Hefe

Die nützlichen physiologischen Eigenschaften von Hefe haben zu ihrer Verwendung auf dem Gebiet der Biotechnologie geführt. Die Fermentation von Zuckern durch Hefe ist die älteste und größte Anwendung dieser Technologie. Viele Arten von Hefen werden für die Herstellung vieler Lebensmittel verwendet: Bäckerhefe in der Brotherstellung, Bierhefe in der Biergärung und Hefe in der Weingärung und für die Xylitolproduktion. Sogenannte rote Reishefe ist eigentlich eine Form, Monascus purpureus. Hefen umfassen einige der am häufigsten verwendeten Modellorganismen für Genetik und Zellbiologie.,

Alkoholische Getränke

Alkoholische Getränke sind definiert als Getränke, die Ethanol enthalten (C2H5OH). Dieses Ethanol wird fast immer durch Fermentation produziert – den Stoffwechsel von Kohlenhydraten durch bestimmte Hefearten unter anaeroben oder sauerstoffarmen Bedingungen. Getränke wie Met, Wein, Bier oder destillierte Spirituosen verwenden alle Hefe in einem bestimmten Stadium ihrer Produktion. Ein destilliertes Getränk ist ein Getränk, das Ethanol enthält, das durch Destillation gereinigt wurde. Kohlenhydrathaltiges Pflanzenmaterial wird durch Hefe fermentiert, wobei dabei eine verdünnte Ethanollösung entsteht., Spirituosen wie Whisky und Rum werden durch Destillieren dieser verdünnten Ethanollösungen hergestellt. Andere Bestandteile als Ethanol werden im Kondensat gesammelt, einschließlich Wasser, Estern und anderen Alkoholen, die (zusätzlich zu dem von der Eiche, in der sie gealtert werden kann) für den Geschmack des Getränks verantwortlich sind.

Bier

Brauhefen können als“ Top-cropping „(oder“ top-fermenting“) und“ bottom-cropping „(oder“bottom-fermenting“) klassifiziert werden. Top-Cropping Hefen werden so genannt, weil sie einen Schaum an der Spitze der Würze während der Fermentation bilden. Ein Beispiel für eine Top-Cropping-Hefe ist Saccharomyces cerevisiae, manchmal auch als „Ale-Hefe“bezeichnet. Bottom-Cropping-Hefen werden typischerweise verwendet, um Lagerbiere zu produzieren, obwohl sie auch Bier vom Typ Ale produzieren können., Diese Hefen fermentieren gut bei niedrigen Temperaturen. Ein Beispiel für Bodenhefe ist Saccharomyces pastorianus, früher bekannt als S. carlsbergensis.

Vor Jahrzehnten klassifizierten Taxonomen S. carlsbergensis (uvarum) als Mitglied von S. cerevisiae und stellten fest, dass der einzige deutliche Unterschied zwischen den beiden metabolisch ist. Lagerstämme von S. cerevisiae sezernieren ein Enzym namens Melibiase, so dass sie Melibiose, ein Disaccharid, in mehr fermentierbare Monosaccharide hydrolysieren können., Top-und Bottom-Cropping und Cold-und Warm-fermenting Unterscheidungen sind weitgehend Verallgemeinerungen von Laien verwendet, um die breite Öffentlichkeit zu kommunizieren.

Die häufigste Top-Cropping Bierhefe, S. cerevisiae, ist die gleiche Art wie die gemeinsame Backhefe. Bierhefe ist auch sehr reich an essentiellen Mineralien und den B-Vitaminen (außer B12)., Back – und Brauhefen gehören jedoch typischerweise zu verschiedenen Stämmen, die kultiviert werden, um unterschiedliche Eigenschaften zu bevorzugen: Backhefe-Stämme sind aggressiver, um Teig in kürzester Zeit zu karbonatisieren; Brauhefe-Stämme wirken langsamer, neigen jedoch dazu, weniger Nachgeschmack zu produzieren und höhere Alkoholkonzentrationen zu tolerieren (bei einigen Stämmen bis zu 22%).

Dekkera / Brettanomyces ist eine Hefegattung, die für ihre wichtige Rolle bei der Herstellung von „Lambic“ und speziellen Saueralgen sowie für die sekundäre Konditionierung eines bestimmten belgischen Trappistenbiers bekannt ist., Die Taxonomie der Gattung Brettanomyces wurde seit ihrer frühen Entdeckung diskutiert und hat im Laufe der Jahre viele Umklassifikationen erfahren. Die frühe Klassifikation basierte auf einigen Arten, die sich asexuell (anamorphe Form) durch multipolares Knospen reproduzierten. Kurz darauf wurde die Bildung von Ascosporen beobachtet und die Gattung Dekkera, die sich sexuell vermehrt (teleomorphe Form), wurde als Teil der Taxonomie eingeführt. Die aktuelle Taxonomie umfasst fünf Arten innerhalb der Gattungen Dekkera/Brettanomyces., Dies sind die Anamorphen Brettanomyces bruxellensis, Brettanomyces anomalus, Brettanomyces custersianus, Brettanomyces naardenensis und Brettanomyces nanus, wobei Teleomorphe für die ersten beiden Arten, Dekkera bruxellensis und Dekkera anomala, existieren. Die Unterscheidung zwischen Dekkera und Brettanomyces ist fraglich, mit Oelofse et al. (2008) unter Berufung auf Loureiro und Malfeito-Ferreira von 2006, als sie bestätigten, dass aktuelle molekulare DNA-Nachweistechniken keine Varianz zwischen den Anamorphen-und Teleomorphenzuständen aufgedeckt haben. In den letzten zehn Jahren hat Brettanomyces spp., eine Handvoll Brauereien haben Biere hergestellt, die hauptsächlich mit Reinkulturen von Brettanomyces spp. fermentiert wurden. Dies ist aus Experimenten entstanden, da nur sehr wenige Informationen über fermentative Fähigkeiten der Reinkultur und die aromatischen Verbindungen verschiedener Stämme vorliegen. Dekkera/Brettanomyces spp. waren Gegenstand zahlreicher Studien, die im vergangenen Jahrhundert durchgeführt wurden, obwohl sich ein Großteil der jüngsten Forschung auf die Verbesserung des Wissens der Weinindustrie konzentriert hat., Jüngste Forschungen zu acht Brettanomyces-Stämmen, die in der Brauindustrie erhältlich sind, konzentrierten sich auf stammspezifische Fermentationen und identifizierten die wichtigsten Verbindungen, die während der anaeroben Reinkulturgärung in Würze hergestellt werden.

Wein

Hefe wird in der Weinherstellung verwendet, wo sie den im Traubensaft (Most) vorhandenen Zucker (Glukose und Fruktose) in Ethanol umwandelt., Hefe ist normalerweise bereits auf Traubenschalen vorhanden. Die Fermentation kann mit dieser endogenen „Wildhefe“ erfolgen, aber dieses Verfahren liefert unvorhersehbare Ergebnisse, die von den genauen Arten der vorhandenen Hefearten abhängen. Aus diesem Grund wird dem Most in der Regel eine reine Hefekultur zugesetzt; diese Hefe dominiert schnell die Fermentation. Die wilden Hefen werden verdrängt, was eine zuverlässige und vorhersehbare Gärung gewährleistet.

Die meisten hinzugefügten Weinhefen sind Stämme von S. cerevisiae, obwohl nicht alle Stämme der Spezies geeignet sind. Anders S., cerevisiae-Hefestämme haben unterschiedliche physiologische und fermentative Eigenschaften, daher kann der tatsächlich ausgewählte Hefestamm einen direkten Einfluss auf den fertigen Wein haben. Es wurden bedeutende Forschungsarbeiten zur Entwicklung neuartiger Weinhefe-Stämme durchgeführt, die atypische Geschmacksprofile oder eine erhöhte Komplexität in Weinen hervorrufen.

