Hefe ist ein Pilz und braucht zum Leben und Wachsen eine Energiequelle. Zucker liefert diese Energie (auch Ihr Körper bezieht einen Großteil seiner Energie aus Zucker und anderen Kohlenhydraten).
Hefe kann Sauerstoff verwenden, um die Energie aus dem Zucker freizusetzen (wie Sie auch), und zwar in einem Prozess, der „Atmung“ genannt wird. Je mehr Zucker vorhanden ist, desto aktiver ist die Hefe und desto schneller wächst sie (bis zu einem gewissen Punkt – in sehr starkem Zucker, wie Honig, kann die Hefe nicht wachsen).
Wenn jedoch der Sauerstoff knapp ist (wie in der Mitte eines Teigballs), kann die Hefe immer noch Energie aus dem Zucker freisetzen, aber unter diesen Bedingungen sind ihre Nebenprodukte Alkohol und Kohlendioxid. Es ist dieses Kohlendioxidgas, das die Blasen im Teig (und damit im Brot) bildet und den Teig aufgehen lässt.
Alkohol ist ein Gift (für die Hefe wie für den Menschen), und deshalb kann die Hefe nicht wachsen, wenn der Alkoholgehalt zu hoch wird. Deshalb hat Wein nie mehr als 12% Alkohol.
Warum hemmt ein Überschuss an Zucker die Hefe?
Meine Vermutung ist, dass die osmotische Konzentration des Zuckers so hoch wird, dass die Hefe nicht mehr genug Wasser für ihr Wachstum bekommt.
Da frische Hefe zu mehr als 90% aus Wasser besteht, ist der einzige Stoff, den sie für ihr Wachstum braucht, Wasser. Mit zunehmender osmotischer Konzentration wird das Wasserpotential der Zuckerlösung immer negativer, bis es einen Punkt erreicht, an dem es niedriger ist als das Wasserpotential des Hefezellinhalts und Wasser eher aus der Zelle heraus- als hineinströmt. Ich weiß nicht, ob Hefezellen in der Lage sind, aktiv Wasser aufzunehmen, indem sie Stoffwechselenergie aufwenden, um das Wasser gegen den Wasserpotentialgradienten zu pumpen.
Ich stelle mir vor, dass bis zu einer bestimmten Konzentration der begrenzende Faktor die Menge an Zucker ist, die für die Atmung und die Synthese von Zellmaterialien zur Verfügung steht, wobei die Hefe in der Lage ist, mehr Wasser aufzunehmen, als für das Wachstum benötigt wird. Mit zunehmender Zuckerkonzentration können zwar Atmung und Synthese schneller ablaufen, aber die Wasseraufnahme wird immer langsamer, bis wir einen Punkt erreichen, an dem die Wasseraufnahmerate zum begrenzenden Faktor wird.
Welcher Zucker ist für das Hefewachstum am besten geeignet?
„Ich habe vier Zucker getestet (Fruktose, Glukose, Saccharose und Laktose). Ich bin zu dem Schluss gekommen, dass Saccharose die Hefezellen am meisten zum Schäumen bringt. Meine Frage ist: Warum? Ich bin besonders neugierig, warum Glukose die Hefe nicht am meisten schäumen ließ.“
Ich frage mich, welche Zuckerkonzentration Sie jeweils verwendet haben? Wurde jede Zuckerlösung auf die gleiche Konzentration bzw. Molarität gebracht?
Grundsätzlich muss jeder Zucker in Glukose umgewandelt werden, damit er in die Atmung eingespeist werden kann, und es ist dieser Prozess, der das Gas erzeugt, das die Schaumbildung verursacht.
Hefe ist in der Lage, eine Reihe von Enzymen zu synthetisieren, um dies zu tun:-
Sucrose ist ein Disaccharid: GLUCOSE-FRUCTOSE = SUCROSE
Sucrase spaltet Saccharose.
Isomerase wandelt Fructose in Glucose um.
So ergeben 0,1M Saccharose 0,2M Glucose (wenn ALL in Glucose umgewandelt wird).
Lactose ist ein Disaccharid: GLUCOSE-GALACTOSE = LACTOSE
Lactase spaltet Lactose und Transacetylase wandelt Galactose in Glucose um.
Ich glaube jedoch, dass Hefe nicht das Gen für Lactase hat und deshalb bleibt der Lactosezucker in „Milk stout“ intakt.
So sage ich voraus, dass Lactose ganz unten auf deiner Liste steht, mit der geringsten Schaumbildung.
Wenn ein Zucker zu konzentriert ist, verlangsamt er die Reaktion (das ist der Grund, warum Honig normalerweise nicht gärt), also solltest du darauf achten, nur verdünnte Lösungen in deinem Experiment zu verwenden.
So vermute ich, dass Saccharose in deinem Test am besten abgeschnitten hat, weil sie doppelt so viel Glukose ergab wie die „gleiche Konzentration“ von Glukose.
John Hewitson und Charles Hill