Part 1 Flashcards
Fermentation?
Fermentation (=Gärung):
Enzymatische Umwandlung organischer Stoffe in Säuren, Alkohol oder Gase (durch Zugabe von Enzymen, Bakterien-, Zell- oder Pilzkulturen
Unterscheidung von Spontangärung & Gärung
• Unterscheidung von Spontangärung (z.B. Kakao, Sauerkraut, Kaffee und Feldröste(um schneiden und am Feld liegen lassen)) und Gärung durch Zugabe von Mikroorganismen (z.B. alkoholische Gärung, Essigsäuregärung und Milchsäuregärung)
zb Spontangärung
Kakao, Sauerkraut, Kaffee und Feldröste(um schneiden und am Feld liegen lassen)
zb Gärung
alkoholische Gärung, Essigsäuregärung und Milchsäuregärung
Spontangärung
Keine Zugabe von Mikroorganismen
Diese sind im Ausgangsprodukt vorhanden oder ansiedeln sich aus der Umgebung
Ist von Umgebungsbedingungen abhängig
Unsterile Prozessführung(Keine direkte Beeinflussung des Fermentationsablaufes)
Fermentationsführung beruht auf empirischen Erfahrungen
Geringer Investitionsbedarf
Ungelerntes Bedienungspersonal
Hohe Gefahr von Fehlproduktionen
Einsatz nur im Low‐Cost‐Bereich
Verarbeitung Kakaofrucht 3 phasen
- Anaerobe Phase
- Aerobe Phase
- Postmortale Phase
Verarbeitung Kakaofrucht
• 1. Anaerobe Phase
Zucker + Hefe –> Ethanol + Kohlendioxid
• 2. Aerobe Phase
Ethanol + Essigsäurebakterien –> Essigsäure (das Fruchtmus wird flüssig und läuft ab–> mehr Luft dringt ein, durch Fruchtfliegen - Befall mit Essigsäurebakterien, oxidieren den Alkohol zu Essigsäure)
• 3. Postmortale Phase
Proteine+ Proteinase –> Aminosäuren + Peptide Umwandlung von Kakaosamen zu Kakaobohnen (Trocknen der Rohkakaobohnen in der Sonne: Gewichtsreduktion, Entstehung der ersten Aromastoffe, Verschiffung zur Weiterverarbeitung, Röstung der Rohkakaobohnen bei 90‐125°C - 10‐35 Minuten, Entwicklung des eigentlichen Kakaoaromas, Entstehung des Schokoladenbraun aus den rötlichen Bohnen)
• Faserpflanzen: durch Feldröste –> z.B. Anwendung: Vlies ,Filz, Dämmstoffe
Fermentation unter Zugabe von Mikroorganismen
- Mikroorganismen in den Ausgangsprodukten werden vor dem Fermentationsprozess abgetötet
- Zugabe von Mikroorganismen als Reinkultur (dazugefügte Keime –> Auto Konservierung)
- Fremdkeimarme Prozessführung
- Das Wachstum der zugesetzten Mikroorganismen hat autokonservierende Wirkung (selbständige Konservierung z.B Apfelessig, Alkohol)
- Der Fermentationsablauf kann empirisch beeinflusst werden
- Investitionsbedarf: mittel bis hoch
- Bedienungspersonal: gelerntes Fachpersonal
- Einsatz nur im Bereich von Massenproduktionen
•
alkoholische Gärung (Bier, Wein, Hefeteig), Milchsäuregärung (Käse, Joghurt, Gemüse), Essigsäuregärung (Speiseessig) (Sekundäre Stoffwechselprodukte: weiter verstoffwechselte Produkte durch Zugabe von Stoffen)
Primäre Stoffwechselprodukte:
alkoholische Gärung
Milchsäuregärung
Essigsäuregärung
beispiele
•Primäre Stoffwechselprodukte:
alkoholische Gärung (Bier, Wein, Hefeteig),
Milchsäuregärung (Käse, Joghurt, Gemüse),
Essigsäuregärung (Speiseessig)
(Sekundäre Stoffwechselprodukte: weiter verstoffwechselte Produkte durch Zugabe von Stoffen)
Bier-Rohstoffe
1.
Gerste:
zweizeilige Sommergerste(Malz= Gerste + Wasser)
2.
Hefe:
einzelliger Schlauchpilz, Vermehrung asexuell –> Sprossung
Sexuell über Ascusbildung und Sporenproduktion
- obergärig (bildet Zellverbände mit CO2- Einschlüssen, bei 15-20 C°),
- untergärig (Zellen setzen sich nach der Gärung ab, bei 4-9 C°) (abhängig von Prozess von Hefe)
3. Hopfen: (für die Haltbarkeit: Oxidation verhindert durch braune Flasche–> verstärkte Haltbarkeit)
obergärig
untergärig
- obergärig (bildet Zellverbände mit CO2- Einschlüssen, bei 15-20 C°),
- untergärig (Zellen setzen sich nach der Gärung ab, bei 4-9 C°) (abhängig von Prozess von Hefe)
3 Arten der Energiegewinnung
Atmung
(aerobe; 38 ATP aus einer Glukose)
Gärung
(anaerobe; 1-4 ATP, am einfachsten aber auchineffizientesten)
- Photosynthese
• Energiegewinnung über Atmungskette vielfach effizienter aerobes Zellwachstum deutlich schneller
• anaerob werden Kohlenhydrate zu CO2 und Ethanol
(Zucker) C6H12O6 –> 2CO2+ 2C 2 H 5 OH (Ethanol)
• Hefe ist fakultativ(frei wählend) anaerob
(Streng anaerobe Keimen streben, wenn O2 dazukommt/ streng aerobe Keime streben kein O2 mehr vorhanden
• anaerob
reaktionsgleichung
•
anaerob werden Kohlenhydrate zu CO2 und Ethanol
(Zucker) C6H12O6 –> 2CO2+ 2C 2 H 5 OH (Ethanol)
Bierbrauen
Mälzen(Malzherstellung):
- einweichen der Gerste in alkalischem Wasser (12-15C°) Aktivierung und Bildung von Enzymen(zum keimen gebracht)
- 5 tägige Keimung im Keimkasten bei kontrollierter Luft- und Wasserzufuhr, steigende Aktivitäten von Amylase, Protease, Hemicellulase, Phosphatase (Biokatalysatoren: spalten)
- Umwandlung von Stärke in Grünmalz durch Amylase
Darren:
• Keimung stoppen und Trocknen mit Heißluft, 75-80C°–> helles Malz,
105-120C°–> dunkles Malz
- Entfernung von Wurzel- und Blattkeim
- Lagerung, 100kg Gerste–>80kg Malz (20% Abfall)
- Stammwürze (wie viel Alkoholgehalt vorhanden ist) –>1° = 1g Extrakt in 100g
Gärung:
Zusatz von Hefe, obergäriges Bier 2-3 Tage, untergäriges Bier 7-8 Tage, Abziehen der Überschusshefe, Umpumpen in Lagertanks, mehrwöchige Nachgärung und Reifung bei 1C° im Drucktank, Anreicherung mit CO2, Absetzen von Resthefe und Proteinen –>Klärung
Bierbrauen
Mälzen(Malzherstellung):
- einweichen der Gerste in alkalischem Wasser (12-15C°) Aktivierung und Bildung von Enzymen(zum keimen gebracht)
- 5 tägige Keimung im Keimkasten bei kontrollierter Luft- und Wasserzufuhr, steigende Aktivitäten von Amylase, Protease, Hemicellulase, Phosphatase (Biokatalysatoren: spalten)
- Umwandlung von Stärke in Grünmalz durch Amylase
Bierbrauen
Darren:
• Keimung stoppen und Trocknen mit Heißluft, 75-80C°–> helles Malz,
105-120C°–> dunkles Malz
- Entfernung von Wurzel- und Blattkeim
- Lagerung, 100kg Gerste–>80kg Malz (20% Abfall)
- Stammwürze (wie viel Alkoholgehalt vorhanden ist) –>1° = 1g Extrakt in 100g
Bierbrauen
Gärung:
Zusatz von Hefe, obergäriges Bier 2-3 Tage, untergäriges Bier 7-8 Tage, Abziehen der Überschusshefe, Umpumpen in Lagertanks, mehrwöchige Nachgärung und Reifung bei 1C° im Drucktank, Anreicherung mit CO2, Absetzen von Resthefe und Proteinen –>Klärung
Wein Schaumwein Cidre Sake Whiskey Wodka
- Wein = Traubensaft + Hefe vergären
- Schaumwein = Wein + Zucker + Hefe und nachvergären
- Cidre = Apfelsaft+ Hefe vergären
- Sake = Reis-Stärke + Aspergillus Niger + Zucker + Hefe vergären
- Whiskey = Extrakt von Gerste, Weizen, Mais oder Roggen vergären + destillieren
- Wodka = Extrakt von Kartoffeln/ Weizen vergären + destillieren
Milchsäuregärung
- Rohmilch/ Vorzugsmilch: Filtrieren, 2-3 Tage haltbar
- Frischmilch: Pasteurisierung bei 72-75C°, 15-30 sec, 10% Vitaminverlust, 6-10 Tage ungeöffnet haltbar
- Länger haltbare Frischmilch: Pasteurisierung bei 123-127 C° oder Trennung von Rahm und Magermilch, Mikrofiltrierung, Rahm erhitzen und wieder vermischen, Vitaminverlust ca. 20-30%, bis zu 3 Wochen
- Ultrahocherhitzte Milch: mind. 135 C°, 2-4 sec, Vitaminverlust ca. 20%, 6-8 Wochen haltbar
Joghurtherstellung
- Standardisierte Milch wird auf ca. 60 C° erhitzt
- mit Starterkulturen (1-3%) beimpfen
- bebrüten bei ca. 45C°- 2,5- 3 Stunden und ca. 4.6 pH
- mischen
- verpacken
Käseherstellung
- Milch + Starterkultur + Lab (Enzyme : früher vom Kalbmagen gewonnen)
- Schneiden des Bruchs
- Absetzen des Bruchs (trennen von Molke)
- Abfüllen + Pressen des Bruchs
- Salzbad
- Heiz- und Lagerkeller –> Reifung
Essigsäure
- 5-15% Essigsäure im Speiseessig
- Saurer Geschmack, typischer Geruch
- Gutes Lösungsmittel für pflanzliche Naturstoffe
- Herstellung durch aerobe Oxidation von Entanol
- C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O
- Organismen: Acetobacter aceti und Acetobacter peroxidans
Ernährung und Nachhaltigkeit
- 20% der Treibhausgase durch Nahrungsmittelproduktion verursacht
- 45% davon tierische Lebensmittel
Louis Pasteur Postulate
- Gärung ist das Resultat der Aktivität lebender Mikroorganismen
- Jede Form der Gärung kann auf einen spezifischen Mikroorganismus zurückgeführt werden
- Das gärende Medium liefert dem Mikroorganismus Nährstoffe
- Das gärende Medium kann die Entwicklung eines Mikroorganismus fördern oder behindern (Autokonservierung
- Verschiedene Mikroorganismen konkurrieren um die Nährstoffe in einem Medium
- Normale Luft ist die Quelle der Mikroorganismen, die eine Gärung auslösen
- Durch „Aussäen“ können Mikroorganismen isoliert und gereinigt werden
Führte den Begriff Bakterium ein (im Wein)
Entdeckte Erhitzen als Methode zum abtöten
Alexander Flemming
Alexander Flemming (1881-1955):Entdeckung des Penicillins und erste Strukturaufklärung eines Enzyms (Lysozym)
- Erkältung-Nasenschleim + Bakterienkultur Entdeckung Lysozym (erstes Enzym, dessen räumliche Struktur aufgeklärt wurde)
- Entdeckung Penicillin: Rund um Schimmelpilzkultur in einer Petrischale Bakterienfreie Zone („Hemmhof“
Eduard Buchner (1860- 1917)
• Eduard Buchner (1860- 1917): Entdeckung zellfreier Gärung
Robert Koch (1843- 1910):
• Robert Koch (1843- 1910): Entdecker des Tuberculoseerregers, Koch‘sches Plattengussverfahren,
Theodor Escherich (1957-1911):
• Theodor Escherich (1957-1911): Escherichia Coli (wichtigestes Bakt. Für biotech)
Watson und Crick
- Watson und Crick: 1953 DNA Strukturaufklärung
* 1961-66: Aufklärung des genetischen Codes
Geschichte DNA
- Watson und Crick: 1953 DNA Strukturaufklärung
- 1961-66: Aufklärung des genetischen Codes
- 1962 Werner Arber entdeckt die Restriktionsenzyme
- Großtechn. Produktion von Insulin in rekombinanten Bakt. 1982
- 1983 Erste transgene Pflanzen
- Polymerase Kettenreaktion 1985
- Start des Human Genom Projekts 1990
- 1986 Erster Freilandversuch transgener Tabak
- 1997 Sequenzierung des Genoms von E. coli
- Entzifferung des menschlichen Erbguts abgeschlossen 2