Das Wachstum einiger Hefen wie Zygosaccharomyces und Brettanomyces in Wein kann zu Weinfehlern und anschließendem Verderb führen. Brettanomyces produziert eine Reihe von Metaboliten, wenn sie in Wein wachsen, von denen einige flüchtige phenolische Verbindungen sind., Zusammen werden diese Verbindungen oft als „Brettanomyces-Charakter“ bezeichnet und oft als „antiseptische“ oder „Barnyard“ – Aromen beschrieben. Brettanomyces leistet einen wesentlichen Beitrag zu Weinproblemen in der Weinindustrie.

Forscher der University of British Columbia, Kanada, haben einen neuen Hefestamm gefunden, der Amine reduziert hat. Die Amine in Rotwein und Chardonnay produzieren Nebenaromen und verursachen bei manchen Menschen Kopfschmerzen und Bluthochdruck. Etwa 30% der Menschen reagieren empfindlich auf biogene Amine, wie Histamin.,

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Hefe, wobei S. cerevisiae am häufigsten beim Backen als Sauerteigmittel verwendet wird, wo es die im Teig vorhandenen Lebensmittel/fermentierbaren Zucker in das Gas umwandelt Kohlendioxid. Dies führt dazu, dass sich der Teig ausdehnt oder aufsteigt, wenn Gas Taschen oder Blasen bildet., Wenn der Teig gebacken wird, stirbt die Hefe und die Lufttaschen „setzen“, was dem gebackenen Produkt eine weiche und schwammige Textur verleiht. Die Verwendung von Kartoffeln, Wasser aus Kartoffelkochen, Eiern oder Zucker in einem Brotteig beschleunigt das Wachstum von Hefen. Die meisten Hefen, die beim Backen verwendet werden, sind von der gleichen Art, die bei der alkoholischen Gärung üblich ist. Darüber hinaus wird Saccharomyces exiguus (auch als S. minor bekannt), eine wilde Hefe, die auf Pflanzen, Früchten und Körnern vorkommt, gelegentlich zum Backen verwendet. In der Brotherstellung atmet die Hefe zunächst aerob und produziert Kohlendioxid und Wasser., Wenn der Sauerstoff aufgebraucht ist, beginnt die Fermentation und produziert Ethanol als Abfallprodukt; Dies verdunstet jedoch während des Backens.

Es ist nicht bekannt, wann Hefe zum ersten Mal zum Backen von Brot verwendet wurde. Die ersten Aufzeichnungen, die diese Verwendung zeigen, stammen aus dem alten Ägypten. Die Forscher spekulieren, dass eine Mischung aus Mehlmehl und Wasser an einem warmen Tag länger als gewöhnlich belassen wurde und die Hefen, die in natürlichen Verunreinigungen des Mehls vorkommen, es vor dem Backen gären ließen., Das resultierende Brot wäre leichter und schmackhafter gewesen als der normale flache, harte Kuchen.

Heute gibt es mehrere Einzelhändler von Bäckerhefe; Eine der früheren Entwicklungen in Nordamerika ist Fleischmanns Hefe im Jahr 1868. Während des Zweiten Weltkriegs entwickelte Fleischmanns eine granulierte aktive Trockenhefe, die nicht gekühlt werden musste, eine längere Haltbarkeit hatte als frische Hefe und doppelt so schnell stieg., Bäckerhefe wird auch als frische Hefe verkauft, die zu einem quadratischen „Kuchen“ komprimiert wird. Diese Form geht schnell verloren und muss daher bald nach der Produktion verwendet werden. Eine schwache Lösung von Wasser und Zucker kann verwendet werden, um festzustellen, ob Hefe abgelaufen ist. In der Lösung schäumt und sprudelt aktive Hefe, während sie den Zucker in Ethanol und Kohlendioxid fermentiert. Einige Rezepte bezeichnen dies als Proofing der Hefe, da es die Lebensfähigkeit der Hefe „beweist“ (testet), bevor die anderen Zutaten hinzugefügt werden. Wenn ein Sauerteigstarter verwendet wird, werden Mehl und Wasser anstelle von Zucker hinzugefügt; Dies wird als Proofing des Schwammes bezeichnet.,

