Mikrobenzirkus

Gesund mit Mikroben leben


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Mikroben-Party im Kühlschrank

Schön, dass ich bei dem Eisregen draußen hier drinnen sitzen und einen Blogartikel schreiben darf. Wer weiß schon genau, ob mich die Kälte oder die letzten Feiertage mit gutem Essen dazu inspirierten – heute soll es jedenfalls um den Kühlschrank gehen. Er darf natürlich als treuer Begleiter alle Köche und Gourmets in keiner Küche fehlen.

Aber habt ihr euch eigentlich mal genauer überlegt, warum wir ihn haben? Richtig! Er soll unsere Lebensmittel länger vor dem Verderben und Verschimmeln retten und dafür die Zahl der, immer hungrigen und gefrässigen, Bakterien und Pilze schön klein halten. Letztendlich haben wir ihn – wie auch den Tiefkühler, die Geschirrspülmaschine oder unsere Waschmaschine den Mikroben zu verdanken. Aber wie haben das unsere Vorfahren eigentlich mit dem Kühlen hinbekommen? Ein kurzer Rückblick in die Geschichte gefällig?

Wie alles begann: Die Geschichte des Kühlschranks

In der Zeit der Jäger und Sammler war das noch recht unkompliziert. Alle Nahrung, die Man(n) jagte oder Frau gesammelt hatte, wurde gleich verzehrt. Anspruchsvoller wurde es, als unsere Vorfahren sesshaft wurden. Wie konnte man Vorräte länger haltbar machen? In der Antike holten sich die cleveren Alpenbewohner einfach dazu Eisblöcke von den Bergen ins Haus. Auch Erdlöcher im Boden oder ein naheliegender See oder Teich wurden gern genutzt. Wer nicht gerade einen Gletscher in der Nähe hatte, musste schon etwas kreativer werden. Lange musste sich man sich mit anderen Konservierungsmethoden begnügen. Da wurde gepökelt, eingekocht, getrocknet und geräuchert. Ein beliebter Ort, um sich einen Lebensmittelvorrat in Tongefäßen oder Holzfässern zu halten, war der Keller unter dem Haus.

„Mit Eis stopf‘ deine Keller voll, wenn dein Bier gelingen soll!“
Bayerischer Brauer- und Mälzerkalender,  Januar 1880

Im 19. Jahrhundert entwickelte sich in den europäischen Großstädten ein richtiger Handel mit dem Eisblock. Aus Eisfabriken wurden riesige Eistangen in die großbürgerlichen Haushalte geliefert. Sie wurden in speziell dafür mit Dämmstoffen und Holz ausgerüstete Kisten gestellt. Die frischen Lebensmittel lagerte man einfach in deren Mitte. Noch heute werden in einigen deutschsprachigen Regionen die Kühlschränke deshalb als „Eisschränke“ oder „Eiskisten“ bezeichnet. Noch bis vor 50 Jahren wurde Stangeneis in Restaurants zur Getränkekühlung benutzt. Es wurde vom Eismann in einem Kühlhaus oder Eiskeller aufbewahrt, im Sommer ausgeliefert und auf Geschäfte und Haushalte verteilt.

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Eisschrank, Stuttgart um 1900 (Quelle: gemeinfrei)

Schon im Jahre 1748 stellte William Cullen die erste künstliche Kühlung an der Universität in Glasgow vor. Der erste chemische Kühlschrank wurde bereits 1834 kommerziell vermarktet und später (1859) durch Ferdinand Carré weiterentwickelt. Das war aber alles noch sehr teuer für den Normalbürger.

Erst durch einen elementaren Beitrag von Carl von Linde wurde 1876 eine technisch –chemische Kältemaschine, der Vorläufer des uns heute bekannten Kühlschranks, entwickelt. Das revolutionierte die privaten Haushalte. In den 1920er Jahren war der Kühlschrank in den USA schon ein Verkaufsschlager. Die Europäer setzten weiterhin noch auf ihre kühlen Aufbewahrungsorte. Der Kühlschrank feierte in Deutschland erst in den 1950er Jahren Erfolge, verzögert durch den Zweiten Weltkrieg.
Ab jetzt änderte sich die Hausarbeit nachhaltig. Tägliches Einkaufen war nicht mehr nötig. Bis dato war die meistverzehrteste Fleischsorte durchwachsender und gepökelter Speck. Jetzt veränderte der Kühlschrank den ganzen Speiseplan: Würstchen, exotisches Obst, kalte Platten, Buttercreme, Eier und Mayonnaise wurden in den 1960er Jahren immer beliebter.

Ökologische Nische Kühlschrank

Wer nun aber denkt, mit der Entwicklung des Kühlschranks wurde den Mikroben der Garaus gemacht – der irrt. Kälte killt keine Keime!
Der Kühlschrank ist nicht nur bei uns Zweibeinern der beliebteste und meistfrequentierte Ort in der Küche. Im Kühlschrank tummeln sich mehr als 11,4 Millionen Keime pro Quadratzentimeter – das fanden US-Forscher bereits vor Jahren heraus. Auf Toilettensitzen – die Bakterien zu trocken, zu kalt und zu gut geputzt sind – fanden sie im Gegenzug nur etwa 100 Erreger pro Quadratzentimeter.

„Wer Angst vor der Klobrille hat, sollte nichts mehr aus dem Kühlschrank essen“. Bonmot unter Hygienikern

Mikroorganismen sind sehr anpassungsfähig und besiedeln jede verfügbare Nahrungsquelle. Und da gibt es im Kühlschrank freie Lebensmittelauswahl: hier ein angeschimmelter Joghurt, dort ein vergessener Käse und im Gemüsefach ein in sich zusammenfallender Salat. Offene Milchquellen sind für Bakterien jedes Mal gleichzusetzten mit einer neuen Wohnung. Kommen noch ein paar Krümel und neue offen gelagerte Speisen dazu, komplettiert das den „All inclusive-Urlaub“.

