Hefe und Zucker

Demonstrationsexperiment auf Video

Hefe und Zucker - die Chemie muß stimmen

Lernziel: Alkoholische Gärung

Peter Keusch

English version

Supermarktprodukte:
Haushaltszucker (Saccharose), Firma: Schlüter & Maack
Fruchtzucker (Fructose) - DAS GESUNDE PLUS, Firma: dm-dorgerie markt
Edelweiss - Milchzucker (Lactose), Firma: Unilever Bestfoods Deutschland GmbH
OSNA Hefe

Geräte und Glaswaren:

Heizplatte
3 Bechergläser 100 mL
3 Schnappdeckelgläser 20 mL
1 Glasstab
Uhrglas d = 8 cm
Thermometer

Versuchsdurchführung:

Drei 100 mL Bechergläsern werden mit jeweils 40 mL Wasser versorgt. Im Wasser löst man 10 g Zucker - im Becherglas 1 Lactose, in Becherglas 2 Fructose und in Becherglas 3 Saccharose. Zu den Zuckerlösungen fügt man unter Rühren 1g Trockenhefe und erwärmt sie für ca. 30 Minuten auf 25 - 40 °C.

Versuchsergebnis:

In den Bechergläsern tritt je nach Zuckerart eine unterschielich intensive Schaumbildung auf. Dabei zeigt Saccharose die stärkste Schaumbildung, gefolgt von Fructose. Bei Lactose kann keine Schaumbildung beobachtet werden. Offensichtlich vermag die vorliegende Backhefe Lactose nicht abzubauen.

Videoclip (Download RealPlayer .rm-Datei)

Deutung des Versuchsergebnisses und Hintergrund:

Die Hefe produziert Gärhilfsstoffe (Fermente bzw. Enzyme), die Trauben- und Fruchtzucker in Alkohol umwandeln. Bei diesem Gärvorgang entsteht Kohlendioxid, das für die Schaumbildung verantwortlich zeichnet.

Die Backhefe (Saccharomyces cerevisiae) wird durch Selektion aus obergäriger Bierhefe gewonnen und als Reinkultur auf speziellen Nährböden aus Melasse u.a. Zusatzstoffen vermehrt. Charakteristische Eigenschaften der Backhefe sind hohe Triebkraft und ein geringer Gehalt an kleberzerstörenden Enzymen. Bezüglich ihres Stoffwechsels sind Backhefen fakultativ anaerob, d.h. sie können gären oder atmen, je nachdem ob Sauerstoff vorhanden ist oder nicht.
Die Backhefe spielt eine Schlüsselrolle in der Gärung des Brotteiges. Die im Mehl vorliegenden Amylasen spalten die Stärke in kleinere Zuckermoleküle, die Maltose. Diese Reaktion beginnt sobald Wasser dem Mehl zugesetzt wird und wird beim Backen abgebrochen. Die Wirkung der Amylasen wird ergänzt durch ein Enzym der Hefe, die Maltase, die Malrose in zwei Glucosemoleküle spaltet. Die Glucose wird durch die Hefe zu Ethanol und Kohlendioxid vergoren:

Das freigesetzte Kohlenstoffdioxid sorgt für die gewünschte Lockerung des Teiges, der anfallende Alkohol verdunstet. Die beste Temperatur für den Hefetrieb liegt bei 32 °C. Eine Temperatur von 45 °C darf nicht überschritten werden, da dies zum Absterben der Hefezellen führt.

Auch Fructose und Saccharose werden von der Hefe als Gärsubstrat genutzt, wobei die Saccharose zunächst durch das Hefeenzym Invertase in Glucose und Fructose gespalten wird. Den im Experiment eingesetzten Haushaltszucker (Saccharose) kann die Backhefe offensichtlich besser als den Fruchtzucker (Fructose) vergären. Einfache Hefen wie z.B. die vorliegende Backhefe können Lactose nicht vergären. Die Saccharose stellt für die Gärung ein ausgezeichnetes Substrat dar. Werden Saccharose oder Glucose dem Teig beigemengt, so werden beide Zucker schneller vergoren als Maltose.

Brotvielfalt

Da Lactose durch Backhefe nicht vergoren wird, ist sie für den Bräunungsprozess beim Backen verfügbar. Wird Lactose auf 175 °C erhitzt, nimmt sie eine braune Farbe an. Der Bräungsprozess wird durch Karamelisierung des Zuckers während des Backens und die Maillard-Reaktion bedingt. In der Maillard-Reaktion wird ein reduzierender Zucker, wie z.B. Lactose mit Proteinen (bzw. Aminosäuren) umgesetzt. Auf der Oberfläche des Brotlaibes entstehen Melanoidine, die nicht nur für die Farbe der Brotkruste, sondern auch für das Aroma verantwortlich zeichnen.

Literatur:
G. Schwedt: Experimente mit Supermarktprodukten, Wiley-VCH-Verlag, Weinheim 2001

Liste der Experimente