Mikrobenzirkus

Keine Panik vor Bazille, Virus & Co


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Die Erfindung des großen Gärens (Fermentation Teil 1)

Bakterien und Pilze sind die Ordnungspolizei der Natur. Sie haben die gute Angewohnheit, alles aufzuräumen. Sie zersetzen organische Materialien und sorgen dafür, dass sie nicht einfach in der Gegend herumliegen bleiben, sondern in ihre Bestandteile aufgelöst werden und wieder als Nährstoffe zur Verfügung stehen. Nichts anderes passiert auch bei Lebensmitteln, die an den Punkt der Gärung ohne Sauerstoff kommen und dadurch erst ihren besonderen Geschmack oder ihren genießbaren Zustand erhalten.

Die Fermentation – wie die Gärung auch »auf schlau« bezeichnet wird – ist eigentlich gar keine menschliche Erfindung. Durch die Allgegenwart der kleinen Lebensformen – der Bakterien, Pilze und Hefen – waren schon die prähistorisch-fermentierten Lebensmittel ganz natürliche Phänomene, die wir Menschen nur beobachtet, untersucht und dadurch später kultivieren und beherrschen lernten. Das Prinzip heißt »kontrollierter Verfall« – wenn Nahrungsmittel im Warmen stehen gelassen werden, beginnt eine Transformation: Bakterien, Schimmelpilze und Hefen können dafür sorgen, dass die Nahrung verdirbt – sie können sie unter Umständen aber auch haltbar machen, ihren Geschmack oder die Inhaltsstoffe veredeln.

Die Geburtsstunde der Fermentation

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Als wir Menschen sesshaft wurden, bekam noch etwas anderes eine viel wichtigere Bedeutung. Getreide und Milchprodukte für die kommende Zeit einzulagern, war ein praktischer Weg, um sich nicht täglich um ihre Beschaffung zu sorgen. So wurden clevere Strategien nötig, um die Lebensmittel für später zu konservieren.
Dazu kam noch der Wechsel der Jahreszeiten. Anders als in den Tropen wächst in der gemäßigten Klimazone nicht immer irgendetwas. Die Vegetation legt knapp die Hälfte des Jahres eine entspannte Ruhepause ein. Es ist nicht nur dunkel und kalt – es wächst auch kaum etwas. Trotzdem werden Essen und Vitamine weiterhin dringend gebraucht.

Heute ist das mit Schiffen und Flugzeugen recht einfach. Frisches Gemüse wird aus anderen Regionen der Welt schnell hierher transportiert. Die Konservendose wurde erst im 19. Jahrhundert erfunden und brauchte einige Jahrzehnte ehe sie überhaupt akzeptiert wurde. Wer wollte schon an einer Bleivergiftung sterben?
Heute sind wir dank Kühlschrank und Tiefkühltruhe seit den 50 bis 80er Jahren recht unabhängig. Unsere Vorfahren müssten noch andere Techniken entwickeln, um ihre Lebensmittel über den Winter oder lange Schiffsreisen haltbar zu machen oder die Ausbeute von erfolgreichen Jagd – oder Fischzügen vor dem Verfall zu sichern.
Viele Methoden entstanden: pökeln, einlegen, einkochen, dörren, kandieren – oder eben das Fermentieren mit Mikroorganismen. So ist die Entwicklung der fermentierten Lebensmittel mehr als nur eine kulinarische Erfindung.

Der Zufall kam zu Hilfe

Die meisten Vergärungsmethoden wurden wohl ganz zufällig entdeckt. Die daran schuldigen Mikroben sind überall in unserer Umwelt zu finden. Sie ernähren sich von den Zuckern nährstoffreicher Pflanzen oder tierischer Produkte.

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Naturjoghurt © fotolia Fotograf: ji_images

Wer als Mikrobe zuerst im Milchtopf siedelt, verteidigt sein Territorium mit chemischen Kampfstoffen gegen Konkurrenz und schützt die Lebensmittel dadurch gleichzeitig vor dem Verderben. Zur Verfügung stehen dem Mikroorganismen dabei antimikrobielle Peptide, Milch- oder Essigsäurevarianten und Alkohole – alles Substanzen, die die Lebensmittel haltbar machen und für Menschen in gewissen Maße genießbar und zum Teil sogar sehr lecker sind. Geraspelter Kohl und Milch werden schnell sauer, Früchtekompott vergärt – aber sie werden nicht zu etwas abstoßenden Ungenießbaren – sondern zu schmackhaftem Sauerkraut, gesunder Buttermilch oder wunderbarem Wein.

Überall auf der Welt hat der Mensch versucht, nahezu alles Essbare zu fermentieren – von Gemüse und sogar Tierhäuten im Sudan bis hin zu Fischköpfen in der Arktis. Wahrscheinlich gibt es keine Kultur auf der Erde, die nicht irgendeine Form der Fermentierung oder Vergärung ausübt. Manche Gärprodukte sind sogar das zentrale Element der meisten Küchen oder uralte Rituale. Nach manchen Schätzungen wird bis zu einem Drittel aller von Menschen verzehrten Lebensmittel vorher fermentiert .

Es ist sehr interessant, dass wir im selben Zuge von »Kultur« (lateinisch cultura = Ableitung von colere – »den Acker bestellen«) sprechen, wenn wir eine Bakterienkultur meinen, mit der wir einen Joghurt oder Gärprozess starten können – aber den Begriff gleichzeitig auch für etwas wie Musik, Literatur, Sprache, wissenschaftliche Erkenntnisse oder kulinarische Techniken und alte Familienrezepte verwenden.
Viele Auswanderer überquerten Kontinente und Ozeane – ihr Hab und Gut war nur das, was sie tragen konnten. Häufig brachten sie aber gerade Sauerteigkulturen zum Brotbacken oder andere Starterkulturen mit oder zumindest das Know-How und ihre erprobten Methoden der Fermentierung.

Von Krautbräuten und Fermentos  – Comeback der Fermentierens

Meine beiden Großmütter haben noch ganz selbstverständlich Gemüse milchsauer eingelegt, Buttermilch eindicken lassen oder mit Sauerteig gebacken. Im Gegensatz dazu haben heute viele Menschen große Angst, Lebensmittel außerhalb des Kühlschranks zu lagern. Sie wurden dazu erzogen, Bakterien und Pilze als gefährliche Krankheitserreger zu sehen und die Kältetechnik als eine absolute Notwendigkeit im Haushalt.
Aber das Blatt wendet sich gerade: selbst fermentierte Lebensmittel sind wieder einer der heißesten Food-Trends, der seit einigen Jahren aus den gesundheitsbewussten Küchen von New York, San Francisco und Portland herüberschwappt. Fermentation gilt als der aktuelle Gegentrend zum sterilen Standardlebensmittel. Ganz langsam haben sich die alten Methoden wieder eingeschlichen in die Hipster-Küchen und Food Blogs. Sauerkraut blubbert in Gärtöpfen, Salami und Käse reifen in den Kellern und vielerorts wird sogar Bier gebraut.

Ich selbst gehöre auch schon seit einigen Jahren zu den sogenannten »Fermentos«. In meiner Küche stapeln sich die Bügelgläser und ich bin stolze Hüterin verschiedener Kulturen von Kefir über Kombucha bis zum selbst angesetzten Sauerteig. Als ich vor Jahren im Bekanntenkreis über meine ersten Fermentierversuche erzählte, wurde zuerst einmal abgewunken: »Aber das ist ja uralt und langweilig – Sauerkraut und Co! «. Aber es gibt so viel mehr Gemüse zu entdecken, welches sich gut fermentieren lässt:  etwa Gurken, Fenchel oder Karotte und Ingwer. Der Fantasie und Experimentierfreude sind dabei keine Grenzen gesetzt.

Ich sage nur »Kimchi«

Die koreanische Variante des Sauerkrauts – ist für viele die Einstiegsdroge zum Fermentationshobby. Das gesunde Kraut ist in Korea von nationalem Interesse. Fast jede koreanische Familie hat ihr eigenes Geheimrezept für den scharfen Chinakohl mit Chili – über 300 Rezepte gibt es in den unterschiedlichen Regionen. Wenn der Winter bevorsteht, beginnt die  »Kimjang«, die traditionelle Saison für die Kimchi-Zubereitung, die sogar 2013 in die Unesco-Liste für immaterielles Kulturerbe aufgenommen wurde. Sauerkrautstampfen mit Tanzmusik ist sogar szenetauglich, wenn alle zusammen Kohl schnippeln. So geschehen in Berlin zum »Sauercrowd« einem kulinarischen Flashmob, bei dem eine halbe Tonne Weiß- und Rotkohl in der Markthalle Neun in Berlin-Kreuzberg zu Sauerkraut verarbeitet wurde. Der Berliner Hipster kommt nicht am selbstgemachten Ruby-Sauerkraut zum Sliced Pork Tongue-RyeBread Sandwich vorbei! Aber selbst hier in Braunschweig haben die Schnippel-Partys Einzug gehalten. Na dann guten Appetit!