Ganz heimtückische Gesellen im Kühlschrank sind zum Beispiel die kälteliebenden Listerien oder Yersinien, die sich auch problemlos bei Temperaturen unter der Null-Grenze vermehren und Magen-Darmerkrankungen oder Fieber beim immungeschwächten Menschen verursachen können.

Krankheitserreger wie Salmonellen oder Campylobacter überstehen auf rohem Fleisch z.B. auftauendes Tiefkühlhähnchen locker 2-3 Tage in einem typischen Studentenkühlschrank, in dem sich Flaschennahrung und Fertigpizza in großen Zeitzyklen abwechseln. Durch die Kälte sterben die Keime nicht ab, sondern wachsen nur langsamer. Wenn es dann wärmer wird, vermehren sie sich mit rasender Geschwindigkeit. Das Hauptproblem in den Kühlgeräten sind oft die mit über 8 Grad zu hoch eingestellten Temperaturen. Dieses Klima ist ein idealer Nährboden für Viren und Bakterien. Optimal laut TÜV sind für Lebensmittel 5 Grad.

Antibakterielle Oberflächen sind für Bakterien eher ein Witz und werden auch von den Gesundheitsämtern immer wieder angezweifelt.Besonders beliebt bei Bakterie & Co sind übrigens die Fächer, wo die Temperaturen etwas höher sind – die Gemüsefächer. Das enthüllte letztens eine südkoreanische Studie. Hier ist die Artenvielfalt ebenfalls höher als auf dem immer gerne zum Vergleich herangezogenen Toilettensitz. Deshalb sollte ungewaschenes Gemüse am besten auch immer verpackt in den Kühlschrank gelegt werden und das Fach regelmäßig ausgewischt werden.
Das ist auch die Haupthygieneregel im Kühlschrank zum Mitnehmen: Nichts offen lagern. Plastikdosen, Schraubgläser oder Folienhüte machen Keimen die Wanderung schwerer. Und abgelaufene oder verschimmelte Lebensmittel braucht man auch nicht weiter zu inkubieren.

Beim Putzen geht es nicht ums Überleben

Wusstet ihr, dass besonders viele der Winzlinge an der Kühlschrankinnenseite, der am seltensten geputzten Fläche im Haushalt leben? Und wenn wir schon beim Putzen sind. Hier noch ein paar Tipps!

Regelmäßiges Putzen mit einem Reiniger auf Seifenbasis oder heißem Essigwasser reicht vollkommen aus. Die Säure tötet Mikroorganismen ab. Desinfektionsmittel sind im Kühlschrank nicht nötig, sonst drohen andere Allergieprobleme. Wichtig ist aber, auch mal kräftig schrubben. Bakterien bilden gerne Biofilme, die nur mit Reiniger schlecht in Griff zu bekommen sind. Vergesst auch den Kühlschrankgriff nicht, der wird täglich mit allerlei Spuren an den Händen „begriffelt“.
Die Ablaufrinne im Kühlschrank verdient besondere Aufmerksamkeit. Dort leben etwa 11 Millionen Bakterien. Das Tauwasserablaufloch bekommt man prima mit einem Pfeifenreiniger sauber.
Und abschließend noch ein kleiner Tipp: Es ist auch nicht wahr, dass Bakterien bei -8 Grad sterben. Das nur, falls ihr glaubt, dass man die Gefrierschrankschubladen nicht ab und zu putzen muss.

Letztendlich geht es aber nicht darum, alle Keime auszuradieren, sondern, zwischen uns und den Mikroben eine gute gesunde Balance herzustellen. Also auf gute Nachbarschaft!

Mikrobiologische Grüße

Susanne 😉


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Korsisches Kastanienbier Pietra – Was ist untergärig?

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Korsisches Kastanienbier Pietra Quelle: Thiele

Der Juli ist schon wieder vorbei und damit meine Sommerpause. Für den „Mikrobenzirkus on Tour“ war ich diesmal in Korsika unterwegs und habe natürlich wieder ein neues mikrobiologisches Souvenir mitgebracht. Diesmal ein ganz besonderes Bier – das direkt aus Korsika stammende Pietra à la Châtaigne (oder auch Pietra Ambrée).

Pietra ist ein untergäriges Bier – dazu später für die Mikrobiologie-Nerds noch etwas mehr. Zuerst einmal gibt es noch Interessantes zur Entstehungsgeschichte dieses Bieres zu erzählen.

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Geröstete Maronen Quelle: Thiele

Das Besondere an Pietra ist, dass hier neben der Mischung verschiedener Malze auch korsisches Kastanienmehl die Grundlage für die Maische bildet. In Korsika werden für regionale Spezialitäten gern Maronen, also Esskastanien, verwendet z. B. für Gebäck oder Brotaufstrich.

Die Kastanien für Pietra-Bier stammen aus dem Kastanienwald aus der Region Castagniccia, der mit über 1000 Höhenmetern zu den schönsten und höchstgelegenen in Europa gehört. Die Wälder sind über die steinigen Wege sehr schlecht zugänglich. Deshalb werden die Kastanien angeblich mit Eseln zur Brauerei transportiert.

Kein Bier auf Korsika

Die Bierbraukunst schaut in Korsika übrigens nur auf eine sehr kurze Geschichte zurück. Erst seit 1995 wird dort Bier gebraut. Wieso das? Der gebürtige Korse Dominique Sialelli kam durch erst einen Zufall auf die Idee zur Gründung einer Brauerei. Während eines Heimaturlaubs wollte er in einer Dorfkneipe ein typisch korsisches Bier bestellen. So etwas gab es nicht und man verwies ihn nur auf Importe vom Festland. Er verbiss sich in die Idee ein typisch korsisches Bier zu entwickeln und verlieh seiner Kreation den Namen „Pietra“ nach einer Abkürzung seines Heimatortes. Die erste Brauerei auf Korsika entstand in dem kleinen Ort Furiani. Pietra wird als Herbstbier vermarktet, weil im Herbst die Kastanien geerntet werden.

Bei den patriotischen Korsen wurde das Bier sehr schnell zum Erfolg. Kaum eine Kneipe, Café oder eine Bar schenkt das Kastanienbier nicht aus. Die Pietra-Familie wurde später noch ergänzt um ein Weizenbier mit korsischen Macchia-Kräutern (Colomba) und ein blondes Bier (Serena).

Das Pietra-Bier gehört also zum Korsika-Urlaub unbedingt dazu. Es hat eine schöne Bernsteinfarbe und ein intensives nussig-karamelliges Kastanienaroma. Da ich geröstete Esskastanien sehr mag, traf das Bier natürlich voll meinen Geschmack. Man sollte es aber nicht kühlschrankkalt trinken, da sonst die feinen Geschmacksaromen nicht voll zur Geltung kommen. Also am besten etwas bei etwas bei Zimmertemperatur stehen lassen und etwa bei Temperaturen wie einen Weißwein genießen.

Und – Pietra ist kein günstiger Spaß. Eine Dose mit 0,5 Liter kostet zwischen 1,90 und 2,40 im korsischen Supermarkt. In Deutschland gibt es Pietra in Spezialitätenläden oder es ist auch im Internet erhältlich.

Die Pietra- Brauerei „Brasserei Pietra“  in Furiani südlich von Bastia ist übrigens auch zu besichtigen. Die Führungen finden in den Monaten Juli und August und nur in französischer Sprache statt.

Hefen und der Trank der Götter

Wenn es nun hier schon um die Brauerei geht, wenden wir uns doch nochmal etwas detaillierter der Herstellung des Bieres zu. Man unterscheidet obergärige Biere (Weißbier, Kölsch oder Alt) und untergärige, wie z. B. das Pietra oder Pils.

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Obergärige Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae 1 pixel = 0.038 um, Field of view is 85.12 uM in Diameter (CC BY-SA 3.0)

Diese Unterscheidung beruht darauf, dass unterschiedliche Heferassen zum Bierbrauen verwendet werden. Obergärige Hefen, wie z.B. (Saccharomyces cerevisiae) bilden bei der Vermehrung Sprossverbände, da heißt die Hefen bleiben verbunden und werden durch die aufsteigende Kohlensäure nach oben – an die Oberfläche gebracht.

Untergärige Heferassen wie (Saccharomyces carlsbergiensis) bleiben nicht verbunden und sinken nach unten auf den Kesselboden ab. Sie sind eben- untergärig.

Wenn ihr eine Brauerei besichtigt, wisst ihr sofort welches Bier hergestellt wird. Ist es im Gärkeller angenehm warm, werden obergärige Biere hergestellt, fröstelt man – entstehen untergärige Biere. Das liegt daran, dass obergärige Hefen gern bei Zimmertemperatur 15-20 Grad Celsius wachsen, untergärige Rassen es aber lieber etwas kühler haben (4-9 Grad Celsius).  So konnten untergärige Bier früher auch nur im kalten Winter hergestellt werden. Bei den obergärigen Bieren war das ganzjährig bei Zimmertemperatur möglich. Das ist deshalb auch die ältere Methode. Mit der Erfindung der Kältemaschine durch Carl von Linde im Jahre 1873 begann der Siegeszug der untergärigen Biere.

Hefe bringt Pep ins Bier

Die Hefe ist im Brauprozess sehr wichtig. Sie bringt die aus Malz hergestellte Bierwürze zum Gären. Wir sprechen hier auch von der alkoholischen Gärung. Bei dieser Gärung entstehen aus Malzzucker Kohlensäure und Alkohol. Diese Wirkung von Hefe war zwar schon sehr früh bekannt. Richtig wissenschaftlich erforscht, wurde sie aber erst Ende des 19. Jahrhunderts durch den Franzosen Louis Pasteur und den Dänen Christian Hansen, die verschiedene Heferassen nachwiesen, die sich exzellent zum Bierbrauen eignen. Neben dem Alkohol produzieren die Hefezellen außerdem auch noch bis zu 300 flüchtige und nichtflüchtige Nebenprodukte, z. B. weitere Alkohole, Ester oder Aldehyde, die den Eigengeschmack des Bieres bestimmen. Dabei sind die Hefen sehr ökonomisch, sie vermehren sich ständig weiter und können nach dem Brauprozess einfach gereinigt und weiterverwendet werden.

Bier schäumt nicht vor Wut

Erst die Hefe lässt den Gerstensaft so richtig prickeln. Durch die Beigabe von Hefe wird Malzzucker in der Bierwürze wie schon kurz erwähnt in Alkohol und Kohlensäure umgewandelt. Rund sechs bis acht Tage muss die Hefe dafür im Gärtank arbeiten. Die dann im Bier gelöste Kohlensäure ist verantwortlich für die Entstehung des Bierschaums. Je wärmer das Bier ist, desto schneller perlt die Kohlensäure aus dem Bier. Beim Einschenken entweicht die Kohlensäure dann wieder. Auf dem Weg nach oben im Glas lagern sich an die Bläschen Moleküle an – vor allem Eiweiß aus der Gerste oder dem Weizen. Dadurch bilden sich elastische Häutchen um die Blasen. Das Gemisch setzt sich an der Oberfläche des Bieres ab und bildet den sahnigen weißen Bierschaum.

Nach so viel „Biertheorie“ verspüren wahrscheinlich jetzt einige Appetit auf ein „Kühles“ aus dem Kühlschrank. Na dann Prost!

Und zum Abschluss noch ein paar Impressionen aus Korsika. Es ist wirklich ein wunderschöne Landschaft und ein echter Geheimtipp.

 

Mit mikrobiologischen Grüßen

Susanne


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Lecker Plastik für Bakterien

Mikrobe des Monats 03/2016 – Ideonella sakaiensis.

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Plastikflaschen stehen auf der Speisekarte von Bakterien (CC0 Public Domain)

In diesem Monat drängt sich ein gerade „frisch entdecktes“ Bakterium förmlich für einen Beitrag zur Mikrobe des Monats auf – das Bakterium Ideonella sakaiensis 201-F6. Ganz oben auf der Speisekarte des ungewöhnlichen Mikroorganismus steht Plastik- vor allem die transparenten Flaschen aus dem Kunststoff PET – Polyethylenterephthalat.

Eigentlich sieht die Ideonella aus wie ein ganz gewöhnliches Bakterium, aber seine besonderen Stoffwechselfähigkeiten machen es zu einem Helden. Japanische Forscher um Shosuke Yoshida vom Kyoto Institute of Technology haben die Bakterien in einer Recycling-Anlage für Plastik entdeckt und die Studie im Fachmagazin „Science“ veröffentlicht. Das Bakterium ist in der Lage, den PET-Kunststoff in wenigen Wochen restlos zu zersetzen und dabei sogar noch äußerst effektiv Energie gewinnen. Nur bei bestimmten Pilzen waren bisher solche Fähigkeiten bekannt.

Hilfe für Plastik-Ozeane?

Bislang ging die Forschung noch davon aus, dass die Flaschen aus PET – nicht von Bakterien oder Kleinstlebewesen verdaut werden können. Es dauert etwa 450 Jahre, bis sich eine Kunstofflasche zersetzt hat, schätzt das Umweltbundesamt. Durch das Sonnenlicht und das salzige Meerwasser löst sich das Plastik zwar in kleine Schnipsel auf, komplett zersetzt wird es aber nicht. Kleinste Partikel, die sogenannte „Mikroplastik“ verbleibt in Meeren und Gewässern oder findet sogar den Weg zurück über die Nahrungskette in den Menschen.

Eine plastikfressende Mikrobe wäre eigentlich ziemlich praktisch, könnte man sich nun denken. Hat sich endlich ein glücklicher Abnehmer für die riesigen Mengen an Plastikmüll gefunden, die jedes Jahr produziert werden und im Meer, in Flüssen und im Erdboden landen. Mehr als 300 Millionen Tonnen Kunststoff werden jährlich weltweit produziert, darunter etwa 50 Millionen PET. Wir müllen langsam die Erde mit Plastik zu. Aber die Natur scheint sich selbst zu helfen.

Plastikverwerter mit Spezialenzymen

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Plastikfressendes Bakterium (Kohei Oda/Kyoto Institute of Technology)

Der japanische Forscher Yoshida und sein Team gingen davon aus, das bestimmte Mikroben die Stoffwechselfähigkeit zum Kunststoffverdauen entwickeln könnten. So suchten sie ganz gezielt an Orten mit einem großen Nahrungsangebot an PET, wo die natürliche Auslese diese Arten begünstigen würde. Und sie wurden fündig. Sie beobachteten, dass die Bakterien bei 30˚ Celsius nur sechs Wochen brauchten, um einen dünnen Plastikfilm fast komplett zu zersetzen. Das ist schon viel schneller im Vergleich zu den üblichen 450 Jahren! Im Stoffwechsel des Bakteriums sind dazu zwei Spezialenzyme vorhanden.

Die Bakterien siedeln sich an der rauhen Plastikoberfläche an und sondern ein erstes Enzym ab – die PETase. Dieses bricht die chemischen Bindungen im Kunststoff PET auf. Ein Zwischenprodukt entsteht. Mit einem zweiten Enzym der MHETase wird es in die Grundbausteine Glykol und Terephthalsäure gespalten. Diese Produkte kann das Bakterium direkt zur Energiegewinnung nutzen. Nur Kohlenstoff und Wasserstoff bleiben übrig.

Schnelle Evolution der Bakterien

Für die Forscher ist es noch rätselhaft, warum die Bakterien ihre beiden hochselektiven Enzyme für den Plastikabbau entwickelt haben. Die Enzyme waren bisher so nicht bekannt und ähneln auch anderen Enzymen nicht. Zudem gibt es den Kunststoff PET erst seit rund 70 Jahren. Für eine evolutionäre Anpassung der Bakterien an das Nahrungsangebot PET wäre das eine extrem kurze Zeit.

Neue Chancen in Sachen Müll

Die Forscher hoffen jetzt, dass sie einen wichtigen Beitrag gegen die wachsende Umweltverschmutzung durch Plastikmüll leisten können, etwa durch wirksameres Recycling von Kunststoffabfällen. Bisher ist Ideonella sakaiensis noch etwas zu langsam, um das globale Müllproblem zu lösen. Die Spezialenzyme könnten aber in andere, schnellere Stämme eingebracht werden.

Fazit: Die Entdeckung von Ideonella ist der Startschuss für weitere Forschung und neue Chancen in der Beseitigung von Plastikmüll.

Quelle:

Shosuke Yoshida, Kazumi Hiraga, Toshihiko Takehana, Ikuo Taniguchi, Hironao Yamaji, Yasuhito Maeda, Kiyotsuna Toyohara, Kenji Miyamoto, Yoshiharu Kimura, Kohei Oda: A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate). In: Science. 351, Nr. 6278, 11. März 2016, S. 1196–1199, doi:10.1126/science.aad6359.

Ich freue mich über Fragen und Kommentare!

 


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Gute Keime aus dem Wasserhahn

Ein Glas Trinkwasser aus dem Wasserhahn enthält 10 Millionen Bakterien

Ein Glas Trinkwasser aus dem Wasserhahn enthält 10 Millionen Bakterien. Bildquelle: (Roger McLassus) [GFDL http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)%5D, via Wikimedia Commons

Unser Trinkwasser ist keinesfalls steril. Das sollte jedem klar sein. Und das obwohl es zu den am besten kontrollierten Lebensmitteln in Deutschland gehört. Bis zu 125 Liter verbraucht jeder Deutsche täglich – laut Statistischem Bundesamt. In einem Glas Leitungswasser tummeln sich etwa 10.000 unerkannte Bakterien, das haben schwedische Forscher von der Lund Universität jetzt entdeckt. Das ist kein Grund zur Sorge oder dafür, nun auf Mineralwasser in Flaschen, Bier oder Kaffee umzustellen. Die Mikroben sind für uns nicht schädlich, sondern sogar nützlich. Aber wie kommen die Mikroorganismen in das Wasser und wieso wird das erst jetzt bekannt?

Strenge Kontrollen für Trinkwasser

Unser Trinkwasser ist in Deutschland sogar sauberer und schadstofffreier als manche Mineralwässer. Aber der Weg vom Meer bis zum Verbraucher ist lang. Das Wasser stammt vom Regen, aus Seen usw. Komplizierte Aufbereitungsverfahren entziehen dem Wasser Schmutz, Keime oder Umweltgifte, damit diese nicht in die Leitungen gelangen (Grenzwerte).Über ein unterirdisches Rohrleitungssystem kommt es in unseren Haushalt und bis in unseren Wasserhahn.
Die Leitungen und Wasserzähler sind ein wunderbares Ökosystem für Bakterien. Die schwedische Forscherin Catherine Paul hat mit ihrem Team jetzt eine völlig unbekannte Organismenwelt in den Leitungen entdeckt, die bisher allen Tests entgangen war.

80.000 Mikroben in einem Milliliter Wasser

„Ein zuvor komplett unbekanntes Ökosystem hat sich uns enthüllt“, sagte Catherine Paul von der Lund Universität.

„Als ob man mit einer statt mit einer funzeligen Taschenlampe plötzlich den Lichtschalter findet, der den Raum erhellt. Früher konnten wir fast gar keine Bakterien sehen, aber jetzt finden wir plötzlich 80.000 Mikroben pro Milliliter Wasser“.

Das Forscherteam hatte Proben aus Belägen an der Innenseite von sechs verschiedenen Trinkwasserleitungen und Wasserzählern untersucht und einer Erbgutuntersuchung, einer DNA-Analyse, unterzogen. Auch welche Arten von Bakterien in den Ablagerungen vorkommen, wurde untersucht, indem bestimmte Abschnitte der ribosomalen RNA verglichen wurden. Und das Ergebnis war überraschend. Etwa 10 Millionen Mikroorganismen nehmen wir mit einem Glas Leitungswasser zu uns. Das erklärt Catherine Paul in diesem Video der Lund Universität.

 

 

Porträt einer Mikrobengemeinschaft in der Röhre

Für die neue Erkenntnis einer wimmelnden Mikrowelt in unseren Wasserleitungen ist eine neue moderne, sehr präzise Sequenziertechnologie verantwortlich – das Next-Generation-Sequencing (NGS). Mikrobiologische Tests von Trinkwasser waren bisher nicht einfach. Weniger als 10 Prozent der Bakterien in Frisch – und Trinkwasser sind überhaupt kultivierbar. Die neue Technologie bietet damit entscheidenden Vorteil. Man braucht die Mikroben nicht mehr zu isolieren und sie auf Agar oder in Nährlösung mühsam anzüchten, um sie später zu identifizieren. Die vollkommen kulturunabhängige NGS-Methode zeigt uns damit ein kompletteres Bild der Mikrobengemeinschaft in den Biofilmen der Leitungen.

„Schleimstädte“ in den Rohrleitungen

Phasen der Entwicklung eines Biofilms,

Phasen der Entwicklung eines Biofilms, Foto: D. Davis – Aus: Looking for Chinks in the Armor of Bacterial Biofilms Monroe D PLoS Biology Vol. 5, No. 11, e307 doi:10.1371/journal.pbio.0050307, Wikipedia / CC BY 2.5

Die meisten Bakterien schwimmen nicht frei als Einzelorganismen im Trinkwasser. Sie stammen aus den Ablagerungen der Rohrleitungen, den sogenannten Biofilmen. Diese Biofilme sind wahre Paradiese für Mikroorganismen!
Die von Schleim umhüllten Kolonien sind besonders widerstandsfähig und robust gegen schädliche Umwelteinflüsse. Mehr als 95 Prozent der Bakterien sitzen als dünne Schicht auf den Oberflächen der Leitungen und Wasserzähler. Mikroben bilden solche „Schleimstädte“ zu ihrem Vorteil als eine symbiotische Lebensgemeinschaft aus Bakterien, Pilzen und auch Algen und Protozoen. Sie nutzen dabei Schutzmechanismen und Stoffwechseleigenschaften der jeweils anderen Spezies aus.

Gutartige Helfer bei der Abwasserreinigung

Die harmlosen Bakterien in den Biofilmen sind kein Grund zur Sorge sagt die Expertin Cathrine Paul: „Wir gehen davon aus, dass es sich vor allem um gute Keime handelt, die dabei helfen, das Trinkwasser zu reinigen und gegen schädliche Keime zu schützen.“ Nach Schätzungen des Forscherteams leben mehr als 1000 verschiedene Bakterien in den Wasserleitungen. Die größte Gruppe der in den Leitungen identifizierten Bakterien sind die Sphingomonadaceae, die auch frei im Boden oder Gewässern vorkommen und dort Schadstoffe abbauen.

