Hefeproduktion

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Hier wird die industrielle Produktion von Backhefe dargestellt. Grundlage dafür sind zwei Dinge:

1. Ein Hefestamm, der seit Jahrhunderten durch Auslese und Züchtung aus Sauerteighefen bzw. aus der Bierhefe von obergärigen Bieren herausgelöst wurde. Durch die Weiterzüchtung ist die Bäckerhefe triebstärker als die wilden Hefen im Sauerteig, verträgt aber, im Gegensatz zur Sauerteighefe, viele andere Substanzen nicht: Säure, Salze, Fette, Kohlenstoffe etc).
2. Ein Kulturmedium mit Melasse dient als Hauptbestandteil zur Vermehrung der Hefe.

Während der Hefestamm das Betriebsgeheimnis der jeweiligen Hefeproduzenten ist, ist der technische Ablauf der Hefevermehrung allgemein bekannt.

Um Massen von Mikroorganismen in Reinkultur herzustellen, werden sie in der Biotechnik in der Regel in mehrstufigen Kulturverfahren produziert. Ein einstufiges Verfahren, bei der ein großes Volumen eines Kulturmediums mit einer kleinen Menge der Organismen beimpft wird, ist aus mehreren Gründen sehr nachteilig. Würde so vorgegangen, würde eine großvolumige Anlage relativ lange Zeit für die Vermehrung benötigt. Das hätte folgende Nachteile:

1. Technisch: Je größer eine Anlage ist, desto schwieriger ist es, das Eindringen von fremden, unerwünschten Mikroorganismen zu verhindern. Die Phase der Vermehrung in einer großen Anlage muss deshalb so kurz wie möglich gehalten werden
2. Ökonomisch: Eine teure, große Anlage würde lange Zeit für die Vermehrung einer kleinen Menge von Mikroorganismen beansprucht, für deren Produktion auch kleinere, billigere Anlagen ausreichen.
3. Biologisch: Kulturmedien sind nach ihrer Zubereitung meistens nicht optimal für die Vermehrung von Mikroorganismen (unter anderem zu hohes Redoxpotential, zu geringe Kohlenstoffdioxid-Konzentration, zu geringe Konzentration spezifischer Wachstumsstimulatoren). Die Organismen müssen erst durch ihren Stoffwechsel ein günstigeres Milieu schaffen. Das dauert bei einer kleinen Menge von Mikroorganismen in einem großen Kulturmediumvolumen sehr lange und das Wachstum würde zu Beginn stark verzögert.

Auch bei der Backhefe-Produktion wird deshalb die Vermehrung in mehreren Stufen geführt, zum Beispiel von einer Reagenzglaskultur über flüssige Kulturmedien mit 50 mL, 1 L, 10 L, 40 L, 400 L, 4 m³, 10 m³ und 200 m³. Die Abstufungen können auch anders sein.

Als Kulturmedium wird eine wässrige Lösung von 8 - 10 % Melasse verwendet. Melasse enthält etwa 50 % Zucker. Die Lösung wird mittels Säuren auf einen pH-Wert von etwa 4,5 gebracht, gekocht (damit fremde Mikroorganismen abgetötet werden) und gefiltert. Dann werden Nährsalze hauptsächlich Ammoniumsalze und Phosphate) sowie Vitamine der B-Gruppe zugesetzt, da diese für das Hefewachstum benötigt werden und in der Melasse nicht in ausreichenden Mengen vorhanden sind. Die Kulturen werden aerob, das bedeutet unter Belüftung, geführt, um eine möglichst hohe Biomasse-Ausbeute zu erhalten.

