Gütenbachhof

Fermentation gibt es seit dem Paläolithikum, auch Altsteinzeit genannt. Das war vor  2,5 Millionen Jahren.

Ein Fermentationssystem ist prinzipiell aus 3 Komponenten aufgebaut: dem Substrat (Gemüse, Milch, Fleisch), Mikroorganismen (Bakterien, Hefen, Pilze) und den Umweltbedingungen.

 

Durch die Nährstoffe aus dem Lebensmittel beziehen die Mikroorganismen ihre Energie um zu leben und sich zu vermehren und wandeln diese im Rahmen ihres Stoffwechsels z.B. in Säure, Gase oder Alkohol um.

 

Die Fermentation bewirkt am Lebensmittel eine beachtliche Umwandlung betreffend Geschmack, Textur, oft auch Farbe, sowie den Nährwert und die mikrobielle Sicherheit des Essens betreffend.

Das menschliche Interesse an Fermentation begründet sich auf 4 potentiellen Vorteilen

1)  verbesserte Haltbarkeit und mikrobielle Sicherheit

2)  größerer Anteil gesundheitsfördernder Inhaltsstoffe

3)  Veränderung der organoleptischen Eigenschaften wie Geschmack, Textur, Geruch

4)  Produktion eines aktiven probiotischen Lebensmittels

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In der Lebensmittelherstellung spielt die Fermentation eine zentrale Rolle.

Die Herstellung von Sauerkraut, Kimchi, Tsukemono, Miso oder Natto sind klassische Beispiele fermentierter Lebensmittel 

Weitere Vorgänge sind die Herstellung von Milchprodukten wie Joghurt oder Käse, die Herstellung von Tofu oder Rohwurst (beispielsweise Salami) , Mixed Pickles aus Rettich, Kürbis, Zwiebel oder Oliven und letztlich die Erzeugung von alkoholischen Getränken wie Bier, Wein oder Whisky..

 

 

Der Fermentationsprozess wird durch einige einfache Schritte ausgelöst, wie Salzzugabe und anaerobe Bedingungen. 

Obwohl in manchen Fällen die Mikrobengesellschaft nicht genau bekannt ist, konnte festgestellt werden, dass in vielen Fällen Laktobazillen involviert sind. Die Mikrobengesellschaft besteht zumeist aus sehr vielen Spezies.

 

Es konnte nachgewiesen werden, dass positive Veränderungen der bioaktiven Komponentenim Zuge der Fermentation stattfinden:

 

1) Erhöhung der Nährstoffdichtedurch Zunahme an Proteinen, Peptiden und Aminosäuren.

Besonders für Vegetarier ist das wichtig, da die Aminosäurezusammensetzung dadurch dem Fleisch ähnlicher wird.

 

2) Die Hydrolyse phenolischer Komponenten, wie Gallussäure und Gerbsäure zu hochwirksamen Antioxidantien(Hydroxytyrosol und Pyrogallol). Bei Kaffee- und Zimtsäure- findet man ähnliche Effekte. Neben der Bildung von Antioxidantien kann auch die Bioverfügbarkeit der Polyphenole positiv beeinflusst werden.

 

3) Glucosinolate (die Stoffe, die im Kohl antikanzerogen wirken) bilden Derivate mit erhöhter antioxidatver Wirkung. Auch die Aktivität der Radikalfängerwird durch Fermentation erhöht.

Die Bioverfügbarkeitder Glucosinolate wird erhöht.

 

4)Bioaktive Peptidewerden während des Fermentationsprozesses aus größeren Proteinmolekülen (die keine Bioaktivität besitzen) durch enzymatische Proteolyse hergestellt. Gesundheitliche Wirkungen der bioaktiven Peptide sind ein positiver Einfluss auf das Immunsystem und entzündliche Prozesse im Körper, sowie auf das Cardiovaskuläre System. Auch wurden anti-arteriosklerotische Effekte und eine Regulation des Blutdruckes festgestellt. Sie besitzen auch erhöhte Aktivität freie Radikale zu fangen. 

 

5) Sekundärmetaboliten die durch Fermentation entstehen haben nachweislich bedeutende gesundheitliche Wirkungen. Dazu zählen Isoflavone, Polyphenole und mehrfach ungesättigte Fettsäuren. Sorbitol und Mannitol werden gebildet und haben indirekt positiven Einfluss durch ihren geringeren glykämischen Index verglichen mit Glukose, somit weniger Belastung bezüglich der Insulinproduktion. Weiters werden kurzkettige Fettsäure, wie Butyrate produziert, die für die Darmzellen schützend sind und dem antikanzerogene Eigenschaften auf die Darmzellen nachgewiesen wurden.

Die Fermentation ergibt auch einen erhöhten Vitamingehalt im Lebensmittel. Besonders bemerkenswert ist die Zunahme der Vitamine der B Gruppe und Vitamin K.

 

6)Produktion von Exopolysacchariden (EPS) durch Laktobazillen. Das sind langkettige Zuckerpolymere aus Glucose- Fructose- oder Galactose-Einheiten, die prebiotische Eigenschaften haben (z,B, Inulin). Das heißt, sie stimulieren das Wachstum und unterstützen das Überleben probiotischer Bakterien. Weiters wurden bei EPS immunmodulierende sowie antikanzerogene und antioxidative Eigenschaften nachgewiesen.

 

7)Reduktion von Giftstoffenund schädlichen Stoffen: Lactobazillen sind in der Lage, die Stoffe (wie Phytinsäure, Saponine, Tannine oder Trypsin Inhibitoren) zu neutralisieren.  

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                                          Spannendes über Bakterien

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Da die Fermentation von Bakterien durchgeführt wird, ist ein kleiner Exkurs in die Welt der Bakterien sehr aufschlussreich.

Die Bakterien(ugs. Auch Bazillen) bilden neben den Eukaryoten und Archaeen eine der drei grundlegenden Domänen, in die alle Lebewesen eingeteilt werden.

Bakterien sind (wie die Archaeen) Prokaryoten, das bedeutet, ihre DNA ist nicht in einem vom Cytoplasma durch eine Doppelmembran abgegrenzten Zellkern enthalten wie bei Eukaryoten, sondern bei ihnen liegt die DNA wie bei allen Prokaryoten frei im Cytoplasma, und zwar zusammengedrängt in einem engen Raum, dem Nucleotid (Kernäquivalent). 

Bakterien kommen in verschiedenen äußeren Formen vor (hier einige Beispiele): 

•      kugelförmig, sogenannte Kokken

•      zylinderförmig, sogenannte Stäbchen mit mehr oder weniger abgerundeten Enden

     

•      mit Stielen

•      mit Anhängen

 

Oft kommen Bakterien in Aggregaten vor: 

•      flächige Anordnung kugelförmiger Zellen

•      regelmäßige dreidimensionale Anordnung von Kugeln

•       in Röhren eingeschlossene Stäbchenketten

 

Die Größe von Bakterien ist sehr unterschiedlich: Bei den kleinsten Arten (Durchmesser 0,1 µm) haben auf einem Millimeter 10.000 Bakterien nebeneinander Platz. Die größte Bakterienart ist 0,7 mm im Durchmesser und kann mit freiem Auge gesehen werden. Das menschliche Auge hat eine Auflösung von etwa 50 µm.

Bakterien besitzen zumeist eine Zellwand, alle besitzen Cytoplasma mit Cytoplasmamembran und Ribosomen. Die DNA liegt als strangförmiges, in sich geschlossenes Molekül – ein so genanntes Bakterienchromosom – frei im Cytoplasma vor. 

Häufig befindet sich im Cytoplasma weitere DNA in Form von kleineren, ebenfalls strangförmigen, in sich geschlossenen Molekülen, den Plasmiden, die unabhängig vom Bakterienchromosom vervielfältigt und bei der Fortpflanzung weitergegeben werden oder von einem Individuum auf ein anderes übertragen werden können. Oft befinden sich auf derartigen Plasmiden genetische Informationen, die zum Beispiel bestimmte Fähigkeiten von den Bakterien möglich machen. Zum Beispiel die Produktion von Vitaminen oder das Zerlegen von bestimmten organischen Stoffen.

Lebensweise und Stoffwechsel der Bakterien sind sehr unterschiedlich ausgeprägt. 

So gibt es 

•      Bakterien, die Sauerstoff benötigen (aerobe Bakterien oder Aerobier), 

•      Bakterien, für die Sauerstoff Gift ist (obligat anaerobe Bakterien oder obligate Anaerobier), 

•      und Bakterien, die tolerant gegenüber Sauerstoff sind (fakultative Anaerobier). 

Die Vermehrung der Bakterien erfolgt asexuell durch Zellteilung. Alle Nachkommen der asexuellen Vermehrung weisen ein identisches Genom auf und bilden daher einen Klon. 

Bei günstigen Umweltbedingungen kann die Teilungsrate bei 3 Teilungen pro Stunde liegen.

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           Was sind Milchsäurebakterien?

 

 

Die Milchsäurebakterien (auch Laktobazillen genannt) sind anaerobe Bakterien, die Kohlenhydrate zu Milchsäure abbauen (Milchsäuregärung). 

 

Milchsäurebakterien kommen bei Menschen und Tieren vor. Sie besiedeln den Verdauungstrakt. 

Sie sind zur Energiegewinnung auf Kohlenhydrate angewiesen, die sie in einer Gärung verwerten. 

Kennzeichen dieses fermentativen Stoffwechsels ist, dass die Substrate (Moleküle) ohne Sauerstoff (anaerob) abgebaut werden. 

 

Nach den Produkten, die bei der Milchsäuregärung entstehen, unterscheidet man zwischen homofermentativen und heterofermentativen Milchsäurebakterien.

 

Homofermentative Arten produzieren als Endprodukt beinahe ausschließlich (> 90 %) Milchsäure bzw. Lactat, das Anion der Milchsäure. 

Heterofermentative Arten erzeugen neben Milchsäure zu einem bedeutenden Teil auch andere Endprodukte, meist Ethanol und Kohlenstoffdioxid, manchmal auch Essigsäure. 

 

Durch die Milchsäuregärung wird der pH-Wert in der Lösung der Milchsäurebakterien auf etwa pH = 3,5 abgesenkt. Dies führt bei vielen anderen Bakterien dazu, dass sie sich dort nicht mehr vermehren können bzw. absterben. So werden unter anderem Clostridien, Listerien oder Coliforme Bakterien im Wachstum gehemmt. Diese Auswirkung erweist sich als positiv bei der Herstellung von Lebens- oder Futtermitteln. 

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           Bakterien auf und im Menschen

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Ein Mensch besteht aus etwa 10 Billionen Zellen, auf und in ihm befinden sich etwa zehnmal so viele Bakterien.

 

Im Mund eines Menschen leben insgesamt etwa 10 Milliarden Bakterien. 

Auf der menschlichen Haut befinden sich bei durchschnittlicher Hygiene etwa hundertmal so viele Bakterien, nämlich insgesamt etwa eine Billion, allerdings sehr unterschiedlich verteilt: an den Armen sind es nur wenige tausend, in fettigeren Regionen wie der Stirn schon einige Millionen und in feuchten Regionen wie den Achseln mehrere Milliarden pro Quadratzentimeter. Dort ernähren sie sich von rund zehn Milliarden Hautschuppen, die täglich abgegeben werden, und von Mineralstoffen und Lipiden, die aus den Hautporen abgeschieden werden. 

 

99 % aller im und am menschlichen Körper lebenden Mikroorganismen, nämlich mehr als 100 Billionen mit mindestens 400 verschiedenen Arten, darunter vorwiegend Bakterien, leben im Verdauungstrakt, vor allem im Dickdarm und bilden die sogenannte Darmflora oder das Mikrobiom. 

 

Sogar in der Lunge gesunder Menschen wurden in jüngster Zeit aufgrund einer neuen Untersuchungsmethode 128 Arten von Bakterien entdeckt. Bis dahin waren Mikrobiologen nie in der Lage gewesen, im Labor Bakterien aus der Lunge zu vermehren. Daher dachte man, die Lunge sei steril. 

Im Zuge des „Mikrobiom Projekts“ wird von Forschern an einem Bakterienatlas gearbeitet. Die Ergebnisse bisher sind jetzt schon erstaunlich, obwohl das gesamte Projekt als noch in den Kinderschuhen befindlich bezeichnet wird.

Die meisten Bakterien im Darm sind harmlos, oder sogar hilfreich. Das Darmmikrobiom eines Menschen wiegt bis zu 2 kg. In 1 g Kot befinden sich mehr Bakterien als es Menschen auf der Erde gibt.

Die Aufgaben der Mikrobengemeinschaft sind:

• Sie spalten unverdautes Essen auf.

• Sie versorgen den Darm mit Energie.

• Sie stellen Vitamine her

• Sie bauen Gifte bzw. Medikamente ab.

• Sie trainieren das Immunsystem.

 

Bakterien sind kleine Produzenten und stellen verschiedene Stoffe her: darunter Säuren, Gase oder Fette. 

 

Bei medizinischen Studien wurde festgestellt, dass im Falle von Übergewicht, Mangelernährung, Nervenkrankheit, Depression veränderte Bakterienverhältnisse im Darm vorliegen. 

 

Die Verteilung der Bakterien im menschlichen Verdauungstrakt ist nicht regelmäßig. So finden sich in den oberen Abschnitten weniger und in den unteren Abschnitten wie Dickdarm und Rektum äußerst viele Bakterien.

Die Darmmikroben erweisen sich jedoch als schwierig zu erforschen, denn sie lassen sich unter Laborbedingungen nur selten vermehren.

Bisher wurden mehr als 1000 verschiedene Bakterienspezies im Darm gefunden, dazu kommen auch noch Viren, Hefen, Pilze und Einzeller.

 

Man hat festgestellt, dass sich die Bakterien den Ernährungsgewohnheiten anpassen. So wurden bei Kindern in Afrika Bakterien im Darm gefunden, die auch die faserigste pflanzenreiche Nahrung aufspalten können. 

In Japan wurde herausgefunden, dass Bakterien ein Gen von Meeresbakterien geborgt haben und dadurch Meeresalgen aufspalten können.

 

Viele Faktoren tragen außerdem dazu bei, wie das Darmmikrobiom aussieht: Lebensstil, Umweltbedingungen, Partner, Krankheiten, Hobbies zählen dazu.

 

Interessant ist auch, dass sich anhand der Stoffwechselprodukte der Bakterien ein erhöhtes Risiko für Allergien, Asthma, Neurodermitis vorhersagen lässt.

 

Nach aktuellen Forschungen wird die Menschheit in 3 Darmtypenaufgeteilt. Und zwar je nachdem, welche Familie den größten Teil der Bakterien ausmacht. Vorhanden sind jedoch immer alle.

 

Diese sogenannten Enterotypen sind die Bakteroides, Prevotella und Ruminococcus.

Sie unterscheiden sich dahingehend, dass sie Nahrung auf verschiedene Weise aufspalten, diverse Stoffe herstellen oder bestimmte Gifte entgiften. Bakterien haben einen enorm großen Pool an Fähigkeiten.

 

Bakteroides: mögen besonders Fleisch und gesättigte Fettsäuren. Sie spalten alles gut auf und leiten die Kalorien weiter. Sie produzieren besonders viel Vitamin H oder Biotin.

(Daher kommt wahrscheinlich das Symtom des Biotinmangels bei Antibiotikagabe).

 

Prevotella: sie haben, wie die Bakteroides auch Kollegen, mit denen sie besonders gerne zusammenarbeiten. Sie verarbeiten Proteine und produzieren Schwefelverbindungen und Thiamin (= Vit. B1). Das ist eine Nervenzellen Nahrung.

 

Ruminococcus: produzieren unter anderem Häm, das ist essentiell für die Bildung von roten Blutkörperchen. 

 

Die Darmbakterien halten sich dort auf, wo die Verdauung von Nahrung (im Zuge des oxidativen Intermediär-Stoffwechsels) schon abgeschlossen ist und nur noch das Unverdaute durchtransportiert wird: im Dickdarm.

