Alkoholische Gärung vs Milchsäuregärung: Unterschiede erklärt

Aus genau dem gleichen Apfel-Kohl-Kompott kann je nach Mikroorganismus entweder Apfelwein oder Sauerkraut entstehen. Der Unterschied liegt in zwei zentralen Stoffwechselwegen: der alkoholischen Gärung von Hefen und der Milchsäuregärung von Lactobacillus-Bakterien. Beide nutzen Zucker als Energiequelle, kommen aber zu völlig verschiedenen Endprodukten und brauchen unterschiedliche Bedingungen.

Definition: was eine Gärung biochemisch ist

Gärung ist die anaerobe Verstoffwechselung von Zucker durch Mikroorganismen. Ohne Sauerstoff können Zellen Glukose nicht vollständig zu Wasser und CO2 abbauen, sondern stoppen auf halbem Weg und scheiden Zwischenprodukte aus. Diese Zwischenprodukte sind je nach Mikroorganismus entweder Ethanol (Alkohol) oder Milchsäure.

Beide Wege starten gleich: Glukose wird über die Glykolyse zu Pyruvat abgebaut, dabei entstehen pro Glukose-Molekül 2 ATP als Energie für die Zelle. Erst ab Pyruvat trennen sich die Wege. Hefen bauen Pyruvat über Acetaldehyd zu Ethanol ab, Milchsäurebakterien wandeln Pyruvat direkt in Milchsäure um.

Beide Wege liefern der Zelle die gleiche Energieausbeute von 2 ATP, sind also energetisch gleichwertig. Die unterschiedlichen Endprodukte ergeben sich nur aus der Frage, welche Enzyme der jeweilige Mikroorganismus zur Verfügung hat. Diese genetische Ausstattung entscheidet, ob du Wein oder Sauerkraut bekommst.

Alkoholische Gärung: Hefen produzieren Ethanol und CO2

Verantwortlich sind Hefen der Gattung Saccharomyces, vor allem Saccharomyces cerