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Die Bedeutung des Ausdrucks Gärung hat sich mit dem Fortschritt der Wissenschaft gewandelt Die durch Ausgasung schäumend
Gärung
Die Bedeutung des Ausdrucks Gärung hat sich mit dem Fortschritt der Wissenschaft gewandelt.
| Übergeordnet |
|---|
| Energiegewinnung durch Oxidation organischer Stoffe |
| Untergeordnet |
| Milchsäuregärung Alkoholische Gärung Propionsäuregärung Buttersäuregärung Ameisensäuregärung 2,3-Butandiol-Gärung Aceton-Butanol-Ethanol-Gärung Malolaktische Gärung Nicht-glykolytische Gärung Gärung stickstoffhaltiger Verbindungen |
| Gene Ontology |
| QuickGO |
- Ältere Definition: erkennbare Veränderung biotischer (von Lebewesen gebildeter) Stoffe ohne Entstehung von Fäulnisgerüchen (mit oder ohne Zutritt von Luft).
- Neuere Definition: mikrobieller Abbau organischer Stoffe zum Zweck der Energiegewinnung ohne Einbeziehung externer Elektronenakzeptoren wie Sauerstoff (O2) oder Nitrat (NO3−).
Ältere Definition
Die Bezeichnung Gärung wurde ursprünglich angewendet auf erkennbare Veränderungen biotischer Stoffe – Veränderungen der Masse, verbunden beispielsweise mit Gasbildung, Erwärmung und Zersetzung, aber ohne Entstehung von Fäulnisgeruch. Der Einfluss von Luft wurde dabei nicht beachtet, auch dann nicht, als Sauerstoff entdeckt war. Dementsprechend wurden die Vorgänge bei der Umwandlung von Most in Wein, von Bierwürze in Bier und von Wein in Essig als Gärung bezeichnet. In der Technik ist das auch gegenwärtig noch üblich.
Forschungsgeschichte
Den Unterschied zwischen Fäulnis und Gärung lehrte der deutsche Arzt und Chemiker Johann Joachim Becher bereits um 1650. Er unterschied dabei auch die alkoholische („geistige“) von der (mit Essig- und Milchsäurebildung verbundenen) sauren Gärung. Um 1815 wurde die chemische Gleichung der alkoholischen Gärung von Joseph Louis Gay-Lussac aufgestellt. Eilhard Mitscherlich vermutete biologische Katalysatoren (Fermente), die nur in Kontakt mit Zucker treten und sich selbst nicht verändern.
Auf Basis von Mitscherlichs Ideen konnte Charles Cagniard de la Tour bei mikroskopischen Untersuchungen lebende Organismen nachweisen. Seiner Theorie zur Bedeutung von Hefezellen bei der Gärung wurde zunächst, unter anderem von Justus von Liebig, der diese Zellen als Nebenprodukt eines chemischen Vorgangs ansah, widersprochen.
Theodor Schwann fand, dass ein Fleischextrakt nach Erhitzen auf 100 °C in luftabgedichteten Behältern längere Zeit unzersetzt erhalten bleibt. Diese Versuche wiederholte er mit einer Zuckerlösung und konnte auch in diesem Fall die Gärung vermeiden.Friedrich Traugott Kützing fand heraus, dass das Gären von zuckerhaltigen Flüssigkeiten, verbunden mit Ethanol- und Kohlenstoffdioxidbildung (alkoholische Gärung), ein biotischer Vorgang ist und Bierhefe aus Mikroorganismen besteht.
Louis Pasteur erforschte 1857 die Milchsäuregärung und 1861 die Buttersäuregärung. Er entdeckte, dass die Mikroorganismen bei der Buttersäuregärung ohne Sauerstoff leben, stoffwechseln und wachsen können und dass Sauerstoff auf sie hemmend wirkt, was damals überraschend war. Auch bei anderen Arten der Gärung wurde nachgewiesen, dass Gärungsorganismen ohne Sauerstoff leben können.
Die Erkenntnis, dass die untersuchten Gärungen (alkoholische Gärung, Milchsäuregärung und Buttersäuregärung) ohne Sauerstoff ablaufen, wurde zunächst für alle Arten von Gärung als zutreffend angenommen. Später erkannte man jedoch, dass nicht alle Gärungen ohne Einbeziehung von Sauerstoff ablaufen, beispielsweise die Essigsäuregärung. Man hat deshalb neue, voneinander etwas abweichende Definitionen für Gärung formuliert, die aber alle Sauerstoff (O2) als Elektronenakzeptor ausschließen.
Neuere Definition
Die neue Definition für Gärung lautet: „Mikrobieller Abbau organischer Stoffe ohne Einbeziehung externer Elektronenakzeptoren wie beispielsweise Sauerstoff (O2) zum Zweck der Energiegewinnung.“
Ein Abbau organischer Stoffe kann grundsätzlich unter anaeroben oder aeroben Bedingungen stattfinden. Beispielsweise wird bei der sogenannten Essigsäuregärung Sauerstoff verbraucht. Dies entspricht aber nicht der neuen Definition. Die Essigsäuregärung ist demnach keine Gärung im neuen (naturwissenschaftlichen) Sinn.
Eine zusätzliche Unsicherheit wird dadurch verursacht, dass Gärung im Englischen als fermentation bezeichnet wird. Im Deutschen wird der Ausdruck Fermentation aber in mindestens drei verschiedenen Bedeutungen verwendet:
- Gärung in der neueren Bedeutung: biotischer Energiestoffwechsel ohne Einbeziehung von Sauerstoff.
- Veränderungen biotischen Rohmaterials, eingeleitet zur Herstellung bestimmter Produkte, beispielsweise Fermentation von Tabakblättern bei der Herstellung von Rauchtabak und Fermentation des Inhalts von Kakaofrüchten (einschließlich ihrer Samen) im Lauf der Herstellung von Kakaopulver und Schokolade. Dabei wird Sauerstoff nicht oder nur unvollständig ausgeschlossen.
- In der Biotechnik die gesteuerte Produktion von biotischen Stoffwechselprodukten, mit oder ohne Einbeziehung von Sauerstoff.
Gärungsarten
- 2,3-Butandiol-Gärung
- Alkoholische Gärung
- Ameisensäuregärung
- Buttersäuregärung
- Gemischte Säuregärung
- Homoacetatgärung
- Milchsäuregärung
- Propionsäuregärung
- Aceton-Butanol-Ethanol-Gärung
Bedeutung
Biologische Bedeutung
Im Vergleich zur Atmung wird bei Gärungen nur eine geringe Menge Energie gewonnen, da hierbei statt Citratzyklus und anschließender Atmungskette nur die Substratkettenphosphorylierung genutzt wird. Die Gärung ist jedoch ein Weg, um durch Substratkettenphosphorylierung schnell Adenosintriphosphat (ATP) zu bilden. Dies ist auch bei anaerob wachsenden Organismen vorteilhaft, da sie nicht auf den externen Elektronenakzeptor Sauerstoff angewiesen sind.
In manchen Fällen sind auch die Habitate höherentwickelter, aerob lebender Organismen sauerstoffarm. Quastenflosser und andere Meereswirbeltiere betreiben Gärung zur Deckung ihres Energiebedarfes, da sie in Tiefen leben, in denen die Konzentration gelösten Sauerstoffes gering ist. Auch Tintenfische beziehen einen Teil ihrer Energie aus der Vergärung von Pyruvat, dabei entsteht Octopin.
Organismen, die eine Gärung betreiben, nennt man auch (primäre) Gärer. Manche Mikroorganismen sind dagegen so genannte sekundäre Gärer: Sie nehmen die Gärprodukte primärer Gärer auf und vergären sie weiter zu Kohlenstoffdioxid (CO2), Acetat oder Wasserstoff (H2).
Technische Bedeutung
Gärungen werden vielfältig zur Herstellung, Veredelung und Konservierung von Lebensmitteln und Futtermitteln genutzt (vor allem die alkoholische Gärung und die Milchsäuregärung).
Siehe auch
- Fermentation
- Institut für Gärungsgewerbe
- Gärröhrchen
- Pasteur-Effekt
- Sauerteig
Literatur
- Katharina Munk (Hrsg.): Taschenlehrbuch Biologie: Mikrobiologie. Thieme, Stuttgart 2008, ISBN 978-3-13-144861-3.
- Reinhard Renneberg: Biotechnologie für Einsteiger. 2. Auflage. Elsevier Spektrum Akademischer Verlag, München 2007, ISBN 3-827-41847-X.
