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Alles über Hefe

Die Hefen sind einzellige Pilze aus der Abteilung der Schlauchpilze (Ascomycota).Hefen werden für die Brot- und Bierproduktion verwendet. Außerdem spielen sie in der Biologie eine wichtige Rolle als Modellorganismen. Als zu den kleinsten eukaryotischen Organismen gehörend lassen sie sich gut untersuchen und im Labor halten. Die Ähnlichkeit zu höheren Organismen ist dabei deutlich höher als bei Bakterien.

– wenn Sie prüfen möchten, ob die Hefe noch frisch ist, einfach ein Stückchen davon in ein Glas mit heissem Wasser geben, steigt die Hefe sofort auf, ist sie noch frisch und verwendbar
Die beste Temperatur für den Trieb der Hefe liegt bei ca. 32° Celsius. Zur Vermehrung der Hefe sind ungefähr 28°C ideal. Bei Temperaturen über 45°C beginnt die Zelle zu sterben.

– besser Trockenhefe nehmen, ist länger haltbar, muss nicht gekühlt werden und kann direkt zum Backteig gegeben werden

– Reste von frischer Hefe in Alufolie einpacken und mit Datum versehen im Kühlschrank aufheben

– frische Hefe am Besten zerbröseln und in etwas lauwarmer Milch auflösen

– frische Hefe riecht etwas säuerlich, alte Hefe ist sehr bröselig

Die Vermehrung findet asexuell durch Sprossung oder Teilung sowie durch sexuelle Fortpflanzung durch Ascusbildung mit Ascosporen statt.

Hefen sind fakultativ anaerob, das heißt sie können wie die meisten anderen Lebensformen davon leben, Zucker in ihrem Substrat zu Kohlenstoffdioxid und Wasser zu oxidieren, sie können in Abwesenheit von Sauerstoff aber auch davon leben, die Zucker in ihrem Substrat zu weniger energiereichem (Ethyl-)Alkohol und Kohlenstoffdioxid abzubauen. Ist die zu vergärende Flüssigkeit mit Pektin verunreinigt, entsteht bei der Gärung Methylalkohol, der im menschlichen Körper zu Formaldehyd und in der Folge zu Ameisensäure abgebaut wird und zu Erblinden führen kann. Ein großer Teil des Methylalkohols wird beim Schnapsbrennen im Vorlauf abgetrennt.
[bearbeiten]Beispiele

Saccharomyces cerevisiae
(Backhefe, Synonym: Bierhefe, Bäckerhefe) wurde erstmals 1888 von Emil Christian Hansen isoliert. Sie wird als Reinzucht obergäriger Stämme vorwiegend aerob in Nährlösungen hergestellt und kommt als Trockenhefe oder Presshefe in den Handel. Obergärige Stämme steigen beim Bierbrauen während der Gärung nach oben und schwimmen auf dem Substrat. Untergärige Stämme sinken dagegen gegen Ende der Hauptgärung nach unten.

Saccharomyces uvarum und Saccharomyces carlsbergensis (u.a.)
Untergärige Hefen fermentieren mehr Zuckerarten, auch bei niedrigeren Temperaturen. Sie werden zur Herstellung von Lager-Bier verwendet.

Candida utilis
spielt bei der Herstellung von Kefir eine Rolle.

Saccharomyces boulardii
wird zur symptomatischen Behandlung von Durchfall genutzt

Hier wird die industrielle Produktion von Backhefe dargestellt. Grundlage dafür sind zwei Dinge:

1. Ein Hefestamm, der seit Jahrhunderten durch Auslese und Züchtung aus Sauerteighefen, bzw. aus der Bierhefe von obergärigen Bieren herausgelöst wurde. Durch die Weiterzüchtung ist die Bäckerhefe triebstärker als die wilden Hefen im Sauerteig, verträgt aber, im Gegensatz zur Sauerteighefe, viele andere Substanzen nicht: Säure, Salze, Fette, Kohlenstoffe etc).
2. Ein Kulturmedium mit Melasse als Hauptbestandteil zur Vermehrung der Hefe.

Während der Hefestamm das Betriebsgeheimnis der jeweiligen Hefeproduzenten ist, ist der technische Ablauf der Hefevermehrung allgemein bekannt.

Um Massen von Mikroorganismen in Reinkultur herzustellen, werden sie in der Biotechnik in der Regel in mehrstufigen Kulturverfahren produziert. Ein einstufiges Verfahren, bei der ein großes Volumen eines Kulturmediums mit einer kleinen Menge der Organismen beimpft wird, ist aus mehreren Gründen sehr nachteilig. Würde so vorgegangen, würde eine großvolumige Anlage relativ lange Zeit für die Vermehrung benötigt. Das hätte folgende Nachteile: (1) Technisch: Je größer eine Anlage ist, desto schwieriger ist es, das Eindringen von fremden, unerwünschten Mikroorganismen zu verhindern. Die Phase der Vermehrung in einer großen Anlage muss deshalb so kurz wie möglich gehalten werden (2) Ökonomisch: Eine teure, große Anlage würde lange Zeit für die Vermehrung einer kleinen Menge von Mikroorganismen beansprucht, für deren Produktion auch kleinere, billigere Anlagen ausreichen. (3) Biologisch: Kulturmedien sind nach ihrer Zubereitung meistens nicht optimal für die Vermehrung von Mikroorganismen (unter anderem zu hohes Redoxpotential, zu geringe Kohlenstoffdioxid-Konzentration, zu geringe Konzentration spezifischer Wachstumsstimulatoren). Die Organismen müssen erst durch ihren Stoffwechsel ein günstigeres Milieu schaffen. Das dauert bei einer kleinen Menge von Mikroorganismen in einem großen Kulturmediumvolumen sehr lange und das Wachstum würde zu Beginn stark verzögert.

