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Milchsäure und Milchsäuregärung – Was du dazu wissen musst!

Die Milchsäuregärung spielt seit Jahrhunderten eine wichtige Rolle in der Herstellung von Lebensmitteln. Milchsäure ist ein Markenzeichen der Fermentation, da sie bei sehr vielen Fermenten eine zentrale Position einnimmt. Sie entsteht während der Milchsäuregärung und ermöglicht uns bestimmte Fermente herstellen zu können.

Was ist Milchsäure?

Milchsäure ist eine der zentralen Substanzen der Fermentation. Sie wird durch eine Vielzahl von verschiedenen Arten von Milchsäurebakterien aus Zuckern, welche im Ausgangsprodukt vorhanden sind, gebildet. Auch in unserem eigenen Körper wird Milchsäure in Form von Laktat gebildet, als ein wichtiges Zwischenprodukt im menschlichen Energiestoffwechsel. Sie wird zum Beispiel unter anaeroben Bedingungen im Muskel produziert und stand lange im Verdacht, die Ursache für Muskelkater zu sein. Viele Veganer schrecken bei dem Wort hoch, aber keine Sorge: Milchsäure ist vegan. Sie wurde das erste Mal vom Chemiker Carl Wilhelm Scheele im Jahr 1780 aus Sauermilch isoliert. Daher trägt sie ihren Namen. Als von Bakterien produzierte Säure ist sie nicht tierischen Ursprungs und damit an sich vegan.

linksdrehende Milchsäure: Definition

Bei der linksdrehenden MS steht die D(-)-Milchsäure rechts (D für griechisch dextro = rechts) am zentralen Kohlenstoffatom.

Fakten zu linksdrehender Milchsäure:

  • Linksdrehende Milchsäure stand lange im Verdacht langsamer abbaubar zu sein als die rechtsdrehende Milchsäure. Es zeigte sich aber im Laufe der Zeit anhand verschiedener Untersuchungen, dass im gesunden Menschen D(-)-Milchsäure fast gleich schnell abgebaut wird wie L(+)-Milchsäure und dass bisher keine nahrungsbedingten Laktatazidosen nachgewiesen werden konnten.
  • Linksdrehende Milchsäure säuert den Joghurt mehr an, als die rechtsdrehende Milchsäure.

chemische Struktur links und rechtsdrehende Milchsäure

Rechtsdrehende Milchsäure: Definition

Bei der rechtsdrehenden MS steht die L(+)-Milchsäure links (L für griechisch laevo = links) am zentralen Kohlenstoffatom.

Fakten zu rechtsdrehender Milchsäure:

  • Wird von unserem Körper gebildet und kommt vor in: Schweiß, Blut, Speichel, Muskelserum, Niere und Galle.
  • Wird in der Naturheilkunde zahlreiche positive Eigenschaften nachgesagt. Beispielsweise, dass sie die Zellatmung durch die direkte Aktivierung der Mitochondrien steigern kann.

Vorkommen von Milchsäure

Neben dem Vorkommen im menschlichen Organismus (zum Beispiel in Blut, Schweiß, Muskelserum) findet sich die Milchsäure zum Beispiel ebenfalls in Sauermilchprodukten, fermentiertem Gemüse und auch Säften. Die Liste von Lebensmittel, die Milchsäure enthalten, ist lang.

Wo ist Milchsäure enthalten?

Der Gehalt an Laktat in bestimmten Lebensmitteln differiert je nach Quelle. Im folgenden ist der Laktatgehalt in mg pro 100ml aufgeführt:

  • Sauerkraut                                                   905 – 1934
  • Sauermilch                                                  870 – 1400
  • Kefir                                                              926 – 1000
  • Quark                                                            651 – 1118
  • Hartkäse (Wassergehalt bis 37%)           140 – 1740
  • Dillgurken                                                    735
  • Möhrensaft                                                  477

Herstellung von Milchsäure

Die Herstellung von Milchsäure kann ganz traditionell biotechnologisch durch die Fermentation entstehen oder aber auch synthetisch. Heute werden 70 – 90% der weltweit produzierten Milchsäure fermentativ hergestellt.

