Alkoholische Gärung ist die Umwandlung von Zucker (Glycose) in Alkohol (Ethanol) und Kohlendioxid. Pflanzliche Gewebe wie Hefen, Wurzeln und Knollen sind meist die Quelle der Mikroorganismen, die für die alkoholische Gärung benötigt werden.
Alkoholische Gärung: Findet nicht nur bei Bier und Wein statt
Der mikrobielle Abbau von Kohlenhydraten erfolgt unter völligem Ausschluss von Sauerstoff über den Prozess der Gärung. Mikroorganismen benötigen für Zellerhaltung und Zellteilung permanent frische Energie. Der universelle Energieträger ATP muss über unterschiedliche Reaktionen gewonnen werden. Immer werden jedoch Kohlehydrate in (Saccharide) verwertet. Wenn eine Zelle genügend Sauerstoffmoleküle in ihrer Umgebung hat, laufen mit dem Zitronensäurezyklus und der Atmung zwei extrem effektive Prozesse ab. Fehlt es allerdings an Sauerstoff, kann kein ATP auf diese Art erzeugt werden. Die Zelle greift auf den Prozess der alkoholischen Gärung zur Energiegewinnung zurück.
Für die Zellen hat diese Art der Energie Gewinnung sehr schwerwiegende Folgen. Die Energiegewinnung läuft nur noch schleppend. Aus einem Glucosemolekül entstehen tatsächlich nur 2 ATP-Moleküle. 38 ATP entstehen bei der aeroben Atmung. Die Vermehrung der Mikroorganismen wird stark verlangsamt.
Betrunkene Kühe durch alkoholische Gärung
Alkoholische Gärung durch Hefe (einzellige Pilze = Mikroorganismen) wird als Grundlage der Bier – und Weinherstellung und auch bei der Produktion von Backwaren genutzt. Aber auch torkelnde Kühe oder Schweine auf der Weide, sind das Ergebnis alkoholischer Gärung. Diese Tiere haben meist vergorenes Obst gegessen. Mikroorganismen dringen ins Innere einer Frucht ein. Während des Zersetzungsprozesses kann es stellenweise, besonders im Inneren der Frucht, zu Sauerstoffmangel kommen. Die dort arbeitenden Hefen stellen dann ihren Stoffwechsel auf alkoholische Gärung um. So ist es möglich, dass verdorbene Früchte Alkohol enthalten. Fressen dann Tiere auf der Weide die Äpfel unter einem Baum…werden sie betrunken.
Video: Wie entsteht Alkohol? || BrainStack
Alkoholische Gärung wird vom Menschen seit Jahrtausenden genutzt
Es ist kaum zu glauben, aber der Mensch nutzt diese Abbauvorgänge der Hefe seit 8.000 Jahren zur Herstellung von Alkohol. Sowohl die Bierherstellung, als auf die Weinproduktion beruht auf dem Prinzip der alkoholischen Gärung. Bei der Bierherstellung werden die Kohlehydrate aus Getreide wie Gerste oder Weizen zu Ethanol gewandelt, beim Wein findet die Glykolyse aus dem Fruchtzucker der Trauben statt.
Der bei der Herstellung ja eigentlich sehr erwünschte Trinkalkohol, das Ethanol ist eigentlich nur ein Nebenprodukt des Gärprozesses, der wie bei der Milchsäuregärung zur Energiegewinnung der Zelle dient. Die Hefen betrachten das Ethanol, ganz im Gegensatz zum Menschen, als wertloses Stoffwechselprodukt (unnütz für den Zellmetabolismus) das nach Außen abgegeben wird. Das Ethanol (auch auf den menschlichen Organismus) als Zellgift wirkt, sieht man am Absterben der Hefezellen bei einer Alkoholkonzentration über ungefähr 20 %. Hier liegt der Grund für die notwendige Destillation zur Herstellung hochprozentigen Alkohols.
Alkoholische Gärung: Chemischer Ablauf
Der Ablauf der alkoholischen Gärung ist äußerst komplex.
Im Detail passiert folgendes:
- Im Verlauf der Glykolyse wird das Kohlenhydratmolekül, in diesem Falle Glucose, in zwei Pyruvate (Brenztraubensäure) gespalten. Dieser Schritt verläuft in insgesamt zehn Teilschritten (siehe im Artikel für Glykolyse) und ist aus obiger Formel nicht zu entnehmen. Währenddessen entstehen auch die 2 ATP.
- Durch Decarboxylierung kommt es zur Abspaltung des Kohlenstoffdioxid (CO2) aus den Pyruvaten.
- Das hochgiftige Ethanal (Acetaldehyd) entsteht, wird aber sofort weiter zu Ethanol reduziert
Video: So wird Bier gebraut | Quarks
So funktioniert Bierherstellung mit Hilfe der alkoholischen Gärung
Das in Deutschland allgemein gebräuchliche und oft praktizierte Grundverfahren der Bierherstellung ist Folgendes:
- Herstellung von Malz
Spezielles Braugetreide, meist Gerste, aber auch Weizen und Roggen mit besonders niedrigem Eiweißanteil, wird in Wasser eingeweicht und zum Keimen gebracht. Die Temperatur im Keimkasten wird bei ca. 15 °C gehalten.
Im Mehlkörper (Endosperm) werden dadurch folgende Enzyme gebildet:
- Proteinasen zum Eiweißabbau,
- Amylasen zur Umwandlung von Stärke in Zucker,
- Cellulasen zum Abbau von Cellulose in Glucose und
- Pentosanasen zum Abbau von Schleimstoffen.
Diese Enzyme führen die Reservestoffe des Mehlkörpers in lösliche Stoffe über, die dem Keimling zum Wachstum dienen. Nach etwa fünf bis sieben Tagen wird die Keimung durch schonendes Trocknen beendet, der herausgewachsene Keimling entfernt. Das Malz ist danach lagerfähig. Für die Weiterverwendung wird es geschrotet oder vermahlen.
Das eigentliche Bierbrauen beginnt mit dem Maischen – einem Gärungsprozess. (#01)
- Das Maischen
Das eigentliche Bierbrauen beginnt mit dem Maischen – einem Gärungsprozess. Da bei der alkoholischen Gärung für die Glykolyse ein möglichst hoher Zuckeranteil von Vorteil ist, wird das Malz gekocht. Dabei wird Wasser beispielsweise auf etwa 40 °C erwärmt und das geschrotete Malz hinzugefügt. Die so entstandene Maische wird unter ständigem Rühren erhitzt, je nach Verfahren bis über 50 Grad Celcius. Danach wird bei etwa 60–63 °C und 70–73 °C inkubiert: die sogenannte Verzuckerungsrast. Die Enzyme des Malzes setzen die Malzstärke in Malzzucker um. Alternativ werden Teile der Maische gekocht, was zu einer physikalischen Verkleisterung der Stärke führt. Mit einer Iodprobe wird anschließend festgestellt, ob die Stärke vollständig verzuckert ist. - Das Läutern
Als nächster Schritt erfolgt die Läuterung der Flüssigkeit. Der Malztreber wird von der Würze (das ist der Name für den flüssigen, vergärbaren Teil der Maische) getrennt. Durch den Aufguss mit heißem Wasser wird die Würze aus dem Treber gespült und, als sog. Vorderwürze, anschließend in der Kochpfanne mit Hopfen gekocht. - Ausschlagen
Dieser Sud wird aus der Würzpfanne in einen Whirlpool oder durch einen Filter gepumpt, um das geronnene Eiweiß und andere Schwebstoffe von der Ausschlagwürze zu trennen. Diesen Vorgang nennt man Ausschlagen. - Gärung und Lagerung
Zuletzt wird die Anstellwürze (das ist der Name dieser Flüssigkeit), in einem Kühlschrank auf die optimale Gärtemperatur abgekühlt und je nach Biersorte wird eine Kultur der passenden Hefe zugesetzt. Obergärige Hefesorten vergären bei Temperaturen zwischen 18 °C und 24 °C, untergärige bei 8 °C bis 14 °C. Bei der alkoholischen Gärung werden die in der Würze gelösten Zucker zu Ethanol und Kohlenstoffdioxid. Kohlenstoffdioxid entweicht zum Teil als Gas, teils bleibt es im fertigen Bier unter Druck als Kohlensäure gebunden. Nach der Hauptgärung, die etwa eine Woche dauert, muss das Jungbier noch etwa vier bis sechs Wochen nachgären und lagern. Das so gereifte Bier wird nochmals gefiltert und schließlich in Flaschen, Fässern oder Dosen abgefüllt.
Der Verband der deutschen Brauer, Deutscher Brauer Bund e.V. stellt auf seiner Homepage einige sehr interessante Informationen zum Thema Bierbrauen zur Verfügung.
Video: Wein herstellen , Winzer ??aus eigenen Weintrauben ?
Wie macht der Winzer aus Trauben Wein?
Die einzelnen Abschnitte der Weinproduktion ähneln der Bierherstellung. Natürlich lässt sich auch aus anderen Früchten Wein herstellen, entscheidend für die erfolgreiche alkoholische Gärung, ist ja nur der Zuckergehalt der zu verarbeitenden Masse.
