote
rein vegetative Vermehrung => Zuordnung zu Fungi imperfecti
Abb.2: Sexuelle und
asexuelle Vermehrung
von Hefe
Hefen in der Lebensmitteltechnologie
Laktosefreie
und –reduzierte Milchprodukte
Die Hefe - Stoffwechsel
•
•
Polysaccharide nur von wenigen Hefen verwertbar
Verbindungen, die nur veramtet werden können:
Zuckeralkohole (Glycerin), Sorbit, org. Säuren (Milch-, Bernstein-,
Zitronensäure), aliphatische Alkohole (Methanol, Ethanol), CHs, Aromate
(Phenol)
•
•
•
•
•
Gewinnung von Lipiden aus Hefen
Herstellung von Glycerin
Bildung von höheren Alkoholen
Pigmentbildung (zB Carotinoide)
N-Quellen: Harnstoff, Ammonium
Hefen in der Lebensmitteltechnologie
Laktosefreie
und –reduzierte Milchprodukte
Die Bäckerhefe
•
•
•
seit über 2000 Jahren verwendet
Weltproduktion etwa 2,5 Mio t/a
Pro Kopf Verzehr von ca. 2 kg
•
Bäckerhefe isoliert aus obergärigen Stämmen
von Saccharomyces cerevisiae
•
Merkmale:
starke CO2-Bildung, Hitzebeständigkeit, gute Haltbarkeit,
langsames Wachstum, geringes Maß an Kleber-zerstörenden
Enzymen
•
Ziel:
Umsetzung des vergärbaren Zuckers zu CO2 und Ethanol unter
aeroben Bedingungen
=> Aufgehen des Teiges bzw. Lockerung von Backwaren (v.a.
Weizen- und Weizenmischbrote)
Abb.3: Backhefe
Hefen in der Lebensmitteltechnologie
Laktosefreie
und –reduzierte Milchprodukte
Die Bäckerhefe
•
•
Gewinnung:
Selektion bestimmter Heferassen bzw. derer
Eigenschaften und anschließende Vermehrung
der Zellen
=>Reinzuchthefen
(industrielle Vermehrung auf Nährböden aus Melasse
und diversen Zusatzstoffen)
Handelsformen für Bäckerhefe:
Flüssighefe (für Großbäckereien), Presshefe ,
Aktive Trockenhefe
Abb.4: Backhefe
Hefen in der Lebensmitteltechnologie
Laktosefreie
und –reduzierte Milchprodukte
Die Bierhefe
•
Maltose -> Ethanol, CO2, Energie
untergärige Hefen
– setzt sich am Gärbottich ab
– Gärdauer 8 bis 10 Tage
– Temperaturoptimum: 4-9°C
Saccharomyces carlsbergensis
Abb.3: Backhefe
Abb.5:
Saccharomyces carlsbergensis
obergärige Hefen
–
–
–
–
–
im Verlauf des Gärprozesses Bildung von Sprossverbände
setzt sich oben ab
Fehlen des Enzyms Melibiase
Gärdauer 4 bis 6 Tage
Temperaturoptimum: 15-20°C
Saccharomyces cerevisiae
•
Die Bierhefe ist nach Reinigung wieder verwendbar
Abb.6:
Saccharomyces cerevisiae
Hefen in der Lebensmitteltechnologie
Laktosefreie
und –reduzierte Milchprodukte
Die Bierhefe
•
je nach gewählter Hefesorte Unterscheidung in:
– untergäriges Bier
(helles/ dunkles Lager, Export, Pils, Märzen)
– obergäriges Bier
(Weiß- oder Weizenbier, Roggen- oder
Dinkelbier, regionale Sorten wie Kölsch oder Altbier)
•
Waschen der Hefe nach jedem Gärvorgang (der Brauer
spricht von "Führung") und kühle Aufbewahrung
•
Durch die vegetative Weitervermehrung des Hefepilzes
v.a. bei untergärigen Hefen Gefahr einer Degeneration
und Infektion.
=> Austausch der untergärigen Hefe nach 5 bis 7
Führungen
Abb.7: Bier
Hefen in der Lebensmitteltechnologie
Laktosefreie
und –reduzierte Milchprodukte
Die Weinhefe
•
•
•
•
•
•
•
wilde Weinhefe:
Saccharomyces ellipsoides
Heute häufig Verwendung von Zuchthefen
=> kalkulierbares Verhalten
z.T. starke Unterschiede der Weinheferassen der Art
Saccharomyces ellipsoides in Bezug auf Gärvermögen
und Aromabildung
Bildung von Aromakomponenten, wie Acetaldehyd,
Glycerol, Aldehyde, Ketone, Ester
Absterben der Weinhefen erst bei einem Alkoholgehalt
von etwa 12%, teils erst 17%
Zusätzlich spezielle Hefen für die hochprozentige Gärung
von Sherry oder Portwein: Kloeckera oder Hansenula
Hefe-Schnaps aus restlichem Bodensatz, der bei der
Weingärung übrig bleibt
Abb.8: Weinfass
Hefen in der Lebensmitteltechnologie
Laktosefreie
und –reduzierte Milchprodukte
weitere Anwendungen
•
Torulahefe
- Züchtung auf bei Herstellung von Zellstoff anfallenden
Sulfitablaugen;
- Gärwirkung verhältnismäßig gering;
- für biologische Eiweißsynthese von Bedeutung
• Futterhefe
- Vermehrung auf industriellen Nebenprodukten (zB Molke)
z.B. Nahrungsergänzung für Sportpferde
Abb.9: Futterhefe
• Asiatische Hefen
- in Sake: Saccharomyces sake
- Soja-Soße
• Hefen in der Biotechnologie
Bsp: Herstellung von Chymosin durch Kluyveromyces lactis
durch Rekombinationstechnik mit sog. Plasmidvektoren
- Vorteil von Gärungshefen in der Biotechnologie:
GRAS Status
Hefen in der Lebensmitteltechnologie
Laktosefreie
und –reduzierte Milchprodukte
Lebensmittelverderb durch Hefen
•
Problem
Abbau der zum Schutz der LM zugesetzten Säuren und
teils sogar Konservierungsstoffe
• keine LMvergiftung durch Wachstum von Hefen
• Bekannte Verderbsorganismen
– osmophile bzw. osmotolerante Hefen:
Zygosaccharomyces rouxii, Z. mellis
– halophile bzw. halotolerante Hefen:
Hansenula subpelliculosa, Candida krusei
– mit Früchten assoziierte Hefen:
Saccharomyces, Torulopsis cantarellii
– in CO2-haltigen Getränken:
Brettanomyces abstinens
– stärkehaltige Produkte:
Endomyces fibuligera
•
kaum Verderb von Fetten und Ölen
Abb.3: Backhefe