Biotechnologische Anwendungen in Lebensmittel & Industrie

Fermentation in der Lebensmittelproduktion

Die Herstellung von Brot basiert auf der Gärung durch Hefe, Saccharomyces cerevisiae. Diese Gärung produziert Ethanol (Alkohol). Das Ethanol verdampft beim Backen, und das entstehende Kohlendioxid bildet kleine Bläschen, die dem Brot sein typisch schwammiges Aussehen verleihen. Die Hefe Saccharomyces stirbt bei Hitze ab.

Wein- und Bierherstellung

Die Wein- und Bierherstellung wird ebenfalls mit Saccharomyces cerevisiae (Fermentation) durchgeführt.

Weinherstellung

Im Falle von Wein findet man Hefe natürlicherweise auf der Haut der Trauben.

Bierherstellung

Das Bierbrauen erfordert eine Reihe von Schritten:

• Mälzen: Rösten der gekeimten Gerstensamen (Malz).
• Zugabe von Hopfen, der dem Produkt seinen Geschmack verleiht.

Käseherstellung

Die Käseherstellung erfolgt durch Gärung mittels Milchsäurebakterien (Lactobacillus, Lactococcus, etc.). Käse wird in mehreren Schritten gewonnen:

1. Mischen der fermentierten Milch mit Lab (einem Enzym, das im Magen von Wiederkäuern produziert wird).
2. Das Milcheiweiß fällt dabei in eine feste Phase (Quark) und eine flüssige Phase (Molke) aus.
3. Filtration und Salzzugabe.
4. Käsereifung durch andere Mikroorganismen (Micrococcus, Propionibacterium, Penicillium).

Biotechnologie in der Industrie

Chemische Industrie: Enzyme

Enzyme, die von Mikroorganismen produziert werden, werden in der chemischen Industrie aus kostengünstigen Produkten (Zellulose, Stärke, etc.) gewonnen.

• Proteasen, Amylasen und Lipasen: Für bioaktive Waschmittel.
• Lab: Für die Käseherstellung.
• Amylasen: Für die Produktion von Süßstoffen.
• Antikrebsmittel: Dihydrofolatreduktase (aus Lactobacillus casei).

Enzym-Immobilisierung

Normalerweise werden Enzyme immobilisiert, um ihre Stabilität zu erhöhen. Die Immobilisierung kann auf verschiedene Weisen erreicht werden:

• Polymerisation des Enzyms.
• Bindung an ein inertes Trägermolekül.
• Einschluss in halbdurchlässige Membranstrukturen.

Pharmaindustrie

Herstellung von Impfstoffen

Die traditionellen Methoden der Impfstoffherstellung können zusammengefasst werden:

• Abschwächung der Virulenz des Organismus (meist mit Formaldehyd).
• Abtöten von Mikroorganismen (meist durch Hitze).
• Inaktivierung von Toxinen, die von Mikroorganismen produziert werden, unter Beibehaltung ihrer Immunogenität (Toxoide).

Herstellung von Seren

Seren werden aus Tieren gewonnen, die mit dem Organismus geimpft wurden, um deren Antikörper zu erhalten.

Produktion von Antibiotika

Die Produktion von Antibiotika kann zusammengefasst werden als:

1. Anbau von Pilzen, die unter optimalen Bedingungen produzieren (z.B. Penicillium chrysogenum für Penicillin).
2. Reinigung des Antibiotikums, in der Regel durch physikalische Verfahren wie Zentrifugation oder Filtration.
3. Kristallisation der Verbindung.

Der Prozess wird auf zwei Arten optimiert:

• Auswahl der produktivsten Pilzstämme durch konventionelle genetische Verfahren (Mutation, Rekombination, etc.).
• Kontrolle der Wachstumsparameter.