Kimchi

KImchi-Workshop im Gemeinschaftsgarten Bebelhof Braunschweig (Foto: Susanne Thiele)

Die vergorenen Produkte sind für uns vor allem attraktiv durch ein kräftiges und komplexes Aroma. Wissenschaftlich werden diese herzhaften Geschmackseindrücke umami genannt – das ist der sogenannte fünfte Geschmackssinn neben salzig, bitter, süß und sauer. Er wird durch die Veredlungsprozedur beim Fermentieren stärker, weil sich im durch die Mikroorganismen Vergorenen mehr Glutaminsäure und andere natürliche Geschmacksverstärker bilden.
Die Mikroben sorgen bei beispielsweise Käse oder Chorizo für eine besondere Geschmacksdichte, indem sie Zucker in Säuren und Alkohole umbauen und sonst geschmacksneutrale Makromoleküle, wie Stärke, Proteine und Fette – in ihre Kernkomponenten zerlegen, also in Zucker, Aminosäuren und Fettsäuren. Alle diese Bausteine haben einen Eigengeschmack und dienen als Vorstufe anderer kleiner Moleküle, die unsere Geschmacks- und Geruchsnerven reizen. Auch die in der Nahrung selbst enthaltenen Enzyme tragen speziell zur Aromatisierung bei – umso mehr, je mehr Zeit ihnen die Mikroben mit Konservierungsmaßnahmen verschaffen.

Ab einem bestimmten Punkt geht mir das dann auch zu weit: Hart auf der Kippe zwischen unappetitlich überreif oder wirklich verdorben balancieren solche Spezialitäten wie der chinesische Stinktofu oder der schwedische Surströmming. Dieser in der Konservendose fermentierte Hering, der die Dose wölbt, ist ein olfaktorisches Erlebnis, das den stärksten Mann umhaut – nur etwas für echte Fans oder in jedem Fall eine Frage der Gewöhnung und der eigenen erlernten Familienkultur.

Aber auch das unvergleichliche Aroma von Schokolade, Vanille oder Kaffee verdanken wir ebenfalls nur den Fermentationsprozessen von Mikroorganismen, die den bitteren Bohnen oder den Vanilleschoten den Geschmack verleihen, den wir so lieben.

Wer sind nun die Miniköche, die unsere Nahrung so köstlich machen? An der Fermentierung von Lebensmitteln sind eine ganze Reihe von unterschiedlichen Keimen beteiligt. Die Mikroben arbeiten entweder alle gleichzeitig oder gedeihen nacheinander und schaffen sich gegenseitig gute Bedingungen – sozusagen ein echtes mikrobiologisches Teamwork.
Die größte Gruppe sind die Milchsäurebakterien, die am Reifungsprozess erstaunlich vieler unserer Leibspeisen beteiligt sind – unter anderem Joghurt, Käse oder auch sahniger Crème fraǐche, Sauerkraut, Dauerwürsten oder asiatischen Fischsoßen. Die zweiten Hauptdarsteller im »Fermentierungstheater« sind die Hefen, vor allem Verwandte unserer Bäckerhefe Sacharomyces cerevisiae, die Alkohol und Kohlendioxid aus Fruchtsäften und anderen zuckerhaltigen Maischen produzieren und für Bier und Wein sorgen. Zur dritten Gruppe gehören die Spezialisten aus dem Reich der Schimmelpilze, die Alkohol bilden, Salami und Käse veredeln oder biotechnologische Wunder vollbringen können.

In einer lockeren Folge möchte ich euch hier im Blog die guten Hausgeister vorstellen, die unser Essen lecker und gesund machen. Die Fermentation ist aber ein sehr weites und vielfältiges Feld, daher muss ich mich auf einige ausgewählte Mikroorganismen beschränken, mit denen ihr sogar selbst zuhause fermentieren könnten.

Literatur zum Weiterlesen:

  • Sandor Katz:  Art of Fermentation, Verlag  INGRAM INTERNATIONAL INC 2013
  • Heiko Antoniewicz, Michael Podvinec, Thomas Ruhl: Fermentation, 256 S., Fackelträger Verlag Köln 2015

Mikrobiologische Grüße

Susanne

 


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Schimmelpilze als mikrobielle Bioböller

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Pilobus spec. ein Kot-liebender Schimmelpilz, der seine Sporen bis zu 2,5 Meter weit schießt (Bildquelle:  Wikimedia Commons)

 

Meet the Microbe 12/2015 – Ascobolus immersus, Pilobolus kleinii und Gibberella zeae

Der Jahreswechsel wird mit der üblichen Silvesterknallerei begangen. Seit Tagen rüsten sich die Hobbyfeuerwerker in den Verkaufsstellen mit diversen Raketen und anderen Flugkörpern aus. Aber es gibt auch eine biologische Alternative und damit meine ich nicht die Bioböller aus den 90er Jahren, die sich mangels Qualm und Knall nicht zum Verkaufsschlager entwickelt haben.

Nein, es geht um eine echte Alternative für Mikrobiologen. Ein besonderes Feuerwerk – und nur unter dem Mikroskop zu beobachten! Ohne Ohrensausen aber mit Spezialeffekten…

Die Protagonisten sind die Pilze Ascobolus immersus, Pilobolus kleinii und Gibberella zeae. Die ersten beiden sind kleine Jochpilze mit einer Vorliebe für Kuh-Dung. Die Schimmelpilze wachsen auf dem Mist von Kühen und anderen Pflanzenfressern, den sie zersetzen. Und damit haben sie ein großes Problem. Um von ihrem Kuhfladen wieder herunterzukommen, müssen sie ihre Sporen weit weg schleudern. Die Sporen landen optimalerweise auf grünem Gras, welches wiederum von Kühen gefressen wird.

Aber Kühe fressen verständlicherweise ungern neben ihren Exkrementen. Also haben die Pilze für die Verbreitung ihrer Sporen einen besonderen Trick entwickelt, um größere Entfernungen zu überwinden. Sie verschießen ihre Sporen mit Druck, teilweise  mit dem 180.000fachen der Erdbeschleunigung (Ascobolus immersus). Daneben sehen sogar Formel-1-Autos wie Schnecken aus.

Wie mikroskopisch kleine Katapulte oder Wasserpistolen feuert auch Pilobolus seine Sporen in Richtung des Sonnenlichtes durch die Luft. Dazu verfügen die Pilze über ein effektives Photorezeptor-System. Die Sporen können bis zu 25 Meter pro Sekunde (90 Km/h) erreichen. Die Kraft des Pilzes ist beeindruckend. Amerikanische Wissenschaftler haben es mit Ultrahochgeschwindigkeitskameras aufgezeichnet. Diese Pilzsporen gehören wohl zu den schnellsten Flugobjekten der belebten Natur. Treibende Kraft der pilzlichen Kanoniere ist ein enormer osmotischer Druck, der sich  im Fruchtkörper aufbaut.

Die Technik des Pilzes Pilobolus ist hier im Video als mikrobielles Feuerwerk zu bewundern – untermalt vom Amboss-Chor aus der Verdi-Oper Troubadour.

 

Ungeschlagener Rekordhalter ist aber der Maispilz Gibberella zeae. Der Getreideschädling ist wohl der stärkste Bioböller der Erde. Er schießt mit bis zu 870.000facher Erdbeschleunigung seine Sporen aus dem Fruchtkörper. Mit bis zu 130 km/Stunde können die Sporen durch die Luft fliegen. Aber die schnellsten Pilzgeschosse fliegen nicht am weitesten. Sie landen schon nach 5 Millimetern. Da muss keiner um seine Gesundheit fürchten. Aufgrund ihrer geringen Masse werden die Sporen vom Luftwiderstand rasch gestoppt.

 

In diesem Sinne.

Einen guten Rutsch und auf alle guten Dinge, die uns 2016 erwarten!

Ich freue mich über Eure Kommentare!