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Artenreicher Biofilm Epifluorescenzmikroskop (Ricardo Murga and Rodney Donlan – Centers for Disease Control and Prevention Rodney M. Donlan: „Biofilms: Microbial Life on Surfaces“. Licensed under Public Domain via Wikimedia Commons)

Das schwedische Forscherteam vergleicht die Wirkung der Trinkwasser-Bakterien, mit der des Mikrobioms unseres Körpers. Nur mit einer großen Artenvielfalt von Mikroben auf unserer Haut, oder in unserem Darm bleiben wir gesund. Die Bedeutung der Mikroben im Trinkwasser ist wahrscheinlich sogar noch größer als angenommen. Es ist sogar vorstellbar, dass ein großer Teil der Reinigung des Trinkwassers erst in den Rohrleitungen stattfindet. Die Zusammensetzung der Mikrobengemeinschaft in den Biofilmen kann außerdem ein Anzeiger für die Wasserqualität sein. Die schwedischen Forscher stellten in rostigen Wasserleitungen mit stark eisenhaltigem Wasser eine signifikant andere Artenzusammensetzung fest. Die Analyse der Bakterien könnte dazu beitragen, potenziell problematische Wassermängel zu erkennen.

Zukunftsvision für gesünderes Trinkwasser

Die Forscher der Universität Lund hoffen sogar, eines Tages die Qualität des Wassers so zu steuern, dass gute Bakterien in den Leitungen begünstigt werden, die das Wasser noch effizienter reinigen. Ziel der Wissenschaftler ist es, diese nutzbringenden und für die Wassereigenschaften hilfreichen Keimarten gilt es herauszufinden und Wege zu ihrer Vermehrung zu entwickeln.

Das ist aber noch ein langer Weg. Biofilme sind aber in ihrer Komplexität von den Experten noch nicht gut verstanden. Die Zahl der Einflussfaktoren auf die Zusammensetzung und das Wachstumsverhalten von Biofilmen ist vielfältig: pH-Wert, Temperatur, Chlorgehalt – und nicht zuletzt das Nahrungsangebot für die Mikroben. Auch Oberflächen können eine Rolle für die Entwicklung von Populationen von Keimen spielen. Bakterien können zum Beispiel aus Gummidichtungen Nährstoffe beziehen.

Wasserversorger halten das Trinkwasser heute eher nährstoffarm. Die harmlosen Bakterien sind an diese Bedingungen gut angepasst. Darmbakterien etwa brauchen einen „viel reichhaltiger gedeckten Tisch“ und gehen deshalb ein. Die Nährstoffknappheit sorgt dafür, dass krankheitserregende Keime absterben und gesundes, so genanntes „stabiles“ Trinkwasser entsteht. Dieses Erfolgsrezept ist besser als das in den USA verwendete Verfahren, wo Wasser gechlort wird.

Unerwünschte Keime im Trinkwasser

Trotzdem kommt im Trinkwasser auch immer wieder unerwünschte und mitunter gefährliche Keimbesiedlung vor. Gesundheitlich bedenklich wird es immer dann, wenn die Menge und die Art der Keime nicht mehr zu dem „Mikrokosmos Mensch“ passen.
Infektionen mit Legionellen können bei Menschen mit einem bereits geschwächten Immunsystem zur „Legionärskrankheit“ führen, einer Lungenentzündung mit hohem Fieber und grippeähnlichen Symptomen. Die Bakterien sind aber für gesunde Menschen ungefährlich.
Doch nicht nur Legionellen als „wasserliebende Bakterien“ können schwerwiegende Infektionen verursachen, auch koliforme Keime („Darmbakterien“) oder Pseudomonaden (z.B. Pseudomona aeruginosa) sind häufig in Trinkwassersystemen zu finden und können, je nach Menge, unsere Gesundheit erheblich beeinträchtigen.

Tipps für Haushalte:

  1. Wasser zu verbrauchen ist einer der wichtigsten Ratschläge von Experten für den eigenen Haushalt, um damit die Keimzahl zu verringern. Wenn Wasser zulange in der Leitung steht, wie z.B. nach einem Urlaub oder einem lange unbenutzten Wasserhahn, können sich unerwünschte Bakterien leichter vermehren (bereits 3-4 Tage können dafür reichen). Deshalb anschließend das Wasser lange laufen lassen!
  2. Warmwasserregler richtig heiß stellen. Das ist zwar nicht unbedingt energiesparender, aber hygienischer.
  3. Warmwasserspeicher sollten regelmäßig gewartet werden, um Kalk und Schlammablagerungen gering zu halten.
  4. Als langfristige Maßnahmen sollte man bei Wasserinstallationen in moderne und zertifizierte Materialien investieren, um die Bildung von Biofilmen und damit die Keimbesiedlung zu minimieren. Verordnungen

Infos dazu vom Umweltbundesamt:
http://www.umweltbundesamt.de/publikationen/ratgeber-trink-was-trinkwasser-aus-Hahn

 

Quellen:

Press release Lund University: ATCH: Our water pipes crawl with millions of bacteria

Originalartikel: Bacterial Community Analysis of Drinking Water Biofilms in Southern Sweden

Wie gut ist unser Trinkwasser? (ZDF Portal)

Webseite des AK Trinkwasserinstallation und Hygiene

 

Wie immer freue ich mich über Deine Ergänzungen und Kommentare!

 

 


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Schokolade – Teamwork von Mikroben

 

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Schokolade (Pixabay)

Schokolade macht glücklich! Wusstet ihr, dass ohne Mikroorganismen gar keine Schokolade produziert werden könnte? Der besondere Geschmack und der zarte Schmelz bilden sich durch die fein abgestimmte Mitarbeit vieler mikroskopisch kleiner Helfer aus.  Nur durch Hefen, Milchsäure- und Essigbakterien, die bei der Fermentation der Kakaobohnen zusammenwirken, entstehen die Vorläufer der Schokoaromen.