Weblinks
Einzelnachweise
- Otto Westphal, Theodor Wieland, Heinrich Huebschmann: Lebensregler. Von Hormonen, Vitaminen, Fermenten und anderen Wirkstoffen. Societäts-Verlag, Frankfurt am Main 1941 (= Frankfurter Bücher. Forschung und Leben. Band 1), S. 58 f.
- In: Comptes rendus de l’Academie des Sciences. Band 4, 1847, S. 903.
- Charles Cagniard-Latour: Mémoire sur la fermentation vineuse. In: Annales de chimie et de physique. Band 68, 1838, S. 206–222.
- Friedrich Wilhelm Gierhake: Asepsis. In: Franz Xaver Sailer, Friedrich Wilhelm Gierhake (Hrsg.): Chirurgie historisch gesehen. Anfang – Entwicklung – Differenzierung. Dustri-Verlag, Deisenhofen bei München 1973, ISBN 3-87185-021-7, S. 33–42, hier: S. 39.
- Pogg. Ann. d. Ph., 41, 184 (1837).
- Theodor Schwann: Vorläufige Mitteilung, betreffend Versuche über die Weingährung und Fäulnis. In: Annalen der Physik und Chemie. Band 41, 1837, S. 184–193.
- F. T. Kützing: Microscopische Untersuchungen über die Hefe und Essigmutter, nebst mehreren andern dazu gehörigen vegetabilischen Gebilden. In: Journ. prakt. Chem. Band 11, 1837, S. 385–409.
- Louis Pasteur: Mémoire sur la fermentation appelée lactique. (Extrait des l'auteur). In: Comptes rendus de l'Académie des Sciences. Bd. 45, 1857, S. 913–916.
- Louis Pasteur: Animalcules infusoires vivant sans gaz oxygène libre et déterminant des fermentation. In: Comptes rendus de l'Académie des Sciences. Bd. 52, 1861, S. 344–347.
- Franz Lafar: Die Essigsäure-Gärung. In: Franz Lafar (Hrsg.): Handbuch der Technischen Mykologie, Bd. V, Kap. 19, Gustav Fischer, Jena 1913.
- Alfred Pühler, Manfred Regitz und Rolf D. Schmid: Römpp Kompakt-Lexikon Biochemie und Molekularbiologie. Thieme, Stuttgart 2000; ISBN 3-13-116681-9; S. 200.
- Katharina Munk (Hrsg.): Taschenlehrbuch Biologie: Mikrobiologie. Thieme Verlag Stuttgart, New York 2008, ISBN 978-3-13-144861-3, S. 376.
Autor: www.NiNa.Az
Veröffentlichungsdatum:
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Die Bedeutung des Ausdrucks Garung hat sich mit dem Fortschritt der Wissenschaft gewandelt Die durch Ausgasung schaumende Oberflache eines garenden StoffesUbergeordnetEnergiegewinnung durch Oxidation organischer StoffeUntergeordnetMilchsauregarung Alkoholische Garung Propionsauregarung Buttersauregarung Ameisensauregarung 2 3 Butandiol Garung Aceton Butanol Ethanol Garung Malolaktische Garung Nicht glykolytische Garung Garung stickstoffhaltiger VerbindungenGene OntologyQuickGOAltere Definition erkennbare Veranderung biotischer von Lebewesen gebildeter Stoffe ohne Entstehung von Faulnisgeruchen mit oder ohne Zutritt von Luft Neuere Definition mikrobieller Abbau organischer Stoffe zum Zweck der Energiegewinnung ohne Einbeziehung externer Elektronenakzeptoren wie Sauerstoff O2 oder Nitrat NO3 Altere DefinitionDie Bezeichnung Garung wurde ursprunglich angewendet auf erkennbare Veranderungen biotischer Stoffe Veranderungen der Masse verbunden beispielsweise mit Gasbildung Erwarmung und Zersetzung aber ohne Entstehung von Faulnisgeruch Der Einfluss von Luft wurde dabei nicht beachtet auch dann nicht als Sauerstoff entdeckt war Dementsprechend wurden die Vorgange bei der Umwandlung von Most in Wein von Bierwurze in Bier und von Wein in Essig als Garung bezeichnet In der Technik ist das auch gegenwartig noch ublich ForschungsgeschichteDen Unterschied zwischen Faulnis und Garung lehrte der deutsche Arzt und Chemiker Johann Joachim Becher bereits um 1650 Er unterschied dabei auch die