MIKROBIOLOGIE  und GÄRUNG

Wichtige Begriffe rund um die Hefe-Mikrobiologie

 
          
    

 

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Glossar Mikrobiologie    N-Z                                     

N

Nähragar

Nährboden* zur Kultivierung von Mikroorganismen*, vor allem Bakterien und Pilze (z.B. Hefen), meist mit folgender Grundzusammensetzung (in [g/L]): Pepton (aus Fleisch) 5.0-10.0, Fleischextrakt 3.0-5.0, z.T. Natriumchlorid (Kochsalz) 3.0-5.0, Agar-Agar*12.0-20.0. Bsp. Standarnähragar Fa. ROTH Info. Gebrauchsanweisung.

Nährboden

Steriles*, in Petrischalen* oder Glasröhrchen (Reagenzgläser) erstarrtes Nährmedium* für die Anzüchtung* von Mikroorganismen*. Die Festigkeit wird durch das aus Rotalgen gewonnene Polysaccharid Agar* erreicht.

Nährbouillon

Eiweissreiche Nährlösung* zum Kultivieren von Mikroorganismen*; enthält die gleichen Bestandteile wie Nähragar*, jedoch keinen Agar*.  Bsp. Nährbouillon Fa. ROTH Info. Gebrauchsanweisung.

Nährmedium

Wässrige Lösung von Nährstoffen (Zucker, Proteine, Mineralien, Vitamine u.a.) für die Anzucht und Vermehrung von Mikroorganismen.

O

Objektträger

Objektträger sind normierte kleine Glasplatten zur Platzierung der zu untersuchenden Objekte im Lichtmikroskop*, meistens eingebettet in Wasser, Färbelösung oder Immersionsöl (bei besonders hoher Vergrösserung), zugedeckt durch ein hauchdünnes Deckglas. Info.

Optische Dichte

Beim Verfahren der Trübungsmessung (Photometrie) macht man sich die Eigenschaft von Suspensionen zunutze, dass diese Licht streuen und zwar in um so grösseren Umfang, je mehr Zellen sich in der Suspension befinden, je trüber das Medium also wird. Dazu wird Licht einer Wellenlänge bekannter Intensität durch die zu untersuchende Probensuspension gesandt und photoelektrisch ausgewertet, wieviel der ursprünglichen Intensität noch vorhanden ist. Daraus lassen sich bis zu einer gewissen Zelldichte (eher tiefere Zellkonzentrationen) Rückschlüsse auf die Zellkonzentration gewinnen.

P

Pasteurisieren

Nach Louis Pasteur (1822-1895) bezeichnetes Verfahren zur Haltbarmachung von Lebensmitteln durch schonende Erhitzung bei Temperaturen zwischen  62 - 85 °C. Wirkung Abtötung vegetativer* (ungeschlechtlicher) Keime (z.B. 10 Minuten Erhitzung auf 80 °C), nicht wirksam gegen Sporen*.

PCR

Polymerase-Kettenreaktion (engl. polymerase chain reaction): Reaktion zur beliebigen Vermehrung von DNA*-Stücken. Sie wird z.B. eingesetzt beim Nachweis von Erbkrankheiten und beim genetischen Fingerabdruck.

Petrischale

Runde Doppelschale aus Glas oder Kunststoff (Einmalartikel), deren Deckel etwas weiter ist und über die senkrechte Wandung des Bodens greift (Foto). Petrischalen sind gewöhnlich 1 cm hoch und haben einen Durchmesser von 8 bis 12 cm. Sie werden vor allem zur Kultivierung von Mikroorganismen* auf künstlichen Nährböden* verwendet. Name: nach dem Bakteriologen Richard Julius Petri (1852-1921). Info.

Physiologische Kochsalzlösung

Nä0.85%-ige Natriumchlorid (NaCl)-Lösung. Medizin: einfachste isotonische Lösung bez. Blutplasma. Mikrobiologie: wird häufig für Verdünnungszwecke (Bsp. bei Verdünnungsreihen) verwendet.

 

Pigmente  

Farbstoffe: durch Absorption (Aufnahme) von Licht des sichtbaren Spektralbereichs des Sonnenlichts farbig erscheinende, organische Verbindung. Bsp.: Carotinoide*.

Pilzagar

Nähragar* zur Züchtung , Isolierung, Identifizierung und Stammhaltung von Pilzen.

pitch rates

syn. Anstellkonzentration = Hefemenge, die der Anstellwürze*, also der Bierwürze nach dem Sud auf die Gärung bezüglich Temperatur und Sauerstoff-anreicherung vorbereitete zuckerhaltige "Gärlösung" zum Starten der Primärgärung zugegeben wird. Eine falsche Anstellkonzentration (Hefemenge/Volumen [Zellen/mL] - vor allem eine zu geringe -  kann zu einer erhöhten Ester- und Fuselbildung führen. Hierdurch wird der Geschmack des Bieres verschlechtert und die Wahrscheinlich-keit eines „Katers“ steigt. Je besser es der Hefe geht, um so besser ist die Fermen-tation und das Bier. Typische Hefekonzentrationen: 20 - 30 Mio. Hefezellen/mL (20-30 x 10^6 HZ/mL); im Gärungsverlauf Anstieg auf ca. 60-80 x 10^6 HZ/mL). Zielwerte für den Heimbrauer: untergäriges Bier 1 - 1.2 x 10^6 HZ/mL und Grad Plato (= Bsp. Vollbier ca. 10-15 x 10^6 HZ/mL^); obergäriges Bier 0.5 - 1x10^6 HZ/mL und Grad Plato.

Info. Berechnung

Prionen

sind Eiweisse ohne Nukleinsäure mit einer fehlerhaften dreidimensionalen Struktur und können korrekt gefaltete Eiweisse "anstecken" (= Verhalten wie infektiöse Partikel).

Propanol

syn. Isopropanol, Isopropylalkohol, 2-Propanol. Ein Alkohol mit mikrobiozider Wirkung (60-80%), die auf eine Eiweisszerstörung (Proteindenaturierung) zurück geht.  Info.  Info > pdf "Anforderung Zulassung .... alkoholischer Desinfektionsmittel".

Propagation

syn. Hefepropagation*. Vermehrung von Reinzuchthefen* nach der 1. Vermehrungsstufe im Labormassstab (cf. Hefeherführung* und Hefestammkultur*) im Betriebsmassstab in "geschlossenen" Anlagen (= geschlossene Hefeherführung) zur Verminderung von Keiminfektionen. Bsp. einer industriellen Hefepropagationsanlage hier.

Q

R

Reinluftkabinett

engl. steril bench. Mikrobiologische Werkbank für steriles Arbeiten, z.B. Beimpfen, Nährlösungen umgiessen. Kann vom Heimbrauer mittels einer glatten Oberfläche (z.B. Glas, glatte Keramikplatte), die z.B. mit 65%igem Propanol abwischbar ist und zwei am Rand sich befindlichen Gasbrennern* (Bunsenbrenner*) als Ersatzwerkbank für mikrobiologische Arbeiten eingesetzt werden.  siehe Kap. Mikrobiologische Aspekte.  siehe auch "Sterilbench*".

Reinzuchthefe

An der Oberfläche von Trauben und Früchten befinden sich immer natürliche Hefen*, die eine alkoholische Gärung* auslösen könnten (= eine sog. Spontangärung, die aber bezüglich Qualität und Stabilität zu nicht reproduzierbaren Ergebnissen führen würden. Bei den natürlichen Hefen handelt es sich immer um ein Gemisch von verschiedenen Hefearten. Welche Hefeart sich im Brauansatz letztlich durchsetzt, ist daher unsicher. Auch ein Verderb des Produktes ist möglich, wenn sich z. B. Apiculatus-Hefen oder gar andere Mikroben durchsetzen. Daher wird heute fast ausschliesslich mit genau definierten, reinrassigen Hefestämmen gearbeitet. Ausnahme: gewisse belgische Bierspezialitäten (Gueuze, Lambic).

S

Saccharomyces cerevisiae

Die Bäcker- oder Bierhefe Saccharomyces cerevisiae ("Zuckerpilz des Bieres") gehört zu den Ascomyceten (Schlauchpilze: Ascus = charakteristisches sack- oder schlauchförmiges Fortpflanzungsorgan. Freie Asci werden von den Echten Hefen gebildet, die sich durch Sprossung vermehren wie die Bäcker-/Bierhefe Saccharomyces cerevisiae). Aufgrund ihres einzelligen Wachstums und der einfachen Handhabbarkeit im Labor dient die Bäcker-/Bierhefe als Modellorganismus für viele grundlegenden biochemischen/molekularbiologischen Untersuchungen, z.B. zur Funktion von Eiweissen in der eukaryotischen" Zelle. Die alkoholgärenden Hefen sind fakultativ anaerob*, bestreiten also ihren Energiestoffwechsel über aerobe Atmung*, solange Sauerstoff vorhanden ist; sie wechseln bei Luftabschluss zur Vergärung von Zuckern. Saccharomyces cerevisiae vergärt verschiedene Zucker zu Alkohol (Ethanol*) und wird heute meist als Reinzuchthefe zugesetzt, um den Verlauf des Gärprozesses zu standardisieren. Beim Backen nutzt man das entstehende Kohlenstoffdioxid CO2 zur Auflockerung des Gebäcks.

Studien zur alkoholischen Gärung haben wesentlich zum Verständnis des Stoffwechsels und der Begründung der Biochemie als Wissenschaft beigetragen. siehe Kap. Hefen.

Schimmelpilze

Schimmelpilze sind in der Mikrobiologie eine systematisch uneinheitliche Gruppe von filamentösen (fädigen) Pilzen, die ein unauffälliges Dasein als Saprobiont in bestimmten ökologischen Nischen fristen. Einige Schimmelpilzarten haben für den Menschen besondere Bedeutung als Human-Parasiten, sowie als Ursache von Pflanzenkrankheiten und von Schimmelpilzgiften in verdorbenen Lebensmitteln. Schimmelpilze können aber auch Nahrungsmittel-Veredler sowie eine biologische Quelle für Antibiotika und cholesterinsenkende Medikamente sein.

Im Brauwesen spielen Schimmelpilze eine lästige Rolle: Befall des Getreides, Mitverursacher von Gushing (spontanes Überschäumen von Bier) (Info). 

Info. Info.

 

Schrägagar

syn. Schrägagarröhrchen, Schrägagarkultur. Kulturröhrchen mit einem festen Nährboden*, dessen Oberfläche eine schiefe Ebene bildet. Strichförmig mit Mikro-organismen* beimpfte Schrägagarröhrchen nennt man Schräg(agar)kulturen. Sie werden vor allem zur Kultivierung, Beobachtung und Aufbewahrung von aeroben* Mikroorganismen* über längere Zeiträume angelegt.

Sporen

Dauer- und Ausbreitungsformen der Bakterien und Pilze. Meist wird die Bildung der Dauerformen durch einen Mangel an Nährstoffen oder andere ungünstige Wachstumsbedingungen ausgelöst. Während vegetative* Zellen durch 10-minütiges Erhitzen auf 80 °C abgetötet werden, können die Bakteriensporen ein stundenlanges Kochen ertragen.

Sprossung (Hefesprossung)

Hefen vermehren sich durch Sprossung bzw. syn. Knospung (= asexuelle Fortpflanzung durch Mitosen). Die Vermehrung durch Sprossung führte zur synonymen Bezeichnung Sprosspilze, obwohl nicht alle Hefen sich durch Sprossung vermehren. Brauhefen sind also auch Knospungs-Hefen. Die neue Zelle, die Tochterzelle, bildet sich als Auswuchs aus der alten Mutterzelle (mehr --> cf. hier).

Stamm

Verschiedene Abstammungslinien innerhalb einer Mikroorganismenart. Diese Kulturstämme sind Reinkulturen* und bestehen eigentlich aus einem Klon*, da es sich um eine durch ungeschlechtliche Vermehrung erzeugte Population handelt.

Stammhaltung

Darunter wird verstanden: 1. Isolation und Vermehrung einer Mikroorganismenform frei von schädlichen Einflüssen; 2. Langzeiterhaltung von Mikroorganismen*; 3. Erhaltung der ursprünglichen stoffwechselbiologischen/genetischen Eigenschaften. Häufig verwendet man das regelmässige Überimpfen* auch zur Langzeiterhaltung von Mikroorganismen* in Form von Stammkulturen* = Stammhaltung.

