Hefepilz (Hefen)

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 16. November 2021

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Hefepilze sind einzellige Pilze, die Zucker in Alkohol und Kohlendioxid im Gärungsprozess umwandeln. Schon vor Jahrtausenden nutzten Menschen die Hefepilze im Sauerteig zur Herstellung eines wichtigen Lebensmittels, dem Brot. Im Sauerteig leben mikroskopisch kleine Pilze, deren Lebenstätigkeit das „Gehen“ des Teiges und das Lockerwerden des Brotes begünstigen. Bäckerhefe unter dem Mikroskop betrachtet, liefert den Beweis, dass diese aus ovalen oder kugelförmigen Einzelzellen, den Hefepilzen, besteht.

Bau und Lebensweise

Hefepilze besitzen rundliche Strukturen und bilden kein Myzel (unterirdisches Fadengeflecht). Die Zellen bestehen aus dem Zellplasma, dem Zellkern, der Zellmembran und der Zellwand, die Chitin eingelagert hat. Die Zellen der Hefepilze besitzen wie alle anderen Pilze keine Chloroplasten und demzufolge auch kein Chlorophyll. Hefepilze sind einzellige Organismen. Sie bevorzugen vor allem feuchte oder flüssige Lebensräume, unter anderem findet man sie auch in Pflanzensäften und Tiergeweben.

Fortpflanzung

Hefepilze pflanzen sich auf ungeschlechtlichem Weg durch Zellteilung (Sprossung) fort. Während des Prozesses bildet sich an der Mutterzelle, nachdem sich der Zellkern geteilt hat, eine Ausbuchtung. Diese wächst zu einer Knospe heran, die einen der beiden Zellkerne erhält und schnell an Größe zunimmt. Die neu entstandene Tochterzelle kann sich von der Mutterzelle trennen oder bleibt mit ihr in Verbindung. Durch viele folgende Teilungsschritte kann somit ein großer Zellverband entstehen. Bei optimalen Lebensbedingungen, ausreichend Nahrung in Form von Zucker, Feuchtigkeit und warmen Temperaturen teilen sich die Zellen rasend schnell, innerhalb von 24 Stunden mehrere Tausend mal.

Ernährung

Ihre Ernährungsweise ist genau wie bei anderen Pilzen heterotroph. Sie nehmen organische energiereiche Stoffe auf. Dabei handelt es sich in erster Linie um Zucker, den sie Früchten oder anderen zuckerhaltigen Nahrungsmitteln entziehen. In der Natur sind Hefepilze sowieso auf sämtlichen Obstsorten zu finden. Neben Zucker benötigen sie für ein optimales Wachstum und eine schnelle Vermehrung noch Sauerstoff und Wärme.

Die Zellen der Hefepilze enthalten Enzyme, die z.B. Traubenzucker spalten. Hefezellen bauen unter Einfluss von Sauerstoff Zucker vollständig zu Kohlendioxid und Wasser ab. Unter Sauerstoffentzug verläuft der Abbauprozess anders. In diesem Fall wird der Zucker unvollständig zu Alkohol (Ethanol) und Kohlendioxid abgebaut. Hierbei handelt es sich um einen alkoholischen Gärungsprozess, da das alles ohne Sauerstoff (anaerob) abläuft.

Gärung

Bei allen Gärungsprozessen spielen Hefepilze eine bedeutende Rolle. Gärung ist eine Form der Dissimilation. In diesem Prozess werden körpereigene organische energiereiche Verbindungen unter Einwirkung von Enzymen der Mikroorganismen meist unter Ausschluss von Sauerstoff zu energieärmeren Stoffen abgebaut. Hierbei wird Energie freigesetzt, die die Organismen für die Aufrechterhaltung ihrer Lebensfunktionen brauchen.

Hefepilze zur Weinherstellung

Die Hefepilze sind an der Weinherstellung beteiligt. Im Verlaufe mehrerer Wochen wandeln sie den eingelagerten Zucker des Obstes in Alkohol genauer Wein um. Vorausgesetzt der Gärungsprozess spielt sich ohne Sauerstoff ab. Ansonsten entsteht am Ende des Vorganges statt des bevorzugten Weines Essig, der zwar ebenfalls einen ernährungsphysiologischen Wert hat, aber in diesem Fall unerwünscht ist. Die Weinproduktion findet in Glasbehältern, den Weinballons, statt. Diese sind mit einem Gärröhrchen ausgestattet, um ein Nebenprodukt, das Kohlenstoffdioxid, problemlos entweichen zu lassen. Dieses Röhrchen ist so konzipiert, dass zwar das Gas entweicht, aber Luft nicht einströmen kann.

Für die Weinproduktion kommen verschiedene Obstsorten in Frage, z.B. Kirschen, Äpfel, Weintrauben, Johannesbeeren und diverse Waldfrüchte. Auch bei der Bierherstellung finden spezielle Bierhefen ihren Einsatzbereich. In erster Linie beeinflussen sie das Aroma und den Alkoholgehalt des jeweiligen Bieres im alkoholischen Gärungsprozess.

Hefepilze beim Backen (Backhefe)

Die Herstellung von Backhefe vollzieht unter Einbeziehung von Zuckerrübenrückständen als natürliche Nahrungsquelle für die Hefepilze. Innerhalb kürzester Zeit können somit diese kleinen Organismen ohne großen finanziellen Aufwand vervielfältigt werden, um sie für die Lebensmittelindustrie bei der Herstellung von Backwaren zu verarbeiten. Beim Backen von Brot sind Hefepilze aktiv. Das durch ihre Lebenstätigkeit frei werdende Abbauprodukt – Kohlendioxid – bewirkt als Gas das Aufblähen des Teiges und ist somit für die Lockerheit des Brotes verantwortlich. Andere Abbauprodukte wie Wasser oder Alkohol verdampfen durch die Wärme im Backvorgang.

Weitere Bedeutung

Auch für die Ernährung der umfangreichen Nutztierbestände werden sehr große Mengen an nahrhaften Futtermitteln gebraucht. Durch biotechnologische Verfahren unter Einsatz von Hefepilzen gelingt es, hochwertiges Futter aus Abfallstoffen preiswert herzustellen.

Bestimmte Hefepilze eignen sich hervorragend zur qualitativen Verbesserung giftiger aber noch nährstoffreicher Abwasser, die bei der Herstellung von Zellstoff aus Holz entstehen. Diese Pilze finden im Abwasser viel Nahrung, Feuchtigkeit und bei optimalen Temperaturen steigt ihre Vermehrungsrate exponentiell.

So entsteht wertvolle Futterhefe, die in gepresster Form als Pellets an Nutztiere verfüttert wird. Hier zeigt sich ein enormer wirtschaftlicher Nutzen, durch die Abwasseraufbereitung wird die Umwelt entlastet und die Produktionsweise von Futtermitteln ist sehr kostengünstig.

Auch bei der Quarkherstellung (Molke), der Zuckergewinnung (Melasse) und bei der Erdölverarbeitung werden aus Rückständen, die im Produktionsprozess anfallen, Futterhefen gewonnen. Der Bedarf an Alkohol für technische Zwecke ist steigend und wird ebenfalls durch Gärungsprozesse gedeckt.

Stärke aus Kartoffeln und Getreide, sogar aus Sägemehl und Sägespänen wird ebenfalls verzuckert und durch Hefen zu Alkohol vergoren. Dieser Methylalkohol (Methanol) ist jedoch sehr giftig und kann bei Konsum zur Erblindung führen. Seine Verwendung beschränkt sich allein auf die Herstellung von Brennspiritus, Frostschutzmittel sowie für Arzneien und Kosmetika.

Quellen

Herold, G.: Innere Medizin. Selbstverlag, Köln 2013
Kayser et al.: Medizinische Mikrobiologie. Thieme, Stuttgart 2010
Koop, I.: Gastroenterologie compact. Thieme, Stuttgart 2013
Hahn, H., et al.: Medizinische Mikrobiologie und Infektiologie. Springer, Berlin 2012

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