Aber zuerst zur Einstimmung ein kleiner Ausflug in die spannende und weltumspannende Geschichte der Schokolade.

 

Von den Mayas bis zum Liebling der Massen

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Azteken bei der Zubereitung des „Xocolatl“: Kakaobohnen werden geröstet, gemahlen und mit Wasser und Gewürzen schaumig gerührt (Olfert Dapper, „Die unbekannte Neue Welt“).

Das Wort Kakao stammt vom Wort „Theobroma cacao“ = Kakaobaum ab und hat seinen Ursprung in Mittelamerika, genau wie die Pflanze. Schon vor über 3.500 Jahren bereiteten als erste Menschen die Olmeken die Urform der Trinkschokolade zu.

Später übernahmen die Mayas und Azteken diese Kultur. Aus gemahlenem Kakao, gewürzt mit Chili, Vanille und Honig bereiteten sie einen besonderen Powerdrink, die „Xocolatl“ zu. Der Geschmack der Trinkschokolade war eher bitter, oft scharf gewürzt und nur hohen Königen oder Priestern vorbehalten. Kakaobohnen waren auch als Zahlungsmittel weitverbreitet. Die Azteken mussten einen Teil ihrer Steuern mit den Bohnen bezahlen.

Handelsmonopol der Spanier

Der Eroberer Kolumbus beobachtete im Jahre 1502 die Kakaobohnen als Zahlungsmittel auf einem Markt und berichtete davon. Erst 1528 brachte der damalige Statthalter Hernán Cortés dem spanischen König Karl V. das mittlerweile auf Plantagen angebaute „Kakaobohnengeld“ aus Südamerika mit.

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Hernán Cortés (Public Domain)

Die Kakaobohnen wurden natürlich auch probiert. Aber die bittere Trinkschokolade mundete den Spaniern nicht. Erst als sie mit Rohrzucker und Vanille verfeinert wurde, begann der Siegeszug als Luxusgetränk in Europa. Die Trinkschokolade war schnell Teil des spanischen Hofzeremoniells. Über 100 Jahre behielten die Spanier das Handelsmonopol für Kakaobohnen.

Bis ins 19. Jahrhundert hinein blieb die Schokolade ein Luxusgut für die Reichen und den Adel. Erst als Maschinen zur Verarbeitung des Kakaos erfunden wurden und die Erträge im Anbau stiegen, könnten sich auch ärmere Bevölkerungsschichten Schokolade leisten.

Den endgültigen Schritt der Trinkschokolade für Reiche in Richtung Tafelschokolade für alle Liebhaber haben wir einigen großen Persönlichkeiten zu verdanken: 1828 ermöglichte Van Houten erstmal die Herstellung von Kakaopulver. 1847 produzierten Fry & Son die erste Tafelschokolade. Daniel Peters erfand die Milchschokolade, indem der Schweizer Erfinder zu ihrer Herstellung das wenige Jahre zuvor von Henry Nestlé erfundene Milchpulver verwendete. Und dank dem 1879 von Rudolphe Lindt entwickelten Prinzips des Conchierens zergeht uns heute jedes Stück Schokolade mit zartem Schmelz auf der Zunge.

 

Kein Schokoladenaroma ohne kleine Helfer

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Kakaobohnen (Wikimedia Commons)

Bei der Herstellung der Schokolade haben die Mikroben ganz wichtige Aufgaben. Die gelben bis rotbraunen Früchte des Kakaobaums sind der Startpunkt für alle kommenden Genüsse. Jede Frucht enthält 40 bis 50 Kakaobohnen, so viel wie man für eine Tafel Schokolade benötigt. Die Bohnen schmecken noch nicht im Geringsten nach Schokolade. Sie sind sehr bitter, weil sie viele Gerbstoffe (Polyphenole) beinhalten. Auch ihre Farbe ähnelt in keiner Weise dem braunen Genussmittel. Sie sind violett.

Vom Samen zur Bohne

ernteMeist noch am Tag der Ernte werden die Kakaofrüchte für einen ersten sehr wichtigen Schritt in der Herstellung – die Fermentation – vorbereitet. Dafür werden die Kakaobohnen samt Fruchtfleisch in Kästen oder auf Bananenblättern ausgebreitet und zugedeckt. Der hohe Zuckeranteil im Fruchtfleisch sorgt dafür, dass es in der tropischen Hitze sehr schnell anfängt zu gären. Erst durch die Fermentation der Kakaosamen entstehen die Aromavorstufen, die später das typische Kakaoaroma ausbilden. Die Dauer der Fermentation hängt von der Kakaosorte, der Menge der Technik und auch den klimatischen Bedingungen ab. Schon lange ist bekannt, dass daran Hefen, Milch- und Essigsäurebakterien beteiligt sind. Im Wesentlichen unterscheidet man drei Phasen der Fermentation.

Anaerobe Phase (Ohne Sauerstoff)

Der im Fruchtfleisch enthaltene Zucker wird durch Hefen abgebaut. Es entsteht Alkohol. Milchsäurebakterien sind ebenfalls am Prozess beteiligt. Dabei verflüssigt sich das Fruchtfleisch und die Samen werden frei. Diese beginnen zu keimen und bilden Enzyme, die später geschmacksentscheidend sind.

Aerobe Phase (Mit Sauerstoff)

Luft dringt jetzt in die Kakaosamen ein und oxidiert den Alkohol unter Beteiligung von Essigsäurebakterien zu Essigsäure (Acetat). Das Acetat ist die Schlüsselsubstanz für die spätere Aromaentwicklung. Die Temperatur steigt bis auf 45 bis 50 Grad Celsius an. Dadurch sterben die Kakaosamen ab und werden zu Kakaobohnen.  

