83 POLYTECHNISCHE SCHULE | BERUFLICHE BILDUNG | ALLGEMEINBILDUNG Praxisbuch Biowissenschaften 65 2 Lebensmittel-Biotechnologie 2.5 Herstellung von Brot Prinzipiell ist zwischen Weizen- und Roggenteigen zu unterscheiden. Weizenteige werden mittels Backhefe gelockert, Roggenteige werden vor dieser Lockerung zusätzlich einer Milchsäuregärung unterworfen (daher der Name Sauerteig). Abb 2.27: Weißes Brot aus Weizenmehl Abb. 2.28: Dunkles Brot aus Roggenmehl Der Sauerteig kann zugegeben werden oder durch homo- bzw. heterofermentative Gärung von Lactobazillen im Brotteig entstehen. Als Lockerungsmittel wird die Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) eingesetzt, die bei Temperaturen zwischen 28 und 32 °C und einem pH-Wert von 4–5 ihre optimalen Wachstumsbedingungen erreicht. Die bei den Stoffwechselprozessen entstehenden Gase (für gewöhnlich CO2) führen zur Bildung von Bläschen im Teig. Dadurch und durch die weitere Expansion der Gasblasen beim Backen lockert der Teig auf und das Brot wird weich und somit genießbar. Eine zentrale Rolle in der Brotherstellung hat das Mehl. Hierbei ist nicht nur die Art des Getreides, sondern auch die Quellfähigkeit und die Zusammensetzung von Bedeutung: Neben der Stärke ist vor allem der Kleber, auch Gluten (Protein) genannt, bedeutsam, da er für die Elastizität und Dehnbarkeit des Teiges verantwortlich ist. Auch die Härte des Wassers und die Salzmenge haben neben geschmacklichen Auswirkungen Einfluss auf die Konsistenz des Brotes. Abb. 2.29: Prozessschema Brotherstellung; Schwaden: Backen mit Dampf (modifiziert nach Heiss) Teigbereitung Mehl und Flüssigkeit werden miteinander vermischt und intensiv geknetet. Dadurch kommt es zu einer Verteilung und Dehnung des Eiweißes und einer Vermischung mit der Stärke und den anderen Inhaltsstoffen des Getreidekorns. Die ideale Temperatur beträgt 24–30 °C. Es beginnen durch das Einsetzen der Gärung erste Lockerungsvorgänge. Teiglockerung Die zur Teiglockerung benötigte Hefemenge liegt zwischen 0,5 und 4 % und wird idealerweise bei einer Temperatur von 28–32 °C eingebracht. Sauerteig entsteht durch die Milchsäure- bzw. Essigsäuregärung, siehe Seite 56 und 62. Die Bäckerhefe beherrscht sowohl die Atmung als auch die alkoholische Gärung. Für die Atmung benötigt sie Sauerstoff (O2), die Gärung hingegen findet unter Ausschluss desselben statt. In beiden Fällen entsteht als Oxidationsprodukt Kohlenstoffdioxid (CO2). Da einige Menschen auf den Kleber von Getreiden (Gluten) allergisch reagieren, werden heute viele Lebensmittel „glutenfrei“ angeboten. Abb. 2.30: Das anstrengende Kneten von Brotteig übernehmen heute in größeren Bäckereien Maschinen. 64 Praxisbuch Biowissenschaften 2 Methoden der Lebensmittel-Biotechnologie Das Wichtigste nochmals in Kürze: ● Essig wird als Würz- oder Konservierungsmittel verwendet und enthält zwischen 5 und 16 % Essigsäure. ● Die Essigsäuregärung ist ein aerober Vorgang, bei dem Bakterien (Acetobacter, Gluconobacter) den aufgenommenen Alkohol zu Essigsäure oxidieren. ● Bei der diskontinuierlichen Essigproduktion wird Wein in offenen Kesseln zu Essig fermentiert (Orléans-Verfahren), wobei sich eine Kahmhaut aus Essigsäurebakterien an der Grenzfläche Substrat/Luft bildet. ● Bei der kontinuierlichen Essigsäureherstellung wird eine Essigmutter (Essigsäurebakterien aus vorhergegangener Gärung) z. B. an Buchenspänen fixiert und das Substrat langsam darüber verrieselt. Die Luft wird im Gegenstromprinzip durch den Reaktor gefördert. Kompetenz-Check Ich kann erklären, wie Speiseessig in Österreich ausschließlich hergestellt werden darf. Ich kenne die geschichtliche Bedeutung von Essig. Ich kann erklären, warum die Essiggärung keine Gärung ist, jedoch dennoch deutlich weniger Energie produziert als die Atmung. Ich kenne mehrere Ausgangsstoffe, aus denen Essig hergestellt werden kann. Ich kenne den Unterschied zwischen diskontinuierlichen und kontinuierlichen Verfahren zur Herstellung von Essig. Ich kann erklären, was eine Kahmhaut ist und warum man im Fall von Essigsäurebakterien auch Essigmutter zu ihr sagt. Ich kann erklären, wie man mittels Buchenholzspänen Essig herstellen kann und warum man heute auch manchmal Keramikaufwuchskörper dafür verwendet. 2.5 Herstellung von Brot In diesem Abschnitt erfahren Sie, ● welche verschiedenen Brotarten es gibt und wie sie hergestellt werden, ● welche mikrobiellen Vorgänge an der Herstellung von Brot beteiligt sind, ● den Unterschied zwischen Kruste und Krume. Brot ist eines der ältesten biotechnologisch hergestellten Grundnahrungsmittel, Berichte gehen bis ins antike Ägypten (4000 v. Chr.) zurück. Aus Getreidemehl, Flüssigkeit und einem Triebmittel (jede Form der Gasbildung) wird ein Teig hergestellt, der durch Backen im Ofen zum fertigen Produkt Brot wird. Dabei können die unterschiedlichsten Getreide und Techniken zum Einsatz kommen, sodass die Bezeichung „Brot“ für ein sehr breites Spektrum von Produkten, die sich bezüglich Geschmack, Form, Aussehen, Haltbarkeit etc. unterscheiden können, zutrifft. Allen gemeinsam ist das Vorhandensein einer Kruste (äußere Hülle) und der Krume (das Innere des Brotes). Arbeitsanleitungen zur Herstellung von Brot finden Sie ab Seite 141. Abb. 2.26: Getreide sind speziell gezüchtete Gräser mit einem besonders hohen Ertrag an Samen (Körnern). Zu den am häufigsten angebauten Sorten zählen: Weizen, Hafer, Mais, Roggen, Gerste, Hirse und Reis. Abb. 2.25: Außen die Kruste, innen die Krume Praxisbuch Biowissenschaften 27 1 Methoden der Mikrobiologie 1.2 Qualitative und quantitative mikrobiologische Untersuchungen Zur Untersuchung von Flüssigkeiten können folgende Verfahren eingesetzt werden: ● Probenaliquot auf Petrischale ausstreichen, z. B. mit Drigalskispatel, fraktionierter Ausstrich mit einer Impföse; wenn erforderlich, Probe zuerst verdünnen ● Sterilfiltration eines definierten Probevolumens, Auflegen des Filters auf einen Nährboden Zur Vermehrung von Pilzen kann ein Teil des Myzels mit einer sterilisierten Pinzette auf den Nährboden aufgelegt werden. Gewinnung von Mikroorganismen aus der Umwelt Anzucht von Pilzen aus der Umwelt Pilzsporen sind ein Bestandteil von Staub. Pilzsporen findet man daher in der Luft bzw. in konzentrierter Form auf Kehrgeräten (Besen). Da viele Pilze auch bei niedrigen pH-Werten gedeihen, können sie auch von der Oberfläche von Früchten bzw. anderen Pflanzenteilen gewonnen werden. Üblicherweise wird zur Anzucht ein Universalnährmedium für Pilze gewählt. Universalnährmedien für Pilze sind z. B. Malzextraktagar, Würzeagar oder Sabouraudagar. Anzucht von Bakterien aus der Umwelt Bakterien findet man an feuchten Standorten, z. B. bei Waschbereichen, in WC-Anlagen. Besonders keimreich sind Oberflächen, die häufig angegriffen und wenig gereinigt werden (z. B. Computertastaturen, Schlüssel). Eine ergiebige Quelle für Bakterien sind auch Reinigungstücher. Abb. 1.63: Computertastaturen sind gute Quellen zur Gewinnung von Bakterien. Abb. 1.64: Auch Reinigungstücher aus dem Küchenbereich sind reich an Bakterien. Bebrütung Nach der Beimpfung wird bei einer geeigneten Temperatur bebrütet. Die geeignete Temperatur und der Bebrütungszeitraum hängen vom jeweiligen Mikroorganismus ab. Beides muss daher protokolliert werden. Geeignete Bebrütungsbedingungen, Beispiele: ● viele Pilze: 30 ºC, 3 bis 4 Tage ● Bakterien aus der Umwelt: 30 ºC, 2 Tage ● E.coli: 37 ºC, über Nacht Die Bebrütung von Petrischalen sollte nicht mit dem Deckel nach oben erfolgen, da sich bei höheren Temperaturen Kondenswasser bildet, das auf die Kolonien tropfen könnte. Die Keime würden sich auf die gesamte feuchte Fläche verteilen und wären nicht mehr getrennt wahrnehmbar. Der fraktionierte Ausstrich ist auf Seite 28 beschrieben. Das Ausstreichen mithilfe eines Drigalskispatels ist auf Seite 129 erklärt. Abb. 1.62: An der Oberfläche von Weintrauben finden sich unterschiedliche Hefen. Abb. 1.61: Staubige Besen sind exzellente Quellen für Pilzsporen. Das Wort „Bebrütung“ schreibt man trotz des langgezogenen „ü“ nicht mit „h“! Abb. 1.65: Korrekte Bebrütung von Petrischalen mit dem Deckel nach unten Eine Kolonie ist eine Ansammlung einer größeren Organismenzahl nach Vermehrung auf einem festen Nährmedium. Kondenswasser: aus Wasserdampf entstandene Wassertropfen Werden viele Platten gleichzeitig bebrütet, sollten diese mit Klebeband zusammengeklebt werden: So wird vermieden, dass sich die Platten bei Arbeiten im Brutschrank unbeabsichtigt öffnen. 26 Praxisbuch Biowissenschaften 1 Methoden der Mikrobiologie 3. Sie entnehmen E.coli-Zellen von einer Nähragarplatte und wollen sie in LB-Medium weiter kultivieren. Erläutern Sie, welchen Vorteil es bietet, eine Vorkultur anzulegen. Eine Vorkultur zu machen bedeutet, die E.coli im gleichen Medium zu züchten, bevor die eigentliche im gleichen Medium zu züchten, bevor die eigentliche Kultur angelegt wird. Kulturgefäße Für Flüssigkulturen werden häufig Erlenmeyerkolben verwendet, da das Medium – bei geringer Befüllung – sehr gut geschüttelt werden kann und aerobe Organismen dadurch gut mit Sauerstoff versorgt werden können. Die Erlenmeyerkolben werden (vor der Sterilisation) mit einem luftdurchlässigen Metallverschluss oder mit Watte zugedeckt (zur Wirkung der Watte als Tiefenfilter siehe S. 16). Im kleineren Maßstab können Kulturröhrchen, die mit einer Metallkappe („Kapsenbergverschluss“) abgedeckt sind, verwendet werden. Die Durchmischung des Mediums ist allerdings schlechter als in Erlenmeyerkolben. Feste Kulturen werden meist in Petrischalen („Platten“) angelegt. Abb. 1.60: Plattenkulturen Probenahme Flüssige oder feste Kulturmedien können entweder mit einer Probe (z. B. Lebensmittelprobe) oder mit den Zellen einer Reinkultur beimpft werden. Geräte zur Beimpfung flüssiger Medien: ● Pipette, evtl. Drigalskispatel Geräte zur Beimpfung fester Medien: ● Impföse: für Bakterien, Hefen ● Impfnadeln: für Schimmelpilze Beimpfung fester Medien Zur Untersuchung von Luft können folgende Verfahren eingesetzt werden: ● Öffnen einer Petrischale mit Nährboden für einen definierten Zeitraum (z. B. 10 min) ● Filtration eines definierten Luftvolumens durch einen Bakterienfilter und Auflegen des Filters auf die feste Nährbodenoberfläche Zur Untersuchung von Oberflächen kann folgendes Verfahren eingesetzt werden: ● Print (= Abklatsch): kurzfristiges Auflegen des zu untersuchenden Gegenstands oder Nutzung eines Klebestreifens zur Übertragung der Keime auf den Nährboden Abb. 1.58: Röhrchen mit Kapsenbergverschluss; Kulturröhrchen haben – im Gegensatz zu Eprouvetten (Reagenzgläsern) – keinen gebogenen Rand. Die meisten Bakterien bleiben bei Poren mit 0,2 µm im Filter hängen. Abb. 1.59: Kulturröhrchen NATURWISSENSCHAFTEN > Biologie und Mikrobiologie Praxisbuch Biowissenschaften Ebert, Neumann, Pichler-Wallace, Schocher, Stacher Schultyp: 4100 E E-Book Biowissenschaften praxisnah Der Band Praxisbuch Biowissenschaften vermittelt kompakt den theoretischen Hintergrund für das Verständnis von typischen Arbeitstechniken des Life-Science-Bereichs (Mikrobiologie, Biotechnologie, Gentechnik, Zellkultur) und stellt für Schüler*innen verständliche und im Unterricht erprobte Arbeitsanleitungen zur Verfügung. Info zum Buch → Methoden ⊳ der Mikrobiologie ⊳ der Lebensmittelbiotechnologie ⊳ der Molekularbiologie ⊳ der Zellkultur → Arbeitsanleitungen ⊳ 1: Protokollierung ⊳ 2: Mikroskopie ⊳ 3: Sterilisations- und Desinfektionsverfahren ⊳ 4: Herstellung von Nährmedien ⊳ 5: Zell- und Keimzahlbestimmungsverfahren ⊳ 6: Agardiffusionstest auf Penicillin G-Empfindlichkeit ⊳ 7: Lebenmittelmikrobiologie ⊳ 8: Molekularbiologische Methoden ⊳ 9: Aseptische Arbeitstechnik für den Zellkulturbereich Titel E-Book E-Book Solo Praxisbuch Biowissenschaften 175612 € 33,45 – E
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