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Biology

University, School

Aggertal-Gymnasium Engelskirchen

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gut plus, 2013/14

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Text by Carlos S. ©
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Was passiert beim Faulen? Gären Pilze und Schimmelbefall von Obst. Kleine Hausarbeit



1.Fäulnis

1.1 Was ist Fäulnis überhaupt?

Zu allererst muss beim Faulen grob zwischen Gärung und Schimmeln unterschieden werden. Das eine - die Gärung - ist ein anaerober1 Zellinterner Vorgang, zum Zweck auch ohne Sauerstoff Energie in Form von ATP2 zu Gewinnen. Wie die menschliche Haut ist auch Obst überzogen mit Bakterien und Hefen, die das angreifbare Fruchtfleisch zersetzen. Bei diesem Zersetzungsvorgang kann es stellenweise zu Sauerstoffmangel kommen, wodurch die Gärung dann letztendlich eintritt.

Die zweite, und offensichtlichere Art der Fäulnis ist das Schimmeln. Hervorgerufen durch eine Bandbreite an Schimmelpilzen befallen diese Pilze das Obst. Dabei dringen diese Mikroorganismen in das Obst ein und bilden dort Pilzfäden und Sporen3. Die Gesamtvernetzung der einzeln gebildeten Fäden bezeichnet man als Myzel. Diese Myzelien sind das, was wir im Allgemeinen Sprachgebrauch als Schimmel bezeichnen.

1.2 Was passiert beim Faulen?

Betrachtet man die Gärung allgemein, haben alle Gärungsformen gemeinsam, dass Zu Beginn eine Glykolyse stattfindet. Darunter versteht man das Umwandeln von Zucker durch Enzyme oder Mikroorganismen. Bei diesem ersten Schritt wird die Glucose, ein C6-Körper4 zu Je zwei Molekülen Pyruvat5 abgebaut. Dabei entsteht unter anderem 2 ATP6. Da kein Sauerstoff vorhanden ist folgt nun eine Gärung bei welcher durch die Oxidation Organischer Stoffe weiteres ATP gewonnen wird.

Die Häufigsten Gärungsarten sind Milchsäuregärung, alkoholische Gärung und Ameisensäuregärung. Alle Formen der Gärung unterscheiden sich in Hinblick auf die End- und Zwischenprodukte sowie der Menge an gewonnener Energie.

So wie es viele verschiedene Arten der Gärung gibt, haben sich im Laufe der Evolution auch etliche Schimmelpilzarten gebildet. Die einzelnen Pilzsporen werden durch direkten kontakt und durch die Luft übertragen. Die Schale des Obstes dient neben Auffälligkeit der Frucht hauptsächlich zum Schutz und verhindert das eindringen der Schimmelpilze. Wird die Schale jedoch durch einen Stoß oder Schnitt verletzt, haben die Schimmelpilze freien Zugriff auf dass Fruchtfleisch.

Dortiges Wasser, Zucker und Sauerstoff dient ihnen als Lebensgrundlage7. Das gebildete Myzel dringt dabei meist tief in das Obst ein. Dabei produzieren Schimmelpilze meist Toxine, die mehr oder weniger Gesundheitsschädigend sein können. Aflatoxin7 ist hierbei das gefährlichste. Häufig anzutreffen ist das Pilzgift Patulin. Dieses weiße, kristalline Mykotoxin8 wird vom Pilzgeflecht ausgeschieden und ist in großen Mengen in Kernobst anzutreffen (1g auf 1kg Faulstelle).9 Vom Menschen aufgenommen kann es zu inneren Organblutungen, Übelkeit oder Magenschleimhautentzündung führen9.

Spritzt man es Ratten unter die Haut wirkt es Krebserregend. Will man das Patulin nachträglich entfernen, hilft erhitzen/pasteurisieren recht wenig, da es zudem auch relativ Hitzebeständig ist.

Daher ist das das gewinnen von Fruchtsäften von Obst mit Faulstellen nicht erlaubt. Ein Maximum von Patulinwerten ist in Deutschland auf 50 μg/kg festgelegt9.

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Sie reifen die Milch weiter und sind dabei harmlos. Auch Salamisorten werden mit Schimmelpilzen ummantelt. Wesentlich bedeutender sind die Pilze jedoch in der Medizin. Sie dienten als Biologische Quelle für Medikamente wie Penicillin - dem ersten Antibiotika- und cholesterinsenkenden Medikamente wie Lovastatin.18


2.Fäulnisfaktoren

2.1 Welche Faktoren beeinflussen das Faulen?

Jede Form von Leben hat einen gewissen Toleranzbereich. Dies bedeutet, dass jedes Lebewesen besser oder schlechter mit den Verschiedenen Umweltfaktoren zurechtkommt. Diese Reaktionen sind den jeweiligen Spezies genetisch Vorgegeben.19 Dabei hat jedes Lebewesen eine gewissen Toleranzbereich in dem er leben kann, verändern sich die Umweltfaktoren zu einem Punkt außerhalb des Toleranzbereiches, stirbt das Individuum.

Arten mit hohem Toleranzbereich werden als euryök bezeichnet, Arten die nur geringe Schwankungen der Faktoren ertragen stenök.20 Die Bakterien, Pilze und Mikroorganismen beim Faulen sind davon nicht ausgenommen. Im Allgemeinen sind diese Tiere eine euryöke Lebensform, können sich jedoch durch ihre rasante und vielfältige Vermehrung schneller an Umweltfaktoren anpassen.

Daher werden im Folgenden sämtliche Faktoren einzeln Kategorisiert und deren Einfluss auf die Fäulnis erläutert.

Temperatur

Jedes Lebewesen hat eine Hitzetoleranz, Jedoch stirbt es je nach Temperatur irgendwann einen Hitze-/bzw. einen Kältetod. Schimmelpilze sind jedoch unglaublich resistent was Kälte betrifft. Von bisher über 100.000 bekannten Schimmelpilzarten21 sind so ziemlich alle noch bei Kühlschranktemperatur22 am Leben, wobei jedoch bei bereits unter 0°C eine verlangsamte Verbreitung des Myzels zu beobachten ist.

Absterben werden einige Pilze selbst bei Temperaturen von weit unter -100°C nicht, jedoch verfallen diese dann in eine Art Kältestarre und stoppen jegliche Prozesse zur Vermehrung und Verbreitung. Kann man aber nun doch eine Kälte erreichen um Obst auf ewig haltbar zu machen? Nun ja, die Kälteste Temperatur ist errechnet -273,15°C oder genauer 0°Kelvin23.

Was im Grunde die Temperatur ist, wenn keine Teilchenbewegung mehr vorliegt. Würde nun also Obst in einem perfekten Vakuum bei -273.15°C unendlich lange haltbar sein? Theoretisch nicht, da sich zwar keine Atome mehr bewegen, sich jedoch die Elektronen weiterhin um den Kern drehen müssen, denn sonst würden sich Kern und Elektronanziehen und das Atom i.....

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Durch den Kontakt mit Sauerstoff werden Stoffwechselprozesse in Gang gesetzt, die für die bräunliche Verfärbung verantwortlich sind.

Würde man die Enzyme nach der Ernte entfernen oder abbauen lassen können, würde dies den Reifungsprozess unterbinden. Jedoch lässt sich schlussendlich dieser Faktor nicht ohne weiteres verändern.

pH-Wert27

Der pH-Wert ist bekanntlich der Wert für das Maß, wie sauer oder basisch eine Wässrige Lösung ist. Für Pflanzen und Bäume ist der pH-Wert des Bodens essentiell, da die meisten Pflanzenwurzeln meist entweder saure oder basische Stoffe aufnehmen können. 28 ist ein Baum jedoch in der Lage durch spezielle Anpassung beides zu können, führt dies zu einer breiten physiologischen Potenz29.

Wird eine Pflanze die nur auf saurem Boden gedeiht z.B. in einen stark alkalischen Boden gesät, wird sie dort nicht wachsen können. Sie ist eine sogenannte Zeigerpflanze für sauren Boden d.H. sie kommt nur auf saurem Boden vor, da sie nur dort überlebt.

Nun haben auch Schimmelpilze und Bakterien einen gewissen Durchschnittstoleranzbereich. Dieser liegt bei den meisten Schimmelpilzen zwischen 2-8. 30 Die Optimalen Bedingungen liegen bei 4,5-6,5 also im leicht sauren Bereich.

Das waschen mit alkalischen Flüssigkeiten ist daher ein effektiver Weg, Pilze und Bakterien zu bekämpfen. Jedoch beeinflusst dieser Faktor nicht nur den Pilz, auch das Obst wird ohne intakte Schale danach ungenießbar sein.


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Licht

Zuvor muss gesagt werden, das zwar Pflanzen vom Licht abhängig sind, sich jegliche Art der Faulvorgänge auch bei völliger Dunkelheit voranschreitet. Werden Schimmelpilze mit sichtbarem Licht unterschiedlicher Wellenlängen, bei sonst gleichen Bedingungen bestrahlt. Lassen sich folgende Ergebnisse entnehmen33. Blaues Licht34 tötet ca. 80 % der Pilzsporen ab. Grünes Licht hingegen hemmt das Wachstum nur, gelbes Licht fördert das Wachstum sogar.

Dies ist so zu erklären, dass Schimmelpilze über Lichtrezeptoren verfügen, die blaues und rotes Licht detektieren können, und je nach Bestrahlung werden daraufhin bestimmte Gene runterreguliert 33(Inbegriffen der Gene die die Mykotoxine herstellen ).

Rechts im Bild eine mit dauerhaft Blauem Licht bestrahlte Orange ,Links eine Kontrollfrucht unter normalen Lichtverhältnissen.

Foto :Ausschnitt aus 33, Zeit 4:04


Leider haben nicht alle Pilze eine derartige Reaktion auf Blaues Licht, einige Schimmelpilze sind sogar vollständig immun33. Da jedoch viele, und auch häufig vorkommende Pilze anfällig auf Blaues Licht reagieren, ist Licht ein Faktor der nicht nur bereits bestehenden Schimmel bekämpft, sondern auch gleichzeitig vorbeugt. Das gelbes Licht die Pilzsporen sogar anregt ist kaum verwunderlich, da das eigentlich weiße Sonnenlicht durch unsere Atmosphäre gelb erscheint.

Jedoch werden farblose Sporen durch die UV-Strahlen des Sonnenlichtes auch abgetötet, für diese Schimmelpilze wäre ein dunkles Habitat also eher geeignet.35


3. Vorgehensweisen der der Lebensmittelindustrie

3.1 Ausnutzen der Gärung

Das Obst auch noch nach der Ernte reift, haben Ex- und Importeure schon vor Jahren gemerkt, und es sich zum nutzen gemacht. Wie auch sonst kriegen wir hier gerade frische, gut gereifte Bananen, die zuvor knappe anderthalb Wochen auf einem Schiff, verbracht haben. Sie werden bereits dann geerntet, wenn sie noch nicht reif (grün) sind. Während der Fahrt werden sie trotzdem auf 10°C abgekühlt um die Überreifung vorzubeugen.36 Denn erst ab 13,2 Grad fängt eine Banane an zu reifen.

Zusammen mit Stickstoff werden die Bananen mit dem Hormon Ethylen37 begast. Die Überdosis Ethylen beschleunigt den Reifungsprozess rapide. In fünf Tagen werden die Bananen, die Zuvor knapp zwei Wochen im Bauch eines Schiffes lagen reif. Lässt man sie nun zu lange liegen, set.....

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Foto: Lagerhalle mit CA 41

Die zweite in der Lebensmittelindustrie Angewandte Methode ist die Sogenannte ,,SmartFresh“ Methode bei der, ähnlich wie bei der Banane, auf das Reifehormon Ethylen abzielt. 42 Hierbei werden die Äpfel zusätzlich mit dem Gas Methylcyclopropen behandelt42.Dieses Gas hemmt das Ethylen des Apfels, wodurch die Reifevorgänge buchstäblich schlafen gelegt werden.

Diese Methode wird zumeist bei Lagerungszeiten von bis zu zwölf Monaten eingesetzt, da sie neben dem Schwund an Vitamin-C (knapp 20% sind erhalten geblieben)42, den alle Lageräpfel haben. Bei falscher Anwendung zur Verfärbung des Apfels führen kann.


3.4 Resumé

Zu guter Letzt ist zu sagen, dass trotz der Vielen Möglichkeiten, das Obst niemals unendlich lange haltbar ist, das ist Natur. Früchte sind dazu da, zu verfaulen oder gegessen zu werden, um die Kerne zu verbreiten, und somit den Fortbestand der Art zu gewährleisten.

Ich selbst habe mich diesem Thema gewidmet, da es jeden von uns betrifft, und man vielleicht doch noch etwas über unseren Alltag aus Biologischer Hinsicht lernen konnte.


4. Quellenverzeichnis:

4.1 Printquellen

1. P. Sitte, H. Ziegler, F. Ehrendorfer: Strasburger Lehrbuch der Botanik. 33. Auflage. Urban & Fischer, 1991, ISBN 3437204475.

2. Lehrbuch für Botanik; Autoren: Eduard, 1844-1912; Jost, Ludwig, b. 1865; Schenck, H. (Heinrich), 1860-1927; Karsten, George, 1863-1937; Publisher Jena,G.Fischer

3. Grüne Reihe, Materialien S2: Ökologie;Dr.Eckhard Phillip, Antje Starke, Prof.Dr.Bernhard Verbeek, Rolf Wellinghorst; 2005 Schroedel Verlag

4.2 Internetquellen

1.Verdacht :Schimmel php ; CenasAG Centrum für Bioanalytik ; Letzter Zugriff 19.03.14

2. Glucose ; Autor: Eidi Helland 2012 ; .....

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12. Bestrahlt: Mikrowelle macht Putzlappen keimfrei ; Autor: hei ; Spiegel online Verlag 2007; erstellt 23.01.07; Letzter Aufruf 19.03.14

13. Warum verderben Lebensmittel?: Stoppt die Verschwendung ; Derk Hoberg ; worlds of food 2014; letzter Zugriff 19.03.14

14. pH-Wert

15. Gärprozess Teige und Massen Frank Massholder ; Letzter Aufruf 19.03.14

16. Video : Blaulicht gegen Schimmelpilze Uploader :Ano Nymos ; 05.02.11 ; letzter Zugriff 19.03.14

17. Ethylen sorgt für reife Früchte im Supermarkt :Importeure lassen Bananen beim Transport schlafen ; 23.01.06 Letzter Aufruf: 19.03.14

18.datenbank Zusatzstoffe ; Die Verbraucher Initiative e.V. ; Letzter Zugriff 19.03.14

19. Selbstsuche Google Trends, Suchbegriff ,,Zusatzstoffe“ ; letzte Suche19.03.14 ;

20. Äpfel im Winterschlaf: Lageräpfel, was steckt noch drin? ; Krischan Dietmaier (WDR) ; 20.06.13; letzter zugriff 19.03.14

21. “Schönheitsschlaf” hält Äpfel frisch und knackig ; Verfasst von: Extern Verfasst am: 29. Februar 2012 in: Medizin, Umwelt, Wissenschaft; Letzter Zugriff 19.03.14


1 D.h. eine Reaktion ohne Sauerstoff (O2)

2 Adenosintriphosphat, ein Energieüberträger, wird von nun an mit ATP abgekürzt

3 Information aus Internetquelle 1 : Verdacht Schimmel

4 Verbindung mit 6 Kohlenstoffatomen (siehe Quellenverzeichniss 2 : Glucose)

5 Verbindung aus 3 Kohlenstoffatomen

6 Information aus Internetquelle 3 : Gärung oder Atmung

7 Aus Internetquelle 4: So verderben Lebensmittel

8 Sammelbegriff für alle Pilzgifte

9 Aus Internetquelle 5: wenn der Apfel verfault

10 Aus Internetquelle 6 : Gärungsprozesse

11 Aus Internetquelle 4: So Verderben Lebensmittel Bild: Druc.....

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34 Wellenlänge von 450 Nanometern

35 Aus Internetquelle 9 : Schimmelpilze

36 Aus Internetquelle 17 : Ethylen

37 Auch Ethen, gasförmige, farblose, brennbare, süßlich riechende organische Verbindung mit der Summenformel C2H4 Es ist das einfachste Alken.

38 Aus Internetquelle 18 : Datenbank Zusatzstoffe

39 Google Trends, Internetquelle 19.

40 CA-Lager Kurzform für Controlled Atmosphere

41 Aus Internetquelle 20.und 21.

42 Aus Internetquelle 20. Ä.....

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