Wie läuft die Milchsäuregärung ab?

Bei der Milchsäuregärung werden Glukose und andere Zucker zu Milchsäure abgebaut. Dies geschieht durch Milchsäurebakterien. Dabei handelt es sich nicht um eine bestimmte Spezie von Bakterien, sondern um eine funktionelle Gruppierung verschiedener Gattungen, welche eben diesen Prozess gemeinsam haben. Die Milchsäuregärung passiert in Abwesenheit von Sauerstoff, beispielsweise in einer Flüssigkeit. Die dafür verantwortlichen Bakterien können (im Gegensatz zu vielen unerwünschten Keimen) in der Abwesenheit von Sauerstoff wachsen.

Was versteht man unter Fermentation?

Fermentation bezeichnet in der Biologie die Umwandlung organischer Stoffe durch Bakterien-, Pilz- oder sonstige biologische Zellkulturen oder durch ein Enzym. Im mikrobiologischen Sinn ist Fermentation ein anaerober Stoffwechsel, d.h. Leben unter Ausschluss von Sauerstoff. Es gibt aber auch Umwandlungen von Lebensmitteln, die nur in Anwesenheit von Sauerstoff passieren. Dazu gehört zum Beispiel die Herstellung von Käse, Kombucha oder Tempeh. In der Herstellung von Lebensmitteln werden diese Prozesse jedoch meistens ebenfalls als Fermentation bezeichnet.

Homofementative und heterofermentative Milchsäuregärung

Homofermentative Stämme (zum Beispiel Lactococcus, Pediococcus, Streptococcus) bauen die im Medium vorhandenen Zucker ausschließlich zu Milchsäure ab. Die heterofermentativen Stämme auf der anderen Seite wandeln den Zucker in gleichen Teilen zu Milchsäure, Kohlenstoffdioxid und Ethanol um. Ein Beispiel dafür ist Leuconostoc mesenteroides, welcher der Leitorganismus für die Bildung von Sauerkraut ist und für das anfängliche Blubbern im Sauerkraut verantwortlich ist.

Verwendung von Milchsäure

Das Produkt Angebot, welches durch milchsaure Fermentation entsteht, ist riesig. Dabei sind Joghurt, Sauerkraut, Kimchi, eingelegtes Gemüse, als auch Sauerteigbrot (zusammen mit Hefen) und gewisse Biersorten nur ein Bruchteil. Diese werden mit Hilfe von Milchsäurebakterien hergestellt und enthalten somit auch Milchsäure.

Was machen Milchsäurebakterien im Körper?

Die Milchsäurebakterien übernehmen wichtige Aufgaben, die die Darmgesundheit unterstützen können. Die Bakterien bilden Milchsäure und tragen auf diese Weise zum sauren Milieu im Darm bei. Durch das saure Milieu kann die Besiedelung von unerwünschten Bakterien vermieden werden.

Milchsäure in Fermenten

Milchsäure ist die Substanz, welche in Fermenten eine sehr zentrale Rolle spielt. Möchtest du Gemüse sauer einlegen, stellst du Bedingungen her (Salzlake 0,5-2%), sodass sich eine stabile und gesunde mikrobielle Gemeinschaft von alleine einstellt. Frisches Gemüse enthält von sich aus genügend Milchsäurebakterien, wodurch kein animpfen notwendig ist. Durch die Milchsäure sinkt der PH Wert im Ferment und das Gemüse wird sicher vor Schimmel und anderen unerwünschten Bakterien.

Phasen der Fermentation

Am Beispiel von Sauerkraut:

  • Phase 1 (Dauer: ca. 2-3 Tage)
    Hier stirbt das Pflanzengewebe ab. Die entstehende Lake ist ein reichhaltiger Nährboden für Mikroorganismen. Dieser wird von vorwiegend anaeroben Bakterien besiedelt und der gelöste Sauerstoff aus den Pflanzenzellen von diesen verstoffwechselt. An den aufsteigenden Bläschen erkennt man die Entwicklung von Kohlensäure, Wasserstoff und geringen Mengen Methan. Hier entstehen vor allem organische Säuren wie Milchsäure, Essigsäure, Ameisensäure & Succinylsäure und geringe Mengen Alkohol welche den PH Wert absenken.
  • Phase 2 (Dauer: ca. 3-6 Tage)
    Hier sind die Milchsäurebakterien dominant. Neben Milchsäure entstehen hier weitere wichtige geschmacksbildende Stoffe wie Essigsäure, Kohlensäure, Ethanol, Mannit, Dextran und verschiedene Ester. Die Konzentration der Milchsäure kann bis auf 1% ansteigen.
  • Phase 3 (Dauer: bis zu 3 Wochen)
    Nun ist der Sauerstoff komplett entfernt und das saure Milieu fördert das Wachstum von homofermentativen Arten. Sie produzieren so lange Milchsäure, bis diese ihr eigenes Wachstum zu hemmen beginnt.
  • Phase 4
    Hier werden schwer zu erschließende Zucker in Säure umgewandelt, wobei der PH bis 3,4 absinkt. Dies passiert erst nach längerer Lagerung und ist geschmacklich nicht mehr erwünscht.

Milchsäuregärung Erklärung

Bei der Milchsäuregärung wandeln Mikroorganismen (vorwiegend Milchsäurebakterien) zur Gewinnung von Energie Kohlenhydrate (Glucose) zu Milchsäure um. Im fermentierten Lebensmittel sinkt dadurch der PH Wert. Im menschlichen Körper entstehen bei diesem Prozess im Rahmen der Glykolyse zwei Adenosintriphosphat (ATP).

Milchsäuregärung und alkoholische Gärung

Eine weitere Form der Fermentation ist die Umwandlung von Stärke oder Zucker in Alkohol und Kohlensäure. Diese alkoholische Gärung passiert durch Hefen. Bei der industriellen Produktion wird dafür vor allem mit der Spezie Saccharomyces cervisiae angeimpft. Der grundlegende Unterschied zur milchsauren Gärung ist das entstehende Produkt und dass hier Hefen arbeiten und keine Bakterien.

Welcher Alkohol entsteht bei der alkoholischen Gärung?

Bei der alkoholischen Gärung entsteht Ethanol. Dadurch ist diese die grundlegende Reaktion zur Herstellung von alkoholischen Getränken.

Welches Gas entsteht bei der Gärung von Hefe?

Neben der Produktion von Alkohol entsteht bei der alkoholischen Gärung auch Kohlendioxid bzw. Kohlensäure. Besonders beim Backen ist dieses Nebenprodukt sehr erwünscht, da so der Teig aufgeht und kein Backpulver notwendig ist. Der Alkohol verflüchtigt sich zum großen Teil während des Backvorgangs.

FAQ

Ist Milchsäure Zucker?

Nein, Milchsäure entsteht durch den Abbau von Kohlenhydraten (unter anderem Zucker). Sie zählt damit nicht mehr zum Zucker, sondern zu den organischen Säuren.

Ist Milchsäure Laktat?

Nein, Laktat ist ein Salz der Milchsäure. Im Körper wird Milchsäure in Laktat und Protonen zerlegt. Deswegen ist die Milchsäure als solche in unserem Körper gar nicht vorhanden. Im Nahrungsmittel aber schon.

Ist Milchsäure vegan?

Ob Milchsäure vegan ist, ist abhängig von dem Nährmedium, in dem die Bakterien die Milchsäure hergestellt haben. Normalerweise ist Milchsäure vegan. Sie wird von aus Zuckerlösungen hergestellt.

Wo findet anaerobe Glykolyse statt?

Die Glykolyse dient der Energiegewinnung. Hier wird Glukose zu Pyruvat abgebaut, mit der Gewinnung von Energie. Für die Glykolyse wird Sauerstoff benötigt. Wenn kein Sauerstoff zur Verfügung steht, findet die anaerobe Glykolyse im Zytosol der Zelle statt.

Quellen
  • Heiko Antoniewicz: Fermentation
  • Barbara Walther: Milchsäure in Lebensmitteln und ihre Bedeutung für die menschliche Ernährung in ALP science 2006, Nr. 505
  • Siegfried, Donna Rae: Anatomie und Physiologie für Dummies

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