alkoholische geistige von der mit Essig und Milchsaurebildung verbundenen sauren Garung Um 1815 wurde die chemische Gleichung der alkoholischen Garung von Joseph Louis Gay Lussac aufgestellt Eilhard Mitscherlich vermutete biologische Katalysatoren Fermente die nur in Kontakt mit Zucker treten und sich selbst nicht verandern Auf Basis von Mitscherlichs Ideen konnte Charles Cagniard de la Tour bei mikroskopischen Untersuchungen lebende Organismen nachweisen Seiner Theorie zur Bedeutung von Hefezellen bei der Garung wurde zunachst unter anderem von Justus von Liebig der diese Zellen als Nebenprodukt eines chemischen Vorgangs ansah widersprochen Theodor Schwann fand dass ein Fleischextrakt nach Erhitzen auf 100 C in luftabgedichteten Behaltern langere Zeit unzersetzt erhalten bleibt Diese Versuche wiederholte er mit einer Zuckerlosung und konnte auch in diesem Fall die Garung vermeiden Friedrich Traugott Kutzing fand heraus dass das Garen von zuckerhaltigen Flussigkeiten verbunden mit Ethanol und Kohlenstoffdioxidbildung alkoholische Garung ein biotischer Vorgang ist und Bierhefe aus Mikroorganismen besteht Louis Pasteur erforschte 1857 die Milchsauregarung und 1861 die Buttersauregarung Er entdeckte dass die Mikroorganismen bei der Buttersauregarung ohne Sauerstoff leben stoffwechseln und wachsen konnen und dass Sauerstoff auf sie hemmend wirkt was damals uberraschend war Auch bei anderen Arten der Garung wurde nachgewiesen dass Garungsorganismen ohne Sauerstoff leben konnen Die Erkenntnis dass die untersuchten Garungen alkoholische Garung Milchsauregarung und Buttersauregarung ohne Sauerstoff ablaufen wurde zunachst fur alle Arten von Garung als zutreffend angenommen Spater erkannte man jedoch dass nicht alle Garungen ohne Einbeziehung von Sauerstoff ablaufen beispielsweise die Essigsauregarung Man hat deshalb neue voneinander etwas abweichende Definitionen fur Garung formuliert die aber alle Sauerstoff O2 als Elektronenakzeptor ausschliessen Neuere DefinitionDie neue Definition fur Garung lautet Mikrobieller Abbau organischer Stoffe ohne Einbeziehung externer Elektronenakzeptoren wie beispielsweise Sauerstoff O2 zum Zweck der Energiegewinnung Ein Abbau organischer Stoffe kann grundsatzlich unter anaeroben oder aeroben Bedingungen stattfinden Beispielsweise wird bei der sogenannten Essigsauregarung Sauerstoff verbraucht Dies entspricht aber nicht der neuen Definition Die Essigsauregarung ist demnach keine Garung im neuen naturwissenschaftlichen Sinn Eine zusatzliche Unsicherheit wird dadurch verursacht dass Garung im Englischen als fermentation bezeichnet wird Im Deutschen wird der Ausdruck Fermentation aber in mindestens drei verschiedenen Bedeutungen verwendet Garung in der neueren Bedeutung biotischer Energiestoffwechsel ohne Einbeziehung von Sauerstoff Veranderungen biotischen Rohmaterials eingeleitet zur Herstellung bestimmter Produkte beispielsweise Fermentation von Tabakblattern bei der Herstellung von Rauchtabak und Fermentation des Inhalts von Kakaofruchten einschliesslich ihrer Samen im Lauf der Herstellung von Kakaopulver und Schokolade Dabei wird Sauerstoff nicht oder nur unvollstandig ausgeschlossen In der Biotechnik die gesteuerte Produktion von biotischen Stoffwechselprodukten mit oder ohne Einbeziehung von Sauerstoff Garungsarten2 3 Butandiol Garung Alkoholische Garung Ameisensauregarung Buttersauregarung Gemischte Sauregarung Homoacetatgarung Milchsauregarung Propionsauregarung Aceton Butanol Ethanol GarungBedeutungBiologische Bedeutung Im Vergleich zur Atmung wird bei Garungen nur eine geringe Menge Energie gewonnen da hierbei statt Citratzyklus und anschliessender Atmungskette nur die Substratkettenphosphorylierung genutzt wird Die Garung ist jedoch ein Weg um durch Substratkettenphosphorylierung schnell Adenosintriphosphat ATP zu bilden Dies ist auch bei anaerob wachsenden Organismen vorteilhaft da sie nicht auf den externen Elektronenakzeptor Sauerstoff angewiesen sind In manchen Fallen sind auch die Habitate hoherentwickelter aerob lebender Organismen sauerstoffarm Quastenflosser und andere Meereswirbeltiere betreiben Garung zur Deckung ihres Energiebedarfes da sie in Tiefen leben in denen die Konzentration gelosten Sauerstoffes gering ist Auch Tintenfische beziehen einen Teil ihrer Energie aus der Vergarung von Pyruvat dabei entsteht Octopin Organismen die eine Garung betreiben nennt man auch primare Garer Manche Mikroorganismen sind dagegen so genannte sekundare Garer Sie nehmen die Garprodukte primarer Garer auf und vergaren sie weiter zu Kohlenstoffdioxid CO2 Acetat oder Wasserstoff H2 Technische Bedeutung Garungen werden vielfaltig zur Herstellung Veredelung und Konservierung von Lebensmitteln und Futtermitteln genutzt vor allem die alkoholische Garung und die Milchsauregarung Siehe auchFermentation Institut fur Garungsgewerbe Garrohrchen Pasteur Effekt SauerteigLiteraturKatharina Munk Hrsg Taschenlehrbuch Biologie Mikrobiologie Thieme Stuttgart 2008 ISBN 978 3 13 144861 3 Reinhard Renneberg Biotechnologie fur Einsteiger 2 Auflage Elsevier Spektrum Akademischer Verlag Munchen 2007 ISBN 3 827 41847 X WeblinksCommons Fermentation Sammlung von Bildern Videos und AudiodateienEinzelnachweiseOtto Westphal Theodor Wieland Heinrich Huebschmann Lebensregler Von Hormonen Vitaminen Fermenten und anderen Wirkstoffen Societats Verlag Frankfurt am Main 1941 Frankfurter Bucher Forschung und Leben Band 1 S 58 f In Comptes rendus de l Academie des Sciences Band 4 1847 S 903 Charles Cagniard Latour Memoire sur la fermentation vineuse In Annales de chimie et de physique Band 68 1838 S 206 222 Friedrich Wilhelm Gierhake Asepsis In Franz Xaver Sailer Friedrich Wilhelm Gierhake Hrsg Chirurgie historisch gesehen Anfang Entwicklung Differenzierung Dustri Verlag Deisenhofen bei Munchen 1973 ISBN 3 87185 021 7 S 33 42 hier S 39 Pogg Ann d Ph 41 184 1837 Theodor Schwann Vorlaufige Mitteilung betreffend Versuche uber die Weingahrung und Faulnis In Annalen der Physik und Chemie Band 41 1837 S 184 193 F T Kutzing Microscopische Untersuchungen uber die Hefe und Essigmutter nebst mehreren andern dazu gehorigen vegetabilischen Gebilden In Journ prakt Chem Band 11 1837 S 385 409 Louis Pasteur Memoire sur la fermentation appelee lactique Extrait des l auteur In Comptes rendus de l Academie des Sciences Bd 45 1857 S 913 916 Louis Pasteur Animalcules infusoires vivant sans gaz oxygene libre et determinant des fermentation In Comptes rendus de l Academie des Sciences Bd 52 1861 S 344 347 Franz Lafar Die Essigsaure Garung In Franz Lafar Hrsg Handbuch der Technischen Mykologie Bd V Kap 19 Gustav Fischer Jena 1913 Alfred Puhler Manfred Regitz und Rolf D Schmid Rompp Kompakt Lexikon Biochemie und Molekularbiologie Thieme Stuttgart 2000 ISBN 3 13 116681 9 S 200 Katharina Munk Hrsg Taschenlehrbuch Biologie Mikrobiologie Thieme Verlag Stuttgart New York 2008 ISBN 978 3 13 144861 3 S 376 Normdaten Sachbegriff GND 4155803 0 GND Explorer lobid OGND AKS