Wenn Hefe zur Brotherstellung verwendet wird, wird sie mit Mehl, Salz und warmem Wasser oder Milch gemischt. Der Teig wird geknetet, bis er glatt ist, und dann aufgehen gelassen, manchmal bis er sich verdoppelt hat. Der Teig wird dann zu Broten geformt. Einige Brotteige werden nach einem Aufstehen zurückgeschlagen und wieder aufgehen gelassen (dies wird als Teigproofing bezeichnet) und dann gebacken. Eine längere Aufstiegszeit ergibt einen besseren Geschmack, aber die Hefe kann das Brot in der Endphase nicht anheben, wenn es anfangs zu lange belassen wird.,

Bioremediation

Einige Hefen finden im Bereich der Bioremediation Anwendungsmöglichkeiten. Es ist bekannt, dass eine solche Hefe, Yarrowia lipolytica, Palmöl, Abwasser, TNT (ein explosives Material) und andere Kohlenwasserstoffe wie Alkane, Fettsäuren, Fette und Öle abbaut. Es verträgt auch hohe Konzentrationen von Salz und Schwermetallen und wird auf sein Potenzial als Schwermetallbiosorbens untersucht. Saccharomyces cerevisiae hat das Potenzial, giftige Schadstoffe wie Arsen aus industriellen Abwässern bioremedieren., Es ist bekannt, dass Bronzestatuen durch bestimmte Hefearten abgebaut werden. Verschiedene Hefen aus brasilianischen Goldminen bioakkumulieren freie und komplexe Silberionen.

Industrielle Ethanolproduktion

Die Fähigkeit von Hefe, Zucker in Ethanol umzuwandeln, wurde von der Biotechnologieindustrie zur Herstellung von Ethanolbrennstoff genutzt. Der Prozess beginnt mit dem Mahlen eines Ausgangsmaterials wie Zuckerrohr, Feldmais oder anderer Getreidekörner und anschließender Zugabe von verdünnter Schwefelsäure oder pilzlichen Alpha-Amylase-Enzymen, um die Stärken in komplexe Zucker zu zerlegen., Eine Glucoamylase wird dann hinzugefügt, um die komplexen Zucker in einfache Zucker zu zerlegen. Danach werden Hefen zugegeben, um die einfachen Zucker in Ethanol umzuwandeln, das dann destilliert wird, um Ethanol mit einer Reinheit von bis zu 96% zu erhalten.

Saccharomyces-Hefen wurden gentechnisch verändert, um Xylose zu fermentieren, einen der wichtigsten fermentierbaren Zucker, der in Zellulosebiomassen wie Agrarrückständen, Papierabfällen und Holzspänen enthalten ist., Eine solche Entwicklung bedeutet, dass Ethanol effizient aus kostengünstigeren Rohstoffen hergestellt werden kann, was Zellulose-Ethanolbrennstoff zu einer wettbewerbsfähigeren Alternative zu Benzinbrennstoffen macht.,

Alkoholfreie Getränke

A anzahl der süßen kohlensäurehaltige Getränke können mit den gleichen Methoden wie Bier hergestellt werden, außer die Fermentation früher gestoppt wird, Kohlendioxid zu produzieren, aber nur Spuren von Alkohol, so dass eine erhebliche Menge an Restzucker in dem Getränk.,