Die ersten 4 Stufen bis etwa 40 L werden im Laboratorium geführt, wobei die Kultureinrichtungen sterilisiert werden, die Hefe also in Reinkultur vermehrt wird. Dies dauert etwa 8 Tage. Die nächsten 2 bis 3 Stufen bis etwa 10 m³ werden im Betrieb in einer stationären technischen Anlage geführt, der sogenannten Reinzuchtanlage, die ebenfalls sterilisiert wird (Heissdampf 120 °C unter 1 bar Überdruck), Dauer etwa 2 Tage. Für die letzten 2 Stufen werden wegen ihrer Größe (200 m³) nicht sterilisierte Anlagen verwendet, jedoch werden Fremdmikroorganismen weitgehend ausgeschlossen. Diese Kulturen dauern jeweils nur kurze Zeit (je 10 bis 20 Stunden) und werden mit einer hohen Hefekonzentration gestartet, so dass etwaige Fremdorganismen praktisch nicht zur Entwicklung kommen. Im angeführten Beispiel wird in der 200 m³-Stufe zunächst etwa 18 t "Stellhefe" erhalten. Manchmal wird Stellhefe auch in zwei Stufen erzeugt. Aus der Stellhefe wird in einer letzten Phase, ebenfalls in einer 200 m³-Anlage, in etwa 10 Stunden die Versandhefe produziert, zum Beispiel in 4 Parallelkulturen mit je 200 m³ Medium etwa 65 – 70 t.

In etwa 11 Tagen wird so aus etwa 8 mg Ausgangsmasse mit etwa 33 Verdoppelungen die fast zehnmilliardenfache Hefemasse hergestellt.

Die Hefe wird mittels Separatoren konzentriert (ergibt sogenannte "Hefemilch" oder "Hefesahne") und je nach gewünschtem Ergebnis weiterverarbeitet:

Presshefe 

Über Filterpressen oder Vakuumrotationsfilter wird die Hefemilch auf einen Trockenstoffanteil von ca. 30% konzentriert. Anschließend wird die Masse durch eine Strangpresse ausgeformt und abgepackt. Ein Gramm Presshefe enthält etwa 10¹⁰ (10 Milliarden) Hefezellen.

Aktive Trockenhefe

Im Extruder wird Preßhefe zu kleinen Zylindern geformt, die dann im Wirbelschichtverfahren getrocknet werden.

Trockenhefe

Die restliche Hefemilch wird im Walzentrockner oder in einer Sprühgefriertrocknungsanlage getrocknet, wobei die enzymatische Aktivität komplett verloren geht, so dass diese Hefe hauptsächlich als Futtermittelzusatz oder für diätetische Zwecke verwendet wird, bzw als 7-g-Beutel verkauft werden.

Insgesamt fallen bei der Herstellung auf Melassebasis größere Mengen organischer und chemischer Stoffe sowie Mikroorganismen-haltiges Hefewasser an, die nach wie vor ein Entsorgungsproblem darstellen.

Zukunftsaussichten: Im Moment zeichnet sich ein Trend zu biodynamischen Lebensmitteln ab. Diese Entwicklung macht auch vor der Backhefe nicht halt. Zum Patent angemeldet sind im Wesentlichen zwei Verfahren, um sog. biologische Backhefe herzustellen:

1. Ein Verfahren, das es ermöglicht, auf konventionellen Anlagen aus Biomelasse bio-dynamische Hefe herzustellen und
2. eines, das statt der Melasse enzymatisch verzuckertes Mehl einsetzt. Hierfür ist allerdings eine komplizierte Anlagentechnik nötig, die mit recht hohem Strom- und Energieverbrauch einhergeht. Bio heißt eben nicht immer "umweltfreundlich".

In Entwicklung ist derzeit der Versuch, mit Hilfe der Gentechnik in die Hefe den Befehl einzubauen, Aromen (z.B. Vanille) zu produzieren.

Ferner gibt es derzeit eine Hefeproduktion auf rein biologischer Basis. Dazu werden die chemischen Bedingungen mit natürlichen Materialien (auf Getreidebasis) und Verfahren nachgeahmt. Diese biologische Hefe ist nicht so triebfreudig wie die Hefe auf Melassebasis, da das Endprodukt zu 30% aus Kartoffelstärke besteht, und sie hat sich aufgrund ihres höheren herstellungsbedingten Preises derzeit nicht durchgesetzt.

Siehe auch: Hefen, Backhefe