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Unter einer Gärung
versteht man die Umwandlung von organischen Stoffen durch Enzyme oder Mikroorganismen.
Dabei wandeln sich die Stoffe zu Verbindungen mit einfacherem Molekülbau
um. Es existieren verschiedene Gärungsformen, die nach dem entstehenden
Produkt benannt werden. Die Gärung ist wie die Atmung ein Stoffwechselvorgang,
der Energie frei setzt. Im Gegensatz zur Atmung werden die Kohlenhydrate
jedoch nicht vollständig zu Wasser und Kohlenstoffdioxid abgebaut.
Im menschlichen Darm vergären spezielle Bakterien die unverdauten
Kohlenhydrate. Die dabei entstehenden Gase, z.B. Schwefelwasserstoff
und Kohlenstoffdioxid, können Blähungen
und Schmerzen verursachen. Auch die
Erzeugung von Biogas durch Methanbakterien ist
ein Gärungsprozess.
 Alkoholische Gärung Das Prinzip der Herstellung von trinkbarem Alkohol ist schon seit dem Altertum bekannt. Die alkoholische Gärung findet überall in der Natur statt, wenn aufgeplatztes Obst oder süße Säfte bestimmten Bedingungen ausgesetzt werden. Bei technischen Prozessen muss das Ausgangsmaterial oft zuerst verzuckert werden. Bei der Bierherstellung werden Gerstenkörner zunächst einer Quellung und Keimung ausgesetzt. Vorhandene Enzyme (Amylasen) wandeln dabei die Stärke in Zucker um. Auf diese Weise erhält man das zuckerhaltige Malz, das die Bierhefen vergären kann.  Die Vergärung von Zuckern (Glucose, Fructose, Maltose) zu Ethanol wird von Hefepilzen und Hefeenzymen gesteuert. Diese kommen praktisch überall in der Luft vor. Bei der Bierherstellung werden sie zusätzlich hinzugefügt. Gärungen können bei unterschiedlichen Temperaturen stattfinden. Vereinfacht lässt sich die alkoholische Vergärung von Traubenzucker mit Hilfe der Hefepilze so darstellen: Glucose 
Ethanol + Kohlenstoffdioxid
C6H12O6
2 C2H5OH +
2 CO2 DH
= -105kJ/mol
Das entstehende Ethanol ist ein Produkt einer relativ komplizierten chemischen Reaktion mit zahlreichen Zwischenschritten. Zunächst wird der Traubenzucker in zehn verschiedenen Schritten zu Brenztraubensäure umgewandelt. Diese reagiert unter Abspaltung von Kohlenstoffdioxid wieder in mehreren Zwischenschritten zu Ethanal, das dann schließlich zu Ethanol reduziert wird:  Das entstehende Kohlenstoffdioxid bewirkt ein Aufschäumen während der Gärung. Bei der Bierherstellung verfärbt sich dieser Schaum durch Verunreinigungen nach und nach bräunlich. Danach unterzieht man das Produkt noch einer Nachgärung, die bis zu 4 Monaten dauern kann, während die Hauptgärung nach 8-10 Tagen abgeschlossen ist. Bei obergärigen Bieren findet die Gärung bei 12-15°C statt, bei untergärigen Bieren bei 5-10°C.  Bei der Weinherstellung werden die Trauben zunächst zu einem Brei zerquetscht. Man erhält eine "Maische", die je nach Weinsorte gepresst oder von den Hülsen und Schalen befreit wird. Der gepresste Traubensaft wird als "Most" bezeichnet. Er gelangt in großen Behältern zur Gärung. Die meist metallenen Behälter sind oben luftdicht mit einem wassergefüllten Gährrohr verschlossen, so dass das entstehende Kohlenstoffdioxid entweichen kann. Nach der Haupt- und der Nachgärung wird der entstandene Wein von der Maische abgetrennt und nach einer Schwefelung für längere Zeit unter Luftabschluss bei 10-15°C gelagert. Bei dieser "Kellerbehandlung" entwickelt der Wein sein erwünschtes Aroma. Die Menge an gebildetem Ethanol hängt vom Zuckergehalt der Ausgangslösung und von der Alkoholkonzentration ab, die die Hefeenzyme gerade noch ertragen können, ohne die Gärung einzustellen. Daher können Biere mit einem Alkoholgehalt von mehr als 6 Volumenprozent und Weine mit mehr als 16% Alkohol nicht mehr durch Gärung hergestellt werden. Eine Konzentration des Alkohols, z.B. bei der Herstellung eines Weinbrandes, erhält man durch Destillation. Milchsäuregärung Seit der Mensch sich mit Milch von Haustieren ernährt, verwendet er die Milchsäuregärung zur Herstellung von Milchsäure, bzw. saurer Milch und deren Produkten. Bekannte Beispiele sind Joghurtprodukte und Sauerkraut. In der Milch kommen Milchsäurebakterien vor, die unter dem Mikroskop ihre Form erkennen lassen: Es sind kugelförmige Kokken oder dünne Stäbchen mit einer Größe von 0,5-0,8µm. Sie sind nicht zur Atmung fähig, und sie leben anaerob, d.h. ohne Sauerstoff. Sie sterben aber nicht ab, auch wenn sie mal dem Sauerstoff ausgesetzt werden. In reinem Zucker vermehren sich Milchsäurebakterien nicht, sie benötigen dafür die Zufuhr von Vitaminen und Aminosäuren. Sie kommen in der Milch und Milchprodukten vor, sowie auf Pflanzen, im Darm und in den Schleimhäuten des Menschen. Der Prozess der Milchsäuregärung entspricht den Schritten der alkoholischen Gärung bis zur Brenztraubensäure. Milchsäurebakterien besitzen das Enzym Pyruvatdecarboxylase nicht. Der zuvor angefallene Wasserstoff reagiert mit Hilfe von NAD (Nicotinamid-adenin-dinucleotid) mit der Brenztraubensäure, die sich dabei zu Milchsäure umwandelt:  Manche Bakterien erzeugen die optisch rechtsdrehende L(+)-Milchsäure, andere dagegen nur die linksdrehende D(-)-Milchsäure. In der Regel erhält man jedoch ein Gemisch beider Milchsäuren, das als Racemat bezeichnet wird (Näheres unter >Milchsäure). Durch den gezielten Einsatz von Milchsäurebakterien erhält man Buttermilch, saure Sahne, Sauerrahmbutter, Dickmilch und Joghurt.  Sauerteig Bei den flachen Fladenbroten wird der Teig ohne vorhergehende Gärung zu flachen Formen geformt und gebacken. Im Gegensatz dazu bilden bei Sauerteigen Milchsäurebakterien während des "Gehen-lassens" des Teigs aus verzuckerter Stärke Milchsäure (auch geringe Mengen an Essigsäure und Ethanol). Das dabei entstehende Kohlenstoffdioxid lässt den Teig aufquellen. In einem gut gehenden Teig werden pro Kilogramm Teigmasse 3,5 Liter Kohlenstoffdioxid gebildet. Durch verschiedene Zusätze (Milch, Zucker, Öl) versucht man, ein Brot mit bestimmten Eigenschaften herzustellen. Dieses zielgerichtete Vorgehen bei einer Gärung wird als Fermentation bezeichnet. Während des Brotbackens entweichen die flüchtigen Bestandteile wie Ethanol und Kohlenstoffdioxid und lassen den Teig weiter aufquellen, so dass man die gewünscht Porösität des Brotes erreicht. Durch die Hitze bilden sich die typischen Brot-Aromastoffe. Dabei wird auch ein großer Teil der Stärke in Zucker umgewandelt, der unter der Hitze teilweise karamelisiert und die braune Rinde ausbildet. |