Postmortale Phase

Stirbt der Keim ab, werden bei den Bohnen gleichzeitig verschiedene chemische Prozesse ausgelöst. Dadurch verflüchtigen sich einige der bitteren Stoffe durch die jetzt durchlässigeren Häute. Außerdem werden auch Enzyme aktiv, die ein bestimmtes Eiweiß der Bohne in die Grundbausteine, die Aminosäuren, zerlegen. Diese spielen später noch eine wichtige Rolle. Beim Rösten der Kakaobohnen sorgen sie dafür, dass sich die typischen Kakaoaromen bilden.

Fazit: Nach der Fermentation sind die Kakaobohnen lange nicht mehr so bitter und sie sehen auch farblich schon aus wie die bekannte Schokolade. Auf manchen Plantagen werden die Kakaobohnen zur Fermentation auch in Körbe oder Fässer gegeben. So werden sie nicht so leicht von Schädlingen befallen. Besonders verbreitet ist heute die Kastenfermentation in großen Holzkisten. Durch den Einsatz von natürlichen Starterkulturen mit der richtigen Zusammensetzung an Mikroorganismen können Kakaobauern den Ertrag von Kakao-fermentationen verbessern.

 

Wie Schokolade gemacht wird

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In der Fabrik werden die Bohnen dann gereinigt und geröstet. Bei bis zu 150 Grad werden den Kakaobohnen die Aromastoffe entlockt, die später den typischen Geschmack der Schokolade ausmachen. Dabei kommen die schon erwähnten Aminosäuren aus der Fermentation wieder ins Spiel. Bis zu 600 verschiedene Inhaltsstoffe sind für das typische Aroma von Schokolade verantwortlich.

Nach dem Rösten schmecken die Bohnen schon fast wie Schokolade. Sie werden nun noch gemahlen und gewalzt und in winzig kleine Kakaopartikel reduziert. Davor kommen noch je nach Schokoladensorte weitere Zutaten wie Kakaopulver, Zucker, Milchpulver, Kakaobutter, Pflanzliche Ersatzfette (bis zu 5 Prozent) Vanillearoma und Lecithin dazu.

Nach dem Feinvermahlen ist die Masse nicht mehr flüssig, sondern trocken und bröselig auf der Zunge. Rodolphe Lindt entdeckte, dass man das Problem lösen kann, durch leichtes Erwärmen und langes Rühren – das Conchieren. Er erfand 1879 eine Maschine, die die Stückchen in der Schokoladenmasse so verwirbelt, dass das Fett aus den Furchen der Kakaopartikel herausläuft. Durch den Prozess werden der Schokoladenmasse Feuchtigkeit und unerwünschte Geruchs- und Geschmacksstoffe entzogen. Nach dem Conchieren ordnen sich Fett und Kakaopartikel gleichmäßig in der Masse an und das Fett umgibt die Teilchen wie ein feiner Film. Nun können alle Köstlichkeiten aus Schokolade produziert werden. Heutzutage verspeisen wir Deutschen im Schnitt rund zehn Tafeln Schokolade im Jahr.

 

Erst Mikroben machen Schokolade gesund

Für alle Schokoholics hier noch eine Information am Rande. Das Naschen von dunkler Schokolade ist sehr gesund. So verbessert sie die Flexibilität und Gesundheit der Gefäße, beugt Herz-Kreislauf-Erkrankungen vor und soll sogar das Gedächtnis fördern.  Ursache dafür sind die im Kakao enthaltenen chemischen Substanzen, Polyphenole, wie Katechin und Epikatechin. Sie wirken zum Beispiel als Antioxidantien und schützen so Zellen vor Schäden durch aggressive Moleküle.

Aber nur wenn wir auch die richtige Mikrobengemeinschaft im Darm mit uns tragen, kann unser Körper die gesunden Inhaltsstoffe des Kakaos zu den im Körper wirksamen Substanzen zersetzen. Das haben US-Forscher in einem Experiment gezeigt. Die Zusammensetzung der Darmflora spielt eine sehr wichtige Rolle dafür, wie gut die gesundheitsfördernden Bestandteile des Kakaos verdaut werden. Für die guten Mikroben, wie Bifidobakterien und Milchsäurebakterien, ist dunkle Schokolade u.a. eine bevorzugte Nahrungsquelle. Ist die Darmflora durch ungesunde Ernährung aus dem Gleichgewicht überwiegen Mikroben, wie z.B. Clostridien, die die gesunden Kakaobestandteile verschmähen. Antioxidantien und Entzündungshemmer werden dann unverdaut ausgeschieden.

Die Empfehlung der Experten für einen gesunde Ernährung ist daher: vor allem eine ballaststoffreiche Nahrung und Präbiotika.

Also zur Schokolade immer mal einen Apfel essen!

Weiterlesen:

Applied Environmental Microbiology, 2014; http://aem.asm.org/content/early/2014/05/12/AEM.01048-14.abstract

John Finley (Louisiana State University, Baton Rouge) et al., 247th National Meeting & Exposition of the American Chemical Society (ACS)

 

Alt-Aztekisches Kakaorezept

Für 4 Tassen

Zutaten
4 Tassen Wasser
1 Stange Vanille (ca. 8 cm Länge),
längs halbiert
1 grüne Chilli, entkernt, gehackt
1 Tasse dunkles Kakaopulver
1 EL flüssiger Honig

Zubereitung
Das Wasser mit der Vanillestange aufkochen lassen, dann die Chillistücke dazugeben und mitkochen lassen. Anschließend den Kakao mit etwas Wasser anrühren und in das kochende Wasser geben. Aufkochen lassen, Vanille herausnehmen. Flüssigkeit mit dem Mixstab pürieren, so fein, dass von den Chillistückchen nichts mehr zu spüren ist. Der Kakao muss schäumen. Anschließend den Honig einquirlen.