Stammkultur

Langzeithaltung von definierten Mikroorganismen* auf einem z.B. Schrägagarröhrchen* oder in Kryoröhrchen.

 

Stammsammlung

Bezugsquelle für Referenzsammlung. Eine Referenzsammlung ist ein aus Stammkultursammlungen erhältlicher, katalogisierter und präzise charakterisierter Stamm, dessen Merkmale definiert sind und der zur Qualitätssicherung eingesetzt wird.   siehe auch "Hefelieferanten*".

Starter

syn Hefestarter*, Starterkultur. Der Hefestarter ist das Verfahren des Heimbrauers der betriebsmässigen Hefepropagation* oder Hefeherführung*, aber nur die 1. Stufe: im Labormassstab von einer Stammkultur bis max. zum Literbereich. Folgende 1:10-Propagationsschritte sind typisch: 1. Hefeschrägagarkultur* --> 10 mL Bierwürze; 2. Stufe: nach 1-2 Tagen in 100 mL Bierwürze; 3. Stufe: nach weiteren 1-2 --> in 1'000 mL Bierwürze. Belüftung: durch Rühren mit Magnetrührer oder Sterilfilter. Ideale Anstellmenge* untergärig 0.5 -1.0 x 10^HZ Hefezellen/mL und Grad Plato (z.B. Vollbier: 10-15 x 10^6 HZ/mL) obergärig; 0.5 - 1.0 x 10`6 HZ/mL und Grad Plato. Info.  Anstellmenge: Info (engl. pitch rates). Info. Video (engl.).

Starterwürze

Nährmedium für die Anzucht des Hefestarter3*. Mögliches Rezept (Info): 100 g  heller Trockenmalzextrakt, 1/2 Teelöffel Hefenährsalz (Wyeast nutrient), 1 L Wasser, sterilisieren, OG* = 1.040 (10 °P), 21°C. 

 

steril

Keimfrei; frei von lebenden (= vermehrungsfähigen) Mikroorganismen* und infektiösen Partikeln (Viren, Prionen).

Sterilisation

Die Elimination (Abtrennung, Abtötung) aller vermehrungsfähiger Mikroorganismen* inkl. deren Sporen* und Endosporen, sowie die Inaktivierung aller Viren, Plasmiden und DNA-Fragmenten, die sich in oder an einem Produkt oder Gegenstand befinden. 

 

Sterilisationsverfahren
Thermisch (Flamme, trockene Luft, Sattdampf). Chemisch

(Oxidationsmittel, Radikale, Alkohol, Formaldehyd etc.).

Strahlung (z.B. UV, γ). Filtration. Es gibt kein universelles

Sterilisationsverfahren. Die Wahl des Verfahrens richtet

sich nach den Eigenschaften des Sterilisationsgutes (z.B.

Temperaturbeständigkeit), Art und Umfang der mikro-

biellen Kontamination. überblick: cf. Tabelle.

 

Sterilisator

Sterilisator ist ein Gerät zum Abtöten von Krankheits-

erregern wie Bakterien* (Sterilisation*), meist durch

Erhitzen unter Druck und unter der Verwendung von

Wasserdampf. Diese Geräte werden als Dampfsterilisator

beziehungsweise als Autoklav* bezeichnet.  Info.

 

Sterilbench

Reinluftkabinett*, Sterilkapelle. Sterile Impfkabine,

meistens mit Sterilfiltern zur Erzeugung eines sterilen*

Luftstromes und UV-Lampen ausgestattet.

Sterilfilter

Sterilfiltration.  Verfahren zur Entkeimung (= Sterilisation*) von Flüssigkeiten oder Gasen durch Anwendung bakteriendichter Filter (z.B. Membranfilter). Anwednungsbereich: Sterilisation von hitzeempfindlichen Nährlösungsbestandteilen (z.B. Vitamine), Luft zur Begasung. Solche Membranfilter weisen i.d.R. eine Porengrösse von 0.2 μm auf.  Info.

sterilisieren

Abtötung sämtlicher Mikroorganismen* (inkl. Sporen*), z.B. durch Autoklavieren*, Heissluftsterilisation, Strahlensterilisation, Sterilfiltration* oder chemischen Stoffen.