• Wurzelbier, ursprünglich von amerikanischen Ureinwohnern hergestellt, in den USA von Charles Elmer Hires vermarktet und besonders beliebt während der Prohibition
• Kwas, ein fermentiertes Getränk aus Roggen, beliebt in Osteuropa. Es hat einen erkennbaren, aber niedrigen Alkoholgehalt.
• Kombucha, ein fermentierter gesüßter Tee. Hefe in Symbiose mit Essigsäurebakterien wird bei der Herstellung verwendet. Arten von Hefen gefunden, die im Tee können variieren und können Folgendes umfassen: Brettanomyces bruxellensis, Candida stellata, Schizosaccharomyces pombe, Torulaspora delbrueckii und Zygosaccharomyces bailii., Beliebt auch in Osteuropa und einigen ehemaligen Sowjetrepubliken unter dem Namen chajnyj grib (Russisch: Чайный гриб), was „Teepilz“bedeutet.
• Kefir und Kumis werden durch Fermentieren von Milch mit Hefe und Bakterien hergestellt.
• Mauby (spanisch: mabí), hergestellt durch Fermentieren von Zucker mit den wilden Hefen, die natürlich auf der Rinde des Colubrina elliptica-Baumes vorhanden sind und in der Karibik beliebt sind

Nahrungsergänzungsmittel

Hefe wird in Nahrungsergänzungsmitteln verwendet, insbesondere in Nahrungsergänzungsmitteln, die an Veganer vermarktet werden. Es wird oft als „Nährhefe“ bezeichnet, wenn es als Nahrungsergänzungsmittel verkauft wird. Nährhefe ist eine deaktivierte Hefe, normalerweise S. cerevisiae., Es ist von Natur aus fett-und natriumarm sowie eine ausgezeichnete Protein-und Vitaminquelle, insbesondere die meisten Vitamine des B-Komplexes (obwohl es ohne Anreicherung nicht viel Vitamin B12 enthält), sowie andere Mineralien und Cofaktoren, die für das Wachstum erforderlich sind. Einige Marken von Nährhefe, wenn auch nicht alle, sind mit Vitamin B12 angereichert, das getrennt von Bakterien produziert wird.

1920 begann die Fleischmann Hefefirma Hefekuchen in einer Kampagne „Hefe für Gesundheit“ zu fördern. Sie betonten zunächst Hefe als Vitaminquelle, gut für Haut und Verdauung., Ihre spätere Werbung beanspruchte eine viel breitere Palette von gesundheitlichen Vorteilen und wurde von der Federal Trade Commission als irreführend kritisiert. Die Modeerscheinung für Hefekuchen dauerte bis in die späten 1930er Jahre.

Nährhefe hat einen nussigen, käsigen Geschmack und wird oft als Zutat in Käseersatz verwendet. Eine weitere beliebte Verwendung ist als Belag für Popcorn. Es kann auch in Kartoffelpüree und Bratkartoffeln sowie in Rührei verwendet werden. Es kommt in Form von Flocken oder als gelbes Pulver ähnlich wie Maismehl. In Australien wird es manchmal als „herzhafte Hefeflocken“ verkauft., Obwohl sich “ Ernährungshefe „normalerweise auf kommerzielle Produkte bezieht, haben unzureichend gefütterte Gefangene“ hausgemachte “ Hefe verwendet, um Vitaminmangel zu verhindern.

Probiotika

Einige probiotische Präparate verwenden die Hefe S. boulardii, um die natürliche Flora im Magen-Darm-Trakt zu erhalten und wiederherzustellen. Es wurde gezeigt, dass S. boulardii die Symptome von akutem Durchfall verringert und die Wahrscheinlichkeit einer Infektion durch Clostridium difficile verringert (oft einfach als C. difficile oder C identifiziert)., diff), reduzieren den Stuhlgang bei Durchfall-vorherrschenden IBS-Patienten und reduzieren die Inzidenz von Antibiotika-, Reisenden-und HIV/AIDS-assoziierten Diarrhöen.

Aquarium Hobby

Hefe wird von Aquarienliebhabern häufig zur Erzeugung von Kohlendioxid (CO2) zur Ernährung von Pflanzen in gepflanzten Aquarien verwendet. CO2-Werte aus Hefe sind schwieriger zu regulieren als solche aus unter Druck stehenden CO2-Systemen. Die geringen Kosten für Hefe machen es jedoch zu einer weit verbreiteten Alternative.,

Hefeextrakt

Hefeextrakt ist der gebräuchliche Name für verschiedene Formen von verarbeiteten Hefeprodukten, die als Lebensmittelzusatzstoffe oder Aromen verwendet werden. Sie werden oft auf die gleiche Weise verwendet, wie Mononatriumglutamat (MSG) verwendet wird, und enthalten wie MSG oft freie Glutaminsäure., Die allgemeine Methode zur Herstellung von Hefeextrakt für Lebensmittelprodukte wie Vegemit und Marmit im kommerziellen Maßstab besteht darin, einer Suspension von Hefe Salz zuzusetzen, wodurch die Lösung hypertonisch wird, was zum Schrumpfen der Zellen führt. Dies löst eine Autolyse aus, bei der die Verdauungsenzyme der Hefe ihre eigenen Proteine in einfachere Verbindungen zerlegen, einen Prozess der Selbstzerstörung. Die sterbenden Hefezellen werden dann erhitzt, um ihren Abbau zu vervollständigen, wonach die Schalen (Hefe mit dicken Zellwänden, die eine schlechte Textur ergeben würden) getrennt werden., Hefeautolysate werden in Vegemite und Promite (Australien) verwendet; Marmite (Vereinigtes Königreich); der nicht verwandte Marmite (Neuseeland); Vitam-R (Deutschland); und Cenovis (Schweiz).

Wissenschaftliche Forschung

Mehrere Hefen, insbesondere S. cerevisiae und S., pombe, wurden in der Genetik und Zellbiologie weit verbreitet, vor allem, weil sie einfache eukaryotische Zellen sind, dient als Modell für alle Eukaryoten, einschließlich Menschen, für die Untersuchung grundlegender zellulärer Prozesse wie Zellzyklus, DNA-Replikation, Rekombination, Zellteilung und Stoffwechsel. Außerdem werden Hefen im Labor leicht manipuliert und kultiviert, was die Entwicklung leistungsfähiger Standardtechniken wie Hefe-Zwei-Hybrid -, synthetische genetische Array-Analyse und Tetrad-Analyse ermöglicht hat., Viele Proteine, die in der menschlichen Biologie wichtig sind, wurden zuerst durch das Studium ihrer Homologen in Hefe entdeckt; Diese Proteine umfassen Zellzyklusproteine, Signalproteine und Proteinverarbeitungsenzyme.April 1996 wurde S. cerevisiae als erster Eukaryote angekündigt, dessen Genom, bestehend aus 12 Millionen Basenpaaren, im Rahmen des Genomprojekts vollständig sequenziert wurde. Zu der Zeit war es der komplexeste Organismus, sein vollständiges Genom sequenzieren zu lassen, und die Arbeit sieben Jahre und die Beteiligung von mehr als 100 Labors zu erreichen., Die zweite Hefeart, deren Genom sequenziert wurde, war Schizosaccharomyces pombe, die 2002 fertiggestellt wurde. Es war das sechste eukaryotische Genom, das sequenziert wurde und aus 13,8 Millionen Basenpaaren besteht. Seit 2014 haben über 50 Hefearten ihre Genome sequenziert und veröffentlicht.

Auf die genomische und funktionelle Genanmerkung der beiden Haupthefe-Modelle kann über ihre jeweiligen Modellorganismus-Datenbanken zugegriffen werden: SGD und PomBase.,

Gentechnisch veränderte Biofaktorien

Verschiedene Hefearten wurden gentechnisch verändert, um verschiedene Medikamente effizient herzustellen, eine Technik namens Metabolic Engineering. S. cerevisiae ist leicht genetisch zu konstruieren; seine Physiologie, Stoffwechsel und Genetik sind bekannt, und es ist zugänglich für den Einsatz in rauen industriellen Bedingungen. Eine Vielzahl von Chemikalien in verschiedenen Klassen kann durch technische Hefe hergestellt werden, einschließlich Phenole, Isoprenoide, Alkaloide und Polyketide. Etwa 20% der Biopharmazeutika werden in S hergestellt., cerevisiae, einschließlich Insulin, Impfstoffe gegen Hepatitis und Humanserumalbumin.