 

Quellen:

Trail et al. Ejection mechanics and trajectory of the ascospores of Gibberella zeae (anamorph Fuarium graminearum). Fungal Genet Biol. 2005 Jun;42(6):528-33.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15878295

Levi Yafetto et al. The Fastest Flights in Nature: High-Speed Spore Discharge Mechanisms among Fungi, 2008, DOI: 10.1371/journal.pone.0003237

http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0003237

 


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Blaugrüne Invasion im Obstregal

Draußen wintert es so vor sich hin. Richtiges Schnupfen- und Hustenwetter. Ich sollte unbedingt etwas für mein Immunsystem tun. Vitamin C muss her! Prima, ich habe doch noch Orangen im Regal. OBSTSALAT – darauf habe ich jetzt richtig Appetit!

Leider kann ich diese Klasse-Idee beim Hin- und Herwenden der ersten Orange gleich ad acta legen. Ein blau-grüner und etwas staubiger Pilz thront mitten auf der ersten Orange. Bei näherem Hinschauen hat er sich in der Obstbox auch schon etwas weiterverbreitet und andere Früchte „angepudert“. Zum Einkaufen ist es definitiv zu spät. Super, jetzt stehe ich in Nahrungskonkurrenz mit einer Mikrobe! Mist!

Orange Infiziert mit Penicillium digitatum @Susanne Thiele

Orange infiziert mit Penicillium digitatum
@Susanne Thiele

Aber um welchen Pilz handelt es sich eigentlich? Mein persönlicher Pilzexperte gibt einen Tipp per Ferndiagnose auf mein Täterfoto: Grün- oder Blauschimmel, typische Verderbniserreger an Zitrusfrüchten wie Orangen oder Zitronen. Fachlich korrekt heißen die Verdächtigen Penicillium digitatum (Grünschimmel) oder Penicillium italicum (Blauschimmel). Beide gehören zu den Pinselschimmeln, die so genannt werden, weil ihre  die Pilzsporen an den sogenannten Konidienträgern pinselartig angeordnet sind. Aha!

Schimmel_pinselschimmel_penicillium(@wikipedia)
Diese Pinselschimmel können ungeheure Massen an Sporen bilden, die sich vorwiegend auf dem Luftweg verbreiten. Wahre Kosmopoliten!
Die Zitrusfrüchte und ihr Saft sind ein idealer Nährboden für Mikroorganismen. Die Pilzsporen dringen in kleine Wundstellen der Orange ein und bilden dort weiße kreisförmige Pilzherde. Die Pilzhyphen, verzweigte Pilzfäden, werden als ein watteähnlicher Überzug sichtbar. Die Orangenhaut wird aufgelockert, etwas schmierig und später mit einem grünen oder blaugrünen Sporenteppich überzogen, der uns staubig erscheint.

Apropos Farbe. Hier kann man die beiden Täter gut unterscheiden. Der Grünschimmel (Penicillium digitatum) ist eher oliv-grün. Der Blauschimmel (Penicillium italicum) erscheint wirklich hübsch blaugrün fast türkis-farben.

Auch bei den Lagertemperaturen der Orangen bevorzugen die Pinselschimmelarten unterschiedliche Klimabedingungen.

Penicillium italicum kann sogar bei Kühltemperaturen um 4-10 Grad Celsius wachsen. Das macht eine effiziente Lagerung in Containern schwieriger. Die Früchte werden deshalb chemisch mit z. B. Diphenyl, Thiabendazol gegen Blau- und Grünschimmel behandelt, teilweise liegen aber hohe Resistenzen gegen diese Fungizide vor. Der Pilz bildet außerdem die toxischen Metabolite Verruculon und Italicinsäure, die giftig für den Menschen sind.
Der Grünschimmel Penicillium digitatum wächst gut bei Lagertemperaturen zwischen 20 – 25 Grad Celsius.

Die Orange, die ich im Experiment nach einer Woche ungestörten glücklichen Pilzwachstums nochmal fotografiert habe, zeigt beide Pinselschimmelarten mit den typischen Farbausprägungen. Die feindliche Übernahme meiner Obstkiste war also ein gemeinsames strategisches Unterfangen!

DSC_0047

Mich beruhigt, dass beide Pinselschimmel die Orangen trotz der Lagerbehandlung im Container überhaupt noch fressen! Etwas Natur scheint noch übriggeblieben zu sein. Und ich kaufe mir jetzt neue frische Bio-Orangen für mich alleine…

Ein Zeitraffer-Video der Cornell University, welches mit Penicillium italicum infizierte Orangen zeigt.