Fermentation ist ein biologischer Prozess, bei dem Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen oder Pilze organische Stoffe umwandeln. Dabei können beispielsweise Milchsäure, Essigsäure oder Alkohol entstehen. Seit Jahrhunderten nutzen Menschen diesen Prozess, um Lebensmittel haltbarer zu machen, ihren Geschmack zu verändern und bestimmte Inhaltsstoffe umzuwandeln.
Was ist Fermentation?
Der Begriff Fermentation beschreibt die Umwandlung organischer Stoffe mithilfe von Mikroorganismen oder deren Enzymen. Je nach beteiligtem Mikroorganismus und Ausgangsstoff entstehen dabei unterschiedliche Stoffwechselprodukte.
Milchsäurebakterien können beispielsweise Kohlenhydrate in Milchsäure umwandeln. Hefen bilden unter bestimmten Bedingungen Alkohol und Kohlendioxid, während Essigsäurebakterien an der Entstehung von Essigsäure beteiligt sind.
Dabei verändert sich nicht nur der Geschmack. Fermentation kann auch die chemische Zusammensetzung eines Lebensmittels oder Pflanzenmaterials verändern: Bestimmte Verbindungen werden abgebaut, andere neu gebildet oder in eine andere Form überführt.
Ist Fermentation dasselbe wie Gärung?
Die Begriffe Fermentation und Gärung werden im Alltag häufig synonym verwendet. Fermentation ist jedoch der weiter gefasste Begriff für mikrobielle beziehungsweise enzymatische Umwandlungsprozesse. Gärung bezeichnet enger gefasst bestimmte Stoffwechselprozesse, bei denen organische Verbindungen umgesetzt werden.
Bekannte Beispiele sind die alkoholische Gärung bei Bier und Wein oder die Milchsäuregärung bei Sauerkraut und anderen fermentierten Gemüsesorten.
Wie funktioniert Fermentation?
Welche Prozesse genau ablaufen, hängt vom Lebensmittel beziehungsweise Pflanzenmaterial, den beteiligten Mikroorganismen und den Bedingungen während der Fermentation ab.
Vereinfacht lässt sich der Prozess folgendermaßen darstellen:
- Mikroorganismen werden aktiv: Je nach Fermentation sind beispielsweise Milchsäurebakterien, Hefen oder andere Mikroorganismen beteiligt.
- Vorhandene Nährstoffe dienen als Substrat: Mikroorganismen nutzen beispielsweise bestimmte Zucker für ihren Stoffwechsel.
- Stoffe werden umgewandelt: Dabei können unter anderem Milchsäure, Essigsäure, Alkohol oder weitere Metaboliten entstehen.
- Das Ausgangsprodukt verändert sich: Geschmack, Geruch, Konsistenz, Haltbarkeit und Zusammensetzung können sich dadurch verändern.
Bei einer kontrollierten Fermentation werden Mikroorganismen und Prozessbedingungen gezielt ausgewählt. Bei traditionellen Lebensmitteln kann die Fermentation dagegen auch durch natürlicherweise vorhandene Mikroorganismen in Gang kommen.
Warum fermentieren Menschen Lebensmittel?
Fermentation gehört zu den ältesten Methoden der Lebensmittelverarbeitung. Einer ihrer wichtigsten ursprünglichen Zwecke war die Konservierung.
Bei der Milchsäuregärung entsteht beispielsweise Milchsäure. Dadurch sinkt der pH-Wert des Lebensmittels, was das Wachstum verschiedener unerwünschter Mikroorganismen erschweren und die Haltbarkeit verlängern kann.
Ein bekanntes historisches Beispiel ist Sauerkraut auf langen Seereisen. Der britische Seefahrer James Cook führte auf seinen Expeditionen unter anderem Sauerkraut mit. Vitamin-C-haltige Lebensmittel spielten auf langen Seereisen eine wichtige Rolle bei der Vorbeugung von Skorbut.
Heute wird Fermentation nicht nur wegen der Haltbarkeit genutzt. Geschmack, Textur und die gezielte Veränderung von Inhaltsstoffen spielen ebenfalls eine wichtige Rolle.
Was verändert Fermentation in Lebensmitteln und Pflanzen?
Fermentation ist kein einheitlicher Prozess. Welche Veränderungen auftreten, hängt unter anderem vom Ausgangsstoff, den verwendeten Mikroorganismen und den Fermentationsbedingungen ab.
Untersuchungen zeigen jedoch verschiedene Mechanismen, durch die sich Lebensmittel und Pflanzenmaterial während einer Fermentation verändern können.
1. Bioverfügbarkeit bestimmter Stoffe kann sich verändern
Mikroorganismen und ihre Enzyme können komplexe Verbindungen in kleinere Bestandteile zerlegen oder chemisch verändern. Eine Untersuchung von Rasor und Kollegen zu enzymkatalysierten Prozessen in der pharmazeutischen Industrie zeigt, dass solche enzymatischen Umwandlungen dazu beitragen können, dass bestimmte Verbindungen anschließend leichter verfügbar sind.1
Das bedeutet allerdings nicht, dass Fermentation grundsätzlich jeden Nähr- oder Pflanzenstoff besser verfügbar macht. Der Effekt hängt vom jeweiligen Stoff und Fermentationsverfahren ab.
2. Neue Stoffwechselprodukte können entstehen
Während der Fermentation entstehen sogenannte Metaboliten – Stoffwechselprodukte der beteiligten Mikroorganismen. Eine Übersichtsarbeit von Wu und Kollegen zur mikrobiellen Fermentation und Umwandlung in der traditionellen chinesischen Medizin beschreibt, wie enzymatisch gebildete Umwandlungsprodukte wiederum als Ausgangsstoff für weitere Reaktionen dienen können.2
Dadurch kann fermentiertes Pflanzenmaterial Verbindungen enthalten, die im ursprünglichen Ausgangsmaterial nicht oder nur in anderer Form vorhanden waren.
3. Bestimmte unerwünschte Verbindungen können reduziert werden
Fermentation kann auch bestimmte sogenannte antinutritive Bestandteile beeinflussen. Dazu zählt beispielsweise Phytinsäure, die Mineralstoffe binden kann.
Je nach Lebensmittel und Verfahren kann der Abbau solcher Verbindungen dazu beitragen, dass bestimmte Mineralstoffe besser verfügbar werden.
4. Geschmack und Konsistenz verändern sich
Fermentation ist nicht zuletzt für zahlreiche charakteristische Aromen verantwortlich. Joghurt, Sauerteig, Käse, Sauerkraut, Kimchi, Kaffee und Kakao wären ohne mikrobielle beziehungsweise fermentative Prozesse nicht das, was wir heute kennen.
Fermentierte Nahrungsergänzungsmittel: Was macht Fermentation bei Pflanzenextrakten?
Fermentation wird nicht nur bei klassischen Lebensmitteln eingesetzt. Auch Pflanzen und Pflanzenextrakte können gezielt fermentiert werden.
Dabei nutzen Mikroorganismen und ihre Enzyme bestimmte Bestandteile des Pflanzenmaterials als Ausgangsstoff. Dadurch kann sich das Profil der enthaltenen Pflanzenstoffe verändern.1,2
Für fermentierte Pflanzenextrakte sind insbesondere drei Aspekte interessant:
- Umwandlung vorhandener Pflanzenstoffe
- Entstehung neuer Metaboliten
- veränderte Bioverfügbarkeit bestimmter Verbindungen
Welche Veränderungen tatsächlich auftreten, ist jedoch vom jeweiligen Pflanzenmaterial, den eingesetzten Mikroorganismen und dem konkreten Verfahren abhängig. Deshalb lässt sich nicht pauschal sagen, dass ein fermentierter Pflanzenextrakt grundsätzlich „wirksamer" ist als ein nicht fermentierter Extrakt.
Entscheidend ist vielmehr, was durch die jeweilige Fermentation konkret verändert wird und wie gut diese Veränderung untersucht ist.
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Beispiele für fermentierte Pflanzen und Pflanzenextrakte
Fermentierter Ginseng
Ginseng enthält charakteristische Pflanzenstoffe, die sogenannten Ginsenoside. Bei der Fermentation können bestimmte Ginsenoside in andere Verbindungen umgewandelt werden.
Eine Untersuchung von Ryu et al. beschäftigte sich beispielsweise mit der Bioverfügbarkeit eines mit Phellinus linteus fermentierten roten Ginsengextrakts. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Fermentation die Verfügbarkeit bestimmter Ginsengbestandteile verändern kann.3
Auch mögliche Zusammenhänge zwischen fermentiertem Ginseng und dem Darmmikrobiom wurden wissenschaftlich untersucht. Eine Untersuchung von Fan et al. stammt allerdings aus einem Tiermodell.4 Die Ergebnisse lassen sich daher nicht ohne Weiteres auf den Menschen übertragen.
Fermentierter schwarzer Knoblauch
Bei der Verarbeitung und Reifung von Knoblauch verändert sich dessen chemische Zusammensetzung. Dabei werden unter anderem schwefelhaltige Verbindungen umgewandelt.
Das ist auch sensorisch interessant: Der für frischen Knoblauch typische intensive Geruch kann dadurch deutlich reduziert werden.
Eine Untersuchung von Wang et al. zu Extrakten aus schwarzem Knoblauch fand darüber hinaus Hinweise auf eine mögliche Beeinflussung des Immunsystems.5 Auch hier gilt: Das Ergebnis bezieht sich auf den konkret untersuchten Extrakt und lässt sich nicht automatisch auf jedes Produkt aus schwarzem Knoblauch übertragen.
Fermentierte Kurkuma
Auch Kurkuma wurde hinsichtlich der Veränderungen seiner Pflanzenstoffe durch Fermentation untersucht.
Eine Untersuchung von Xiang et al. verglich beispielsweise die Zusammensetzung von fermentiertem und nicht fermentiertem Kurkuma und fand Unterschiede im Curcuminoid-Profil.6
Solche Untersuchungen zeigen, dass Fermentation nicht lediglich ein Konservierungsverfahren ist, sondern die Zusammensetzung pflanzlicher Rohstoffe gezielt verändern kann.
Fermentierter Grünkohl
Auch bei Gemüse kann Fermentation die Zusammensetzung verändern. Eine Untersuchung von Szutowska et al. an spontan fermentiertem Grünkohlsaft beschäftigte sich unter anderem mit Nährstoffzusammensetzung, Gesamtphenolgehalt sowie antioxidativen und antimikrobiellen Eigenschaften.7
Die Ergebnisse verdeutlichen zugleich einen wichtigen Punkt: Die Auswirkungen einer Fermentation sollten immer für das konkrete Lebensmittel und Verfahren betrachtet werden. Erkenntnisse zu fermentiertem Grünkohl lassen sich beispielsweise nicht automatisch auf fermentierten Ginseng oder Kurkuma übertragen.
Fermentierte Lebensmittel: Welche Beispiele gibt es?
Viele Lebensmittel, die wir regelmäßig essen und trinken, entstehen mithilfe von Fermentation oder enthalten fermentierte Bestandteile.
Bekannte Beispiele sind:
- Sauerkraut
- Kimchi
- Joghurt
- Käse
- Sauerteig
- Kefir
- Kombucha
- Natto
- Sojasauce
- Miso
Auch bei der Herstellung von Kaffee, Kakao beziehungsweise Schokolade sowie verschiedenen alkoholischen Getränken spielen Fermentationsprozesse eine wichtige Rolle.
Sind fermentierte Lebensmittel automatisch probiotisch?
Nein. Fermentiert und probiotisch bedeuten nicht dasselbe.
Ein Lebensmittel kann durch Mikroorganismen fermentiert worden sein, ohne beim Verzehr noch lebende Mikroorganismen zu enthalten. Durch weitere Verarbeitungsschritte wie Erhitzen oder Pasteurisieren können diese beispielsweise reduziert oder inaktiviert werden.
Der Begriff probiotisch setzt dagegen lebende Mikroorganismen voraus und ist nicht automatisch auf jedes fermentierte Lebensmittel übertragbar.
Diese Unterscheidung ist auch bei Nahrungsergänzungsmitteln wichtig: Ein fermentierter Pflanzenextrakt ist nicht automatisch ein Probiotikum.
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Kimchi: ein bekanntes Beispiel für Gemüsefermentation
Kimchi gehört zu den bekanntesten fermentierten Lebensmitteln aus Korea. Grundlage ist meist Chinakohl oder anderes Gemüse, das beispielsweise mit Rettich, Frühlingszwiebeln, Knoblauch, Ingwer und Chili kombiniert und fermentiert wird.
Während der Fermentation sind insbesondere Milchsäurebakterien beteiligt. Dadurch verändert sich nicht nur der Geschmack – auch die chemische und mikrobielle Zusammensetzung des Ausgangsmaterials entwickelt sich während des Prozesses weiter.
Kimchi zeigt damit anschaulich, warum Fermentation weit mehr ist als bloße Haltbarmachung: Aus frischem Gemüse entsteht durch mikrobielle Umwandlungsprozesse ein Lebensmittel mit eigenständigem Geschmacks- und Stoffprofil.
Wo wird Fermentation noch eingesetzt?
Die Nutzung von Fermentation reicht weit über Sauerkraut, Joghurt oder Pflanzenextrakte hinaus.
Fermentative und biotechnologische Verfahren spielen beispielsweise eine Rolle bei:
- der Herstellung bestimmter Arzneimittel und pharmazeutischer Substanzen
- der Produktion von Brot, Käse, Joghurt und fermentierten Getränken
- der Herstellung von Enzymen und anderen biotechnologischen Produkten
- der Produktion bestimmter Biokraftstoffe
- biologischen Verfahren zur Abwasserbehandlung
Fermentation ist damit sowohl ein jahrtausendealtes Verfahren als auch ein wichtiger Bestandteil moderner Biotechnologie.
Gemüse fermentieren: Schritt für Schritt
Fermentieren lässt sich auch zu Hause ausprobieren. Besonders verbreitet ist die Milchsäuregärung von Gemüse.
Schritt 1: Lebensmittel vorbereiten
Gemüse gründlich waschen und je nach Sorte und gewünschtem Ergebnis schneiden oder hobeln.
Schritt 2: Gläser und Utensilien reinigen
Saubere Arbeitsbedingungen sind wichtig. Gläser und verwendete Utensilien sollten gründlich gereinigt werden.
Schritt 3: Gemüse und Salzlake vorbereiten
Das Gemüse wird in ein geeignetes Glas gegeben. Bei einer Salzlake kann beispielsweise mit einem Verhältnis von 1 g Salz auf 50 ml Wasser gearbeitet werden.
Das entspricht einer Salzkonzentration von etwa 2 Prozent.
Schritt 4: Gemüse unter die Flüssigkeit drücken
Das Gemüse sollte möglichst vollständig von der Salzlake bedeckt sein. Fermentiergewichte können dabei helfen, das Gemüse unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche zu halten.
Schritt 5: Fermentieren lassen
Das Glas wird anschließend bei geeigneter Temperatur gelagert. Wie lange eine Fermentation dauert, hängt unter anderem von Gemüseart, Temperatur, Salzgehalt und gewünschtem Geschmack ab.
Nach Erreichen des gewünschten Fermentationsgrades kann das Lebensmittel kühl gelagert werden, wodurch die Fermentation deutlich verlangsamt wird.
Hinweis: Bei der Fermentation zu Hause sind Hygiene, ein geeignetes Salzverhältnis und die korrekte Lagerung besonders wichtig. Bei Schimmel, auffälligem Geruch oder anderen eindeutigen Zeichen von Verderb sollte das Lebensmittel nicht verzehrt werden.