- Maischen
Traditionellerweise werden die Trauben entrappt das heißt, die Beeren werden maschinell oder per Hand von ihrem Stielgerüst getrennt. Danach werden die Beeren in einer Mühle zerkleinert, ein dickflüssiges Gemisch aus Fruchtfleisch, Traubenkernen, Schalen und Saft entsteht, die Maische. Die Maische muss nun einige Stunden ruhen, um unter anderem Aromavorstufen, Geschmacksstoffe und Phenole in den Saft zu abzugeben. Durch diese Maischestandzeit werden Stoffe gelöst, die Sensorik, Struktur und Haltbarkeit des späteren Weines maßgeblich beeinflussen. Zudem wird die Pressbarkeit verbessert, da nach zwei bis drei Stunden Enzyme freigesetzt werden, die die Pektine der Beerenhaut und des Fruchtfleisches abbauen. - Keltern
Die Maische wird nun gepresst. So werden die Fruchtfleischbestandteile (Trester) vom süßen Traubensaft (Most) getrennt. Aus ungefähr 117 Kilogramm Weintrauben gewinnt man 100 Liter Maische, daraus kann man wiederum etwa 75 Liter Most gewinnen. Bei der Pressung darf nicht mit zu viel Druck gearbeitet werden, damit aus den Kernen keine Bitterstoffe in den Wein gelangen.
Die nach dem Pressen zurück gebliebenen festen Teile der Beeren (Schalen, Samen, Stiele) bezeichnet man als Treber oder Trester. Der Trester wird aber in geringem Umfang zu Treber- oder Tresterschnaps (z.B. Grappa) verarbeitet. - Anreicherung
In vielen Ländern erlaubt es das Weingesetz, den Most anzureichern, das heißt, es wird Zucker oder Traubendicksaft zugesetzt, damit durch die größere Menge an Zucker im Wein nach der Gärung ein höherer Alkoholgehalt erreicht werden kann. - Schwefelung
Der gewonnene Most wird anschließend geschwefelt. Dies geschieht, indem Schweflige Säure oder Schwefeldioxid in den Most geleitet wirdDie richtige Dosierung der Zusätze ist für den Verlauf der Gärung und Reifung von großer Bedeutung und damit auch entscheidend für die Weinqualität. Fertig ausgebaute Weine sollten etwa 40 Milligramm Schwefeldioxid pro Liter enthalten, wobei bei bestimmten Rebsorten und Herstellungsverfahren auch höhere Grenzwerte legal sind.
- Gärung
Die Gärung der Flüssigkeit verläuft in mit Gärverschlüssen abgedichteten Fässern, Metalltanks oder eckigen Behältern aus Edelstahl.
Die Gärung dauert sechs bis acht Tage. In dieser Zeit wird der im Most enthaltene Zucker zu Alkohol umgesetzt. Während der Gärung kann sich die Flüssigkeit auf bis zu 30 °C erwärmen. Dies hat zur Folge, dass sich die Hefen schneller vermehren und der Wein schneller durchgärt. Dies ist je nach Weinsorte erwünscht, oder vom Winzer zu verhindern, da es Einfluss auf den Geschmack und den Alkoholgehalt des Weines hat.
Nach dem Gärvorgang erreichen die meisten Weine um die 12 Volumenprozent Alkohol; es gibt Ausnahmen, bis zu 17 Prozent Alkohol lassen sich durch Gärung mit bestimmten Hefestämmen erreichen. - Abstich
Etwa gegen des Erntejahres ist in Mitteleuropa die Gärung abgeschlossen. Die verbrauchten Hefen sinken dann langsam zu Boden.
Als Abstich bezeichnet man die Entfernung der am Boden des Gebindes abgelagerte Hefe. Anschließend wird der Wein umgelagert. In der Regel wird der Wein aus dem Gärgefäß von oben abgesaugt - Reifung
Der Jungwein ruht nun drei bis sechs Monate in Stahltanks, Holzfässern oder selten auch in Glas- und Kunststoffbehältern. In dieser Zeit gärt die Feinhefe, also Schwebeteile der Hefe, die nicht abgesunken sind, nach. Der Jungwein ist zwar schon trinkbar, (Federweißer) aber es folgen weitere Umfüllungen, Filtrationen und Nachbehandlungen. - Lagerung
Die meisten Weißweine können bis zu vier Jahre gelagert werden, ohne starken negativen Veränderungen ausgesetzt zu sein. Manche Weißweine – vor allem auch Süßweine, die mittels Edelfäule gewonnen wurden – können 10 bis 20, einzelne sogar über 200 Jahre überstehen und immer noch trinkbar sein. Dasselbe gilt für die Lagerfähigkeit von Rotweinen.
Entscheidend für die längerfristige Lagerfähigkeit sind mehrere Faktoren. Wein sollte im Allgemeinen lichtgeschützt, bei mäßigen, konstanten Temperaturen („Kellertemperatur“) und zum Schutz vor Oxidation durch Reduktion unter weitgehendem Luftabschluss gelagert werden. Dies kann entweder in spundvollen Fässern geschehen oder auch in Flaschen, wobei Flaschen liegend zu lagern sind, um den Korken feucht zu halten, da ein austrocknender Korken mit der Zeit zunehmend luftdurchlässig wird.
Interessante Fakten über die Herstellung von Wein, findet man auf den Seiten des deutschen Winzerverbandes
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