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Die legendäre Entdeckung von Louis Pasteur: Warum gären Bier und Wein so unterschiedlich?
Im Bereich der Biochemie bezeichnet die Fermentationstheorie die historische Untersuchung natürlicher Fermentationsprozesse, insbesondere der Alkohol- und Milchsäuregärung. Louis Pasteur leistete einen wichtigen Beitrag, indem er eine Theorie des Fermentationsprozesses formulierte, die ausschließlich auf Mikroorganismen beruhte, und seine experimentellen Ergebnisse legten den Grundstein für die Fermentationswissenschaft. Pasteurs Entdeckung beeinflusste nicht nur die Fermentationstheorie, sondern förderte auch die Entwicklung der Theorie der pathogenen Mikroorganismen, wodurch die Theorie der spontanen Erzeugung der Vergangenheit angehörte. Vor Pasteurs Forschungen waren die zugrunde liegenden biologischen und chemischen Prozesse nicht vollständig verstanden, obwohl der Mensch die Fermentationstechnologie schon seit Tausenden von Jahren nutzte.
Übersicht über die Fermentation
Fermentation ist ein anaerober Stoffwechselprozess, der Zucker in Säuren, Gase oder Alkohole umwandelt, insbesondere in einer sauerstoffarmen Umgebung. Hefen und viele andere Mikroorganismen nutzen üblicherweise die Fermentation, um die notwendige anaerobe Atmung durchzuführen. Sogar der menschliche Körper unterliegt bei längerem Training einer Fermentation. Beispielsweise sammelt sich beim Marathonlauf Milchsäure in den Muskeln an. Obwohl die Fermentation weniger ATP produziert als die aerobe Atmung, geschieht dies viel schneller.
Die Fermentation wird seit 5000 v. Chr. bewusst von Menschen genutzt. In Gefäßen, die im Zagros-Gebirge im Iran ausgegraben wurden, wurden mikrobielle Rückstände gefunden, die dem Weinherstellungsprozess ähneln.
Historischer Hintergrund
Vor Pasteurs Forschung gab es einige vorläufige konkurrierende Konzepte zur Fermentation. Justus von Liebig, ein Wissenschaftler, der großen Einfluss auf die Fermentationstheorie hatte, glaubte, dass die Fermentation in erster Linie ein Zersetzungsprozess sei, der durch die Einwirkung von Luft und Wasser auf Hefe verursacht werde. Im Gegensatz dazu glaubten Charles Caniard de la Tour und der Zelltheoretiker Théodore Schwann, dass die alkoholische Gärung auf biologischen Prozessen in der Hefe Saccharomyces cerevisiae beruhte.
Pasteur wies auf einige außergewöhnliche Eigenschaften hin, wie etwa die Fähigkeit von Amylalkohol, einem Nebenprodukt von Milchsäure und alkoholischer Gärung, „die Ebene des polarisierten Lichts zu drehen“ und „asymmetrische Atomanordnungen“. Diese Eigenschaften waren charakteristisch für organische Verbindungen, wurden jedoch zu Hindernissen für seine Forschung.
Pasteur beobachtete die für die alkoholische Gärung verantwortlichen Mikroorganismen im Jahr 1856 mit einem Mikroskop, als er Professor für Naturwissenschaften an der Universität Lille war. Der Legende nach baten Pasteurs Chemiestudenten ihn um Hilfe bei der Überwindung seiner Misserfolge bei der Weinherstellung. Bei Experimenten in einem Weingut bemerkte er, dass der Hefeschaum bei der Produktion von Milchsäure länger wurde, während er bei der Produktion von Alkohol runder und voller wurde. Unter anderem untersuchte er Partikel auf Weinreben, die das Vorhandensein lebender Zellen aufdeckten, die, wenn sie in Traubensaft getränkt wurden, einen aktiven alkoholischen Gärungsprozess auslösten. Diese Beobachtungen lieferten eine vorläufige Hypothese für seine zukünftigen Experimente.
Pasteurs Theorie der spontanen Zeugung
In den 1860er und 1870er Jahren kritisierte Pasteur Pouchets Theorie und führte seine eigenen Experimente durch. Sein erstes Experiment umfasste das Kochen von Zucker-Hefe-Wasser in einem luftdichten Gerät. Er stellte fest, dass die Zufuhr von sterilisierter Luft mit hoher Temperatur die Mischung unverändert ließ, während atmosphärischer Staub das Vorhandensein von Mikroorganismen und Schimmel erkennen ließ. Dies führte ihn zu dem Schluss, dass Staub in der Luft Mikroorganismen enthielt, die für die von ihm beobachtete „spontane Bildung“ verantwortlich waren.
Pasteurs Experimente bestätigten, dass das Wachstum von Bakterien in Nährlösungen durch einen biologischen Prozess unterstützt wurde, was die Theorie der spontanen Entstehung in Frage stellte.
Aktuelle Bewerbung
Heutzutage spielt der Fermentationsprozess eine wichtige Rolle in einer Vielzahl von Anwendungen im täglichen Leben, darunter Medikamente und die Herstellung von Getränken und Lebensmitteln. Derzeit beschäftigen sich viele Unternehmen wie Genencor International mit der Produktion von Enzymen im Fermentationsprozess und erzielen einen Jahresumsatz von über 400 Millionen US-Dollar. Darüber hinaus werden auch viele Arzneimittel, beispielsweise Antibiotika, durch den Fermentationsprozess hergestellt. Beispielsweise können Steroid-Medikamente durch Fermentation von Diosgenin, einem pflanzlichen Steroid, mithilfe von Enzymen hergestellt werden, die von Rhizopus nigricans bereitgestellt werden.
Hefe wird häufig bei der Herstellung verschiedener alkoholischer Getränke verwendet, darunter auch klassischer Mondschein, und auch Lebensmittel wie Joghurt sind Fermentationsprodukte, bei denen es sich um eine Fermentation handelt, die die Milchsäurebakterien Lactobacillus bulgaricus und Streptococcus thermophilus enthält . Molkerei.
Mit dem Fortschritt der Wissenschaft haben wir durch Pasteurs Forschung ein Verständnis für die verschiedenen mikrobiellen Mechanismen hinter der Bier- und Weingärung gewonnen. Allerdings wissen die Menschen immer noch sehr wenig über die potenziellen Fähigkeiten dieser Hefen und Mikroorganismen alte Technologien?