Was kann beim Fermentieren schiefgehen?
Ungeeignete Temperatur
Die Temperatur beeinflusst die Aktivität der Mikroorganismen. Zu hohe oder zu niedrige Temperaturen können den Fermentationsprozess verändern.
Falsches Salzverhältnis
Salz beeinflusst sowohl die beteiligten Mikroorganismen als auch Geschmack und Konsistenz. Deshalb sollte das für die jeweilige Fermentation empfohlene Verhältnis eingehalten werden.
Gemüse liegt nicht unter der Lake
Gemüse, das dauerhaft aus der Flüssigkeit herausragt, ist stärker dem Sauerstoff ausgesetzt. Fermentiergewichte können dabei helfen, das Ferment unter der Lake zu halten.
Schimmel
Bei sichtbarem Schimmel sollte das Ferment aus Sicherheitsgründen nicht verzehrt werden.
Ein weißlicher Belag kann in manchen Fällen auch durch Kahmhefen entstehen. Da sich Veränderungen bei selbst fermentierten Lebensmitteln aus der Ferne jedoch nicht sicher beurteilen lassen, sollte bei Unsicherheit auf den Verzehr verzichtet werden.
Zu weiche Konsistenz
Eine sehr weiche Konsistenz kann unter anderem mit Temperatur, Fermentationsdauer oder Salzkonzentration zusammenhängen.
Fazit: Fermentation verändert mehr als nur die Haltbarkeit
Fermentation ist eines der ältesten Verfahren zur Verarbeitung und Konservierung von Lebensmitteln – und gleichzeitig ein wichtiger Bestandteil moderner Lebensmitteltechnologie und Biotechnologie.
Mikroorganismen und ihre Enzyme wandeln dabei vorhandene Verbindungen um. Dadurch können sich Haltbarkeit, Geschmack, Konsistenz und die chemische Zusammensetzung des Ausgangsmaterials verändern. Je nach Lebensmittel und Verfahren können bestimmte Stoffe abgebaut, neue Metaboliten gebildet oder einzelne Verbindungen besser verfügbar gemacht werden.
Besonders interessant ist dieser Prozess auch bei Pflanzen und Pflanzenextrakten. Untersuchungen an Ginseng, Kurkuma und anderen pflanzlichen Rohstoffen zeigen, dass Fermentation deren Stoffprofil verändern kann.3,6 Welche Vorteile daraus entstehen, muss jedoch immer anhand des konkreten Ausgangsstoffs und Fermentationsverfahrens beurteilt werden.
Fermentation ist deshalb nicht einfach gleichbedeutend mit „gesünder" oder „besser". Ihr eigentliches Potenzial liegt in der gezielten biologischen Umwandlung: Aus einem Ausgangsstoff kann ein Produkt mit veränderten Eigenschaften und einem neuen Stoffprofil entstehen.
Häufig gestellte Fragen zur Fermentation
Was ist Fermentation einfach erklärt?
Fermentation ist ein biologischer Prozess, bei dem Mikroorganismen wie Bakterien oder Hefen Bestandteile von Lebensmitteln oder Pflanzenmaterial umwandeln. Dabei können beispielsweise Milchsäure, Essigsäure, Alkohol und weitere Stoffwechselprodukte entstehen.
Was ist der Unterschied zwischen Fermentation und Gärung?
Fermentation ist der weiter gefasste Begriff für mikrobielle beziehungsweise enzymatische Umwandlungsprozesse. Als Gärung werden bestimmte Stoffwechselprozesse bezeichnet, beispielsweise die alkoholische Gärung durch Hefen oder die Milchsäuregärung.
Welche Vorteile hat Fermentation?
Fermentation kann Lebensmittel haltbarer machen sowie Geschmack, Konsistenz und Zusammensetzung verändern. Je nach Ausgangsstoff und Verfahren können bestimmte Verbindungen abgebaut, neue Metaboliten gebildet oder bestimmte Nähr- und Pflanzenstoffe besser verfügbar werden.
Sind fermentierte Lebensmittel immer probiotisch?
Nein. Fermentation bedeutet lediglich, dass Mikroorganismen an der Herstellung beteiligt waren. Ein fermentiertes Lebensmittel muss beim Verzehr nicht zwangsläufig lebende Mikroorganismen enthalten und ist daher nicht automatisch probiotisch.
Welche Lebensmittel sind fermentiert?
Zu bekannten fermentierten Lebensmitteln gehören unter anderem Sauerkraut, Kimchi, Joghurt, Kefir, Käse, Sauerteig, Miso, Natto und Kombucha. Auch bei Kaffee, Kakao und verschiedenen Getränken kommen Fermentationsprozesse zum Einsatz.
Was passiert bei der Fermentation mit Pflanzenstoffen?
Mikroorganismen und ihre Enzyme können bestimmte Pflanzenstoffe abbauen oder in andere Verbindungen umwandeln. Gleichzeitig können neue Stoffwechselprodukte entstehen. Welche Veränderungen stattfinden, hängt von der Pflanze, den Mikroorganismen und dem Fermentationsverfahren ab.
Warum werden Pflanzenextrakte fermentiert?
Durch Fermentation lässt sich das Stoffprofil eines pflanzlichen Rohstoffs gezielt verändern. Dabei können vorhandene Pflanzenstoffe umgewandelt und neue Metaboliten gebildet werden. Bei bestimmten Verbindungen kann sich auch die Bioverfügbarkeit verändern.
Wie lange dauert Fermentation?
Das lässt sich nicht pauschal beantworten. Die Dauer hängt unter anderem vom Lebensmittel, der Temperatur, dem Salzgehalt, den beteiligten Mikroorganismen und dem gewünschten Ergebnis ab. Bei fermentiertem Gemüse kann der Prozess je nach Methode von einigen Tagen bis zu mehreren Wochen dauern.
Kann man jedes Gemüse fermentieren?
Viele feste Gemüsesorten eignen sich gut für die Milchsäuregärung, beispielsweise Kohl, Karotten, Gurken, Radieschen oder Rote Bete. Sehr weiche oder wasserreiche Lebensmittel können dagegen schwieriger zu fermentieren sein.
Woran erkennt man, dass ein Ferment verdorben ist?
Sichtbarer Schimmel, deutlich unangenehme beziehungsweise faulige Gerüche oder andere eindeutige Verderbs-Zeichen sprechen gegen den Verzehr. Da sich selbst fermentierte Lebensmittel aus der Ferne nicht zuverlässig beurteilen lassen, sollte bei Unsicherheit auf den Verzehr verzichtet werden.
Referenzen
- Rasor JP et al. Enzyme-catalyzed processes in pharmaceutical industry. Appl Catal A Gen. 2001;221(1–2):145–158.
- Wu T et al. Advances in the study on microbial fermentation and transformation of traditional Chinese medicine. Afr J Microbiol Res. 2013;7(17):1644–1650.
- Ryu JS, Lee HJ, Bae SH, Kim SY, Park Y, Suh HJ, Jeong YH. The bioavailability of red ginseng extract fermented by Phellinus linteus. J Ginseng Res. 2013;37(1):108–116.
- Fan J et al. Fermented ginseng improved alcohol liver injury in association with changes in the gut microbiota of mice. Food Funct. 2019;10(9):5566–5573.
- Wang D et al. Black Garlic (Allium sativum) Extracts Enhance the Immune System. Medicinal and Aromatic Plant Science and Biotechnology. 2010;4(1):37–40.
- Xiang X et al. A novel predict-verify strategy for targeted metabolomics: comparison of the curcuminoids between crude and fermented turmeric. Food Chem. 2020.
- Szutowska J et al. Spontaneously fermented kale juice: microbiological quality, nutritional composition, antioxidant and antimicrobial properties. J Food Sci. 2020;85(4):1248–1255.