Auch bei der Backhefe-Produktion wird deshalb die Vermehrung in mehreren Stufen geführt, zum Beispiel von einer Reagenzglaskultur über flüssige Kulturmedien mit 50 mL, 1 L, 10 L, 40 L, 400 L, 4 m3, 10 m3 und 200 m3. Die Abstufungen können auch anders sein.
Als Kulturmedium wird eine wässrige Lösung von 8 – 10 % Melasse verwendet. Melasse enthält etwa 50 % Zucker. Die Lösung wird mittels Säuren auf einen pH-Wert von etwa 4,5 gebracht, gekocht (damit fremde Mikroorganismen abgetötet werden) und gefiltert. Dann werden Nährsalze hauptsächlich Ammoniumsalze und Phosphate) sowie Vitamine der B-Gruppe zugesetzt, da diese für das Hefewachstum benötigt werden und in der Melasse nicht in ausreichenden Mengen vorhanden sind. Die Kulturen werden aerob, das bedeutet unter Belüftung, geführt, um eine möglichst hohe Biomasse-Ausbeute zu erhalten.
Die ersten 4 Stufen bis etwa 40 L werden im Laboratorium geführt, wobei die Kultureinrichtungen sterilisiert werden, die Hefe also in Reinkultur vermehrt wird. Dies dauert etwa 8 Tage. Die nächsten 2 bis 3 Stufen bis etwa 10 m3 werden im Betrieb in einer stationären technischen Anlage geführt, der sogenannten Reinzuchtanlage, die ebenfalls sterilisiert wird (Heissdampf 120 °C unter 1 bar Überdruck), Dauer etwa 2 Tage. Für die letzten 2 Stufen werden wegen ihrer Größe (200 m3) nicht sterilisierte Anlagen verwendet, jedoch werden Fremdmikroorganismen weitgehend ausgeschlossen. Diese Kulturen dauern jeweils nur kurze Zeit (je 10 bis 20 Stunden) und werden mit einer hohen Hefekonzentration gestartet, so dass etwaige Fremdorganismen praktisch nicht zur Entwicklung kommen. Im angeführten Beispiel wird in der 200 m3-Stufe zunächst etwa 18 t “Stellhefe” erhalten. Manchmal wird Stellhefe auch zwei Stufen erzeugt. Aus der Stellhefe wird in einer letzten Phase, ebenfalls in einer 200 m3-Anlage, in etwa 10 Stunden die Versandhefe produziert, zum Beispiel in 4 Parallelkulturen mit je 200 m3 Medium etwa 65 – 70 t.
In etwa 11 Tagen wird so aus etwa 8 mg Ausgangsmasse mit etwa 33 Verdoppelungen die fast zehnmilliardenfache Hefemasse hergestellt.

Die Hefe wird mittels Separatoren konzentriert (ergibt sogenannte “Hefemilch” oder “Hefesahne”) und je nach gewünschtem Ergebnis weiterverarbeitet:
Presshefe: Über Filterpressen oder Vakuumrotationsfilter wird die Hefemilch auf einen Trockenstoffanteil von ca. 30% konzentriert. Anschließend wird die Masse durch eine Strangpresse ausgeformt und abgepackt. Ein Gramm Presshefe enthält etwa 1010 (10 Milliarden) Hefezellen.

Aktive Trockenhefe: Im Extruder wird Preßhefe zu kleinen Zylindern geformt, die dann im Wirbelschichtverfahren getrocknet werden.

Trockenhefe: Die restliche Hefemilch wird im Walzentrockner oder in einer Sprühgefriertrocknungsanlage getrocknet, wobei die enzymatische Aktivität komplett verloren geht, so dass diese Hefe hauptsächlich als Futtermittelzusatz oder für diätetische Zwecke verwendet wird, bzw als 7-g-Beutel verkauft werden.

Insgesamt fallen bei der Herstellung auf Melassebasis größere Mengen organischer und chemischer Stoffe sowie Mikroorganismen-haltiges Hefewasser an, die nach wie vor ein Entsorgungsproblem darstellen.

Zukunftsaussichten: Im Moment zeichnet sich ein Trend zu biodynamischen Lebensmitteln ab. Diese Entwicklung macht auch vor der Backhefe nicht halt. Zum Patent angemeldet sind im Wesentlichen zwei Verfahren, um sog. biologische Backhefe herzustellen:

1. Ein Verfahren, das es ermöglicht, auf konventionellen Anlagen aus Biomelasse bio-dynamische Hefe herzustellen und
2. eines, das statt der Melasse enzymatisch verzuckertes Mehl einsetzt. Hierfür ist allerdings eine komplizierte Anlagentechnik nötig, die mit recht hohem Strom- und Energieverbrauch einhergeht. Bio heißt eben nicht immer “umweltfreundlich”.

In Entwicklung ist derzeit der Versuch, mit Hilfe der Gentechnik in die Hefe den Befehl einzubauen, Aromen (z.B. Vanille) zu produzieren.

Ferner gibt es derzeit eine Hefeproduktion auf rein biologischer Basis. Dazu werden die chemischen Bedingungen mit natürlichen Materialien (auf Getreidebasis) und Verfahren nachgeahmt. Diese biologische Hefe ist nicht so triebfreudig wie die Hefe auf Melassebasis, da das Endprodukt zu 30% aus Kartoffelstärke besteht, und sie hat sich aufgrund ihres höheren herstellungsbedingten Preises derzeit nicht durchgesetzt.

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