 

Wenn zu viele der Bakterien in den Dünndarm wandern, so wird das „Bakterial Overgrowth“ genannt und ergibt ein Krankheitsbild, das mit Blähungen, Bauchschmerzen, Gelenksschmerzen, Darmentzündung, Nährstoffmangel und Blutarmut einhergehen kann.

Unsere Nahrung besteht zu 90 % aus dem, was wir essen und etwa zu 10 % aus dem, was unsere Darmbakterien uns füttern.

 

Bakterien können auch Stoffe herstellen, welche die Blut/Hirn Schranke durchqueren: dazu gehören z.B. Tyrosin und Tryptophan. Diese Aminosäuren werden im Hirn zu Dopamin und Serotonin umgewandelt. 

 

Daraus ergibt sich, dass die Belohnungs- und Sattheits-Signalstoffe von Bakterien gebildet werden. Die Bedeutung von bakteriengerechter prebiotischer (also ballaststoffreicher) Ernährung wird dadurch erklärbar. 

 

Auch in Bezug auf Cholesterin wird den Bakterien eine bedeutende Rolle zugeteilt. Cholesterin am richtigen Ort im Körper ist ja sogar essentiell, da es für die Produktion von Sexualhormonen, für die Zellmembran und für die Herstellung von Vitamin D gebraucht wird. Zu viel davon am falschen Ort kann jedoch auch schaden.

 

In Tierversuchen konnte nun bereits nachgewiesen werden, dass ein bestimmtes Milchsäurebakterium (Laktobazillus Plantarum) bei regelmäßiger Einnahme deutlich die Cholesterinwerte senken konnte, ebenso die Blutfettwerte und die Arteriosklerose-Rate. Das für den Körper gute HDL Cholesterin konnte erhöht werden.

 

Es gibt unter den Bakterien auch solche, die wir nicht so gerne in großer Zahl im Körper haben. Dazu zählen Salmonellen in großer Anzahl (eine kleine Anzahl kann das Immunsystem abwehren), ebenso wie Heliobakter, Toxoplasmen oder Parasiten wie Madenwürmer.

Etwa 95 % der Bakterien tun dem Körper nichts schlechtes, im Gegenteil, sie helfen uns sehr. 

 

Man hat festgestellt, dass übertriebene Hygiene und ein zu steriler Haushalt sehr zu Allergien und Autoimmunkrankheiten beitragen kann. 

Probiotische Speisen enthalten lebende Bakterien. Jedoch nicht alle Bakterienarten sind verdauungsresistent. Immerhin haben wir im Magen ein saures Milieu von etwa pH = 2. Da sterben die meisten Bakterienarten. Bei einigen Laktobazillen ist es jedoch erwiesen, dass sie lebend im Dickdarm ankommen. 

Von einer für den Verdauungstrakt sinnvollen Menge probiotischer Bakterien spricht man ab etwa 109Bakterien.

 

Diese probiotischen Bakterien habe viele positive Fähigkeiten.

Dazu zäht die Produktion von Butyrat, das wie ein Balsam für den Darm ist. Es ist das Salz der Buttersäure, die eine Fettsäure ist. 

Weiters wird der Darm auch durch die Bakterien in Bewegung gehalten, wie bei einer Massage.

Gute probiotische Bakterien verteidigen außerdem ihr Revier (Darm). Sie vertreiben schlechte Bakterien, indem sie kleine Mengen Antibiotika, Abwehrstoffe und Säuren herstellen. Das ist wie ein Sicherheitsservice für den Darm. Zu guter Letzt sind probiotische Bakterien auch die besten Sicherheitsberater für unser Immunsystem. 

Durch diese Fähigkeiten ergibt sich für uns ein gesundheitlicher Nutzen, wie zum Beispiel der 

• Schutz vor Allergien, Durchfall- und Darmerkrankungen, 

• eine Stärkung des Immunsystems

• positiver Einfluss auf das Atmungssystem

• Linderung von Verdauungsbeschwerden oder Reisedurchfall, 

• Reduktion von Laktose-Unverträglichkeit, Übergewicht, entzündlichen Gelenksbeschwerden oder Diabetes.

 

Wichtig dabei ist immer, die Einnahme probiotischer Speisen (in kleinen Mengen) über mindestens 4 Wochen fortzusetzen. 

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                    Litaraturliste

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1. Exploitation of vegetables and fruits through lactic acid fermentation, R. Di Cagno et al. , Food Microbiology 33 (2013),1 - 10

2. Effect of seasonal production on bacterial communities in Korean industrial kimchi fermentation, M. Lee et al., Food Control 91 (2018), 381 – 389

3. Fruits and vegetables, as a source of nutritional compounds and phytochemicals: Changes in bioactive compounds during lactic fermentation, A. Septembre-Malaterre et al., Food Research International 104 (2018) 86–99

4. Volatile profile of elderberry juice: Effect of lactic acid fermentation using L. plantarum, L. rhamnosus and L. casei strains, A. Ricci et al., Food Research International 105 (2018), 412–422

5. Combination of probiotic yeast and lactic acid bacteria as starter culture to produce maize-based beverages, A.G.T. Menezes et al., Food Research International 111 (2018) 187–197

6. Why Are Weissellaspp. Not Used as Commercial Starter Cultures for Food Fermentation?, Amandine Fessard et al., Fermentation (2017),3, 38

7. Darm mit Charme, Giulia Enders, Ullstein Verlag 2018, ISBN 978-3-550-08184-2

8. Sekundäre Pflanzenstoffe, Dr. Anja Irmler et al., Eubiotika Verlag 2016, ISBN 978-3-944592-10-7

9. Blatt für Blatt, Steffen Fleischahuer et al., AT Verlag 2017, ISBN 978-3-03800-964-1

10. Speisekammer aus der Natur, Michael Machatschek et al., Böhlau Verlag 2015, ISBN 978-3-205-97656-5

11. Enzyklopädie essbare Wildpflanzen, Steffen Fleischhauer et al., AT Verlag 2018, ISBN 978-3-03800-752-4

12. Naturheilkunde für die ganze Familie, Dr.. Petra Zizenbacher, Freya Verlag 2011, ISBN 978-3-99025-004-4

13. Vergessene Heiltinkturen, Gabriela Nedoma, Servus Verlag 2017, ISBN 978-3-7104-0150-3

14. Heilkräuter anbauen, Sammeln, Nützen, Schützen, Hermann Weidinger, Molden Verlag 1981, ISBN 3-217-01207-0

15. Das große Rezeptbuch der Heilkräuter für Gesundheit und Schönheit, Renzo Corcos, Mosaik Verlag, Buch Nr. 05380 1

16. Mitteleuropäische Giftpflanzen, G. Habermehl, Springer Verlag 1999, ISBN 978-3-642-64198-5

17. Blätter von Bäumen, Susanne Fischer Rizzi, AT Verlag 2013, ISBN 978-3-03800-343-4

18. Medizin der Erde, Susanne Fischer Rizzi, AT Verlag 2013, ISBN 978-3-03800-523-0

19. Wilde Genüsse, Margot Fischer, Mandelbaum Verlag 2014, ISBN 978-3-85476-433-5

20. Geheimniss und Heilkräfte der Pflanzen, Readers Digest, Verlag Das Beste 1980, ISBN 3 7166 0026 1

21. Heilpflanzen Apotheke aus Feld und Flur, Dr. Petra Zizenbacher, Freya Verlag 2003, ISBN 3-902134-57-7

22. Gemüse Getreide Obst, Die Küche als Apotheke, Natur Heil Kunst Verlag 2005, ISBN 3-9501857-2-0

23. Das Messegue Heilkräuter Lexikon, Maurice Messegue, Molden Verlag, Buch Nr. 01259 1

24. Kleines Repetitorium der Botanik, Ernst Welle, Felix Büchner Verlag 2014, ISBN 978-3-582-04159-3as Radis Kräuter Buch, Eva Rauter, Heyne Verlag 1979, ISBN 3-453-40059-3