T

Teilentkeimung

Nur gewisse Mikroorganismen* werden durch das Verfahren abgetötet oder inaktiviert, z.B. Pasteurisieren*.

Trockenmedium

Nährmedien* in noch nicht gebrauchsfertiger, trockener Form (Pulver, Granulat, etc.) zur Herstellung von Fertignährböden bestimmt.

U

Überimpfen

Unter Impfen* versteht man in der Mikrobiologie die Übertragung einer gewissen Menge vermehrungsfähiger Mikroorganismen* (= Impfmaterial, Inokulum*) auf oder in einen - meist sterilen* - Nährboden* zum Zweck der Kultivierung. Unter Überimpfen versteht man den Transfer (Impfen*) von Mikroorganismenmaterial von einem sterilen Medium (Bsp. Schrägagarröhrchen) auf ein anderes Medium (z.B. anderes Schrägagaröhrchen, Nähragar in einer Petrischale, Flüssignährlösung in Erlenmeyerkolben etc.) zum Zwecke der Stammhaltung* oder Anzucht* und Vermehrung.

ubiquitär

überall vorkommend. Bakterien* beispielsweise kommen praktisch überall sind, sind also ubiquitär.

Uperisieren

Ultrahocherhitzung: eine Sterilisation* beispielsweise der Milch durch Injektion von überhitztem Wasserdampf in Milch, wobei eine Mischtemperatur von 135-150 °C erreicht wird, der die Milch nur 1-2 s ausgesetzt bleibt. Anschliessend wird die Milch über eine Düse entspannt und gleichzeitig abgekühlt, wobei das durch die Dampfinjektion zugesetzte Wasser wieder entweicht.

V

Vegetativ

Ungeschlechtlich. 

Verdopplungszeit td

Zeitintervall der Verdopplung der Bakterienmasse (mg Trockengewicht/mL) in [h].

Verdünnungsreihe

Zur Bestimmung der Mikroorganismenkonzentration (= Zellzahl/mL) angelegte Verdünnung einer Mikroorganismensuspension mit steriler* Nährlösung* oder physiologischer Kochsalzlösung*, meistens in 10er Schritten.

Vereinzelungsausstrich

syn. Ausstrichverfahren*. Methode zur Erzielung von Reinkulturen* aus Einzelkolonien*. Hefen lassen sich aus Einzelkolonien mit Hilfe des Verdünnungsausstrichs isolieren. Dabei wird eine kleine Menge der Hefesuspension mit steriler* Impföse* in mehreren Serien paralleler Striche auf einer Malzagarplatte ausgestrichen. Die aufeinander folgenden Ausstriche führen zu einer zunehmenden Verdünnung des Inokulums* auf der Agarplatte. 

Viabilität  (Zellviabilität)

Viabilität = Zelllebensfähigkeit, Lebendzellanteil, Lebend-Tot-Anteil von Zellen (engl. cell viability) bezeichnet in der Mikrobiologie den Anteil lebender Zellen in einer Zellpopulation. Sie kann mit einer einfachen Vitalfärbung (Methylenblaufärbung: cf. Braulabor 4) bestimmt werden.  Info.

Vitalität   Hefevitalität  Zellvitabilität

syn. Hefevitalität. engl. vitality: ein Mass für die Hefeaktivität oder Gärleistung.

Der physiologische Zustand der eingesetzten Hefen wird  mit den beiden Begriffen "Lebensfähigkeit" (engl. viability) und "Hefevitalität" umschrieben. Vitalität charakterisiert die mit sehr unterschiedlichen Analysemethoden erfass- und quantifizierbaren Stoffwechselaktivitäten der Hefeprobe, so z.B Gärgeschwindigkeit, Säurebildungsvermögen, andere metabolische Aktivitäten, ATP*-Gehalt (Adenosintriphosphat-Spiegel, Info, Info), Gehalt intrazellulärer Reservestoffe. Für den Heimbrauer ist methodisch einzig die Gärgeschwindigkeit fassbar.

Viren

Viren sind infektiöse Partikel ohne eigenen Stoffwechsel, sind also keine echten Zellen. Ihr genetisches Programm ist in DNA oder RNA niedergelegt, deren Replikation (Prozess der Verdoppelung der Erbsubstanz DNA) mit Hilfe lebender Wirtszellen (bakteriell, pflanzlich, tierisch/menschlich) erfolgt.  Info.  Leider nützt warmes Bier nicht gegen virale Erkältungen (Info).

 

W

Wachstumsparameter

Als Wachstumsparameter kann entweder die Zunahme der Individuenzahl oder der Masse der lebenden Substanz angesehen werden. Die Veränderung von Zellzahl oder Zellmasse wird als Wachstumsrate (v) bezeichnet. Die Vermehrung einer Zelle findet nach einer Wachstumsphase durch Zweiteilung statt. Die Zeit eines Vermehrungszyklus wird als Generationszeit (g) bezeichnet, bezogen auf die Zellmasse wird von einer Verdopplungszeit (td) gesprochen. Die Generationszeit (in h) ist der Kehrwert der Wachstumsrate (in h-1). Alle diese Wachstumsgrössen werden bei Bakterien oder Hefen durch die Wachstumsparameter beeinflusst: pH-Wert (Säuregrad), Temperatur, osmotischer Wert.  Info.

Wachstumsphasen

Zeitabschnitte des Wachstums einer statischen Mikroorganismenkultur, dargestellt als Wachstumskurve (Biomasse der Mikroorganismen [g]/ oder Log 10 lebende Organismen/mL gegen die Zeit [h]: 1. Induktionsphase: keine Vermehrung der Biomasse (Anpassung Stoffwechsel an Nährmedium); 2. lag-Phase: (oder Anlaufphase):  Regulationsprozesse, Ausbildung Transportsysteme und Enzyme; 3. exponenzielle (oder logarithmische) Phase: maximale Zellvermehrung; 4. stationäre Phase: kein Wachstum mehr, essenzielle Nährstoffe fehlen; 5. Absterbephase: Anzahl lebensfähiger Zellen nimmt negativ exponenziell ab. Häufig wird die 1. und 2. Phase einfach als lag-Phase* bezeichnet.

Wachstumsrate

Zunahmefaktor pro Zeiteinheit (v). Mikrobiologie: Verdopplungen der Mikroorganismenmasse (z.B. mg Trockengewicht/mL) pro Zeiteinheit [pro h bzw. h-1].

Wildhefen

Wildhefen sind in der Natur vorkommende natürliche nicht definierte Hefestämme. Vorkommen: überall, primär aber in der Luft und auf der Oberfläche von Früchten, oder aber in Bäckereien und Brauereien. Mit wilden Hefen zu brauen ist eine sehr komplizierte Sache, da der Brauprozess wesentlich schwieriger zu kontrollieren ist. In Belgien wird z.B. das "Lambic", das auch die Grundlage für diverse Fruchtbiere wie "Kriek" bildet, unter Verwendung wilder Hefen hergestellt.

Siehe "Braulabor 17  Isolation und Anreicherung wilder Hefen".

Würzeschrägagar

Schrägagar*, dessen Nährstoffgrundlage die Bierwürze in Form der Anstellwürze, evtl. noch zusätzlich angereichert durch Hefenährsalze darstellt (d.h. Agar + Anstellwürze). siehe auch Mikrobiologische Aspekte > 2.2. Nährmedien für Hefen.

  

X

Z

Zählkammer

Eine in einen ca. 5 mm dicken Glasblock eingeätzte Kammer mit Untereinheiten, deren definierte Tiefe und Fläche, gefüllt mit einer Suspension von Mikro- organismen, eine Auszählung der Zellen unter dem Mikroskop erlaubt. Info.  Methode.

Zellviabilität

Viabilität = Zelllebensfähigkeit, Lebendzellanteil, engl. cell viability bezeichnet in der Mikrobiologie den Anteil lebender Zellen in einer Zellpopulation. Sie kann mit einer einfachen Vitalfärbung (Methylenblaufärbung: cf. Braulabor 4) bestimmt werden.  Info.

 

 

 

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