Aufgaben 177 Humanökologie Ohne Mikroorganismen kein Brot Mikroorganismen werden oft mit etwas Schlechtem in Zusammenhang gebracht, zum Beispiel Schimmel oder bakteriellen Krankheiten. Eben hast du jedoch erfahren, dass manche Mikroorganismen Stoffe absondern, die für uns sehr nützlich sein können. Solch ein nützliches Kleinstlebewesen ist die Bäckerhefe (kAbb. 18), die du als Germ kaufen kannst. Die Bäckerhefe besteht aus Zellen mit einem Durchmesser von etwa 5 m. Schaue dir den Punkt am Ende dieses Satzes an. Auf ihn würden etwa 7400 Hefezellen passen! Hefezellen sind zwar klein, aber ungemein wichtig. Ohne Hefe gäbe es kein Brot. Das Getreidekorn ist bei allen Getreidearten ähnlich. Das einzelne Korn besteht aus der Schale, dem Mehlkörper und dem Keimling (kS. 139, Abb. 5). Die äußere Schicht des Korns, die Oberhaut, ist zugleich sein Schutzmantel und hält die Frucht zusammen. Das Weizenkorn besteht aus drei wesentlichen Teilen: Der Frucht- und Samenschale als äußerer Umhüllung, dem Keimling sowie dem Mehlkörper, der ca. 90% des Korngewichts ausmacht. Um Mehl aus Vollkorn zu gewinnen, werden andere Bestandteile des Getreidekorns verwendet als bei der Herstellung von Weißmehl. Vollkornmehl wird aus den Randschichten und dem Keimling des Korns produziert, während Weißmehl ausschließlich aus dem Mehlkörper gewonnen wird. Einen Brotteig erhältst du erst, wenn du dem Mehl Salz und Wasser hinzufügst. Das Salz trägt zum Geschmack des Brotes bei und vermindert die Klebrigkeit des Teiges. Setzt du zu viel Salz ein, wird das Brot allerdings klein und fest. Sowie du Mehl mit Wasser vermischt, werden Amylasen1 aus der ehemaligen Aleuronschicht2 aktiviert. Sie zersetzen die Stärke3 des Mehlkörpers. Dabei entsteht Malzzucker, ein Disaccharid aus zwei Traubenzuckermolekülen. Jetzt kommt die Hefe ins Spiel. Sie spaltet mit dem Enzym Maltase den Malz- in Traubenzucker. Der wiederum wird von anderen Hefeenzymen zu Alkohol und Kohlenstoffdioxid abgebaut. Dabei entstehen Kohlenstoffdioxidbläschen, die den Teig auflockern. Das funktioniert aber nur, wenn diese Bläschen im Teig gebunden werden. Dafür sind die Klebereiweiße (Gluten) zuständig, die ebenfalls im Mehlkörper vorkommen. Weizen und Dinkel enthalten relativ viel Kleber und sind damit gut zum Brotbacken mit Hefe geeignet. Roggenkörner hingegen besitzen wenig Kleber. Dafür enthalten sie das Polysaccharid Pentosan. Bei Wasserkontakt quillt es auf und bindet die Kohlenstoffdioxidbläschen. Damit die Pentosane aufquellen können, muss der Teig einigermaßen sauer sein. Diese Aufgabe übernehmen wiederum Mikroorganismen: Milchsäurebakterien (Laktobazillen). Sie sind etwas kleiner als Hefezellen und wandeln einige der Zucker im Mehl um zu Milchsäure, Essigsäure und Kohlenstoffdioxid. Das Verhältnis von Milch- zu Essigsäure hängt insbesondere von der Temperatur ab, bei der der Teig gärt. Bei höheren Temperaturen (etwa 30 °C) wird mehr Milchsäure gebildet, der Teig schmeckt etwas feiner. Bei Gärtemperaturen von um die 22 °C entsteht mehr Essigsäure, die das Brot saurer schmecken lässt. 1 Amylasen: Stärke-abbauende Enzyme 2 Aleuronschicht: Gewebe um den Mehlkörper, das reich an Enzymen ist 3 Stärke: Riesenmolekül aus mehreren Tausend Traubenzuckermolekülen In Weizen- und Dinkelbrot produzieren Hefezellen Kohlenstoffdioxid für die Lockerheit des Teiges. In Roggenbrot wandeln Milchsäurebakterien Zucker in Säuren um. 5µm Abb.18: Hefezellen vermehren sich durch Knospung. Wenn sich die Tochterzelle gelöst hat, bleibt eine Narbe zurück (Aufnahme mit dem Raster-Elektronenmikroskop, gefärbt). Steuerung und Regelung Die Produktion von Milch- und Essigsäure bei der Brotherstellung hängt dabei von äußeren Faktoren wie Temperatur und Sauerstoffgehalt ab. 1 S Menschen, die unter Zöliakie leiden, müssen sich glutenfrei ernähren. Recherchiere die Symptome von Zöliakie und liste glutenfreie Getreidesorten auf. 2 W Statt Hefe wird heutzutage auch Backpulver zum Backen benutzt. Finde heraus, woraus Backpulver besteht und erkläre, warum es anstelle von Hefe verwendet werden kann. 3 E Für ein Experiment, das nachweisen soll, dass Hefe während des Stoffwechsels Kohlenstoffdioxid produziert, stehen dir folgende Materialien zur Verfügung: Material: Germ (Hefe), Zucker, Wasser, Streichholz Formuliere eine passende Fragestellung sowie eine Hypothese. Entwirf dann ein einfaches Experiment, das die oben genannten Materialien enthalten soll und ergänze bei Bedarf um weitere Materialien. Skizziere den Versuchsaufbau und beschreibe den Ablauf. Führe das Experiment durch, protokolliere die Durchführung und analysiere im Anschluss deine Ergebnisse. (Tipp: Lies dir zuvor nochmals die Methoden in der Praxis, S. 162, durch). Stoff- und Energieumwandlung Während ihres Stoffwechsels wandeln Mikroorganismen Nährstoffe in andere Substanzen um bzw. entstehen unterschiedliche Stoffwechselprodukte. Die Medizin und Lebensmittelherstellung macht sich dies für verschiedene Herstellungsprozesse zunutze. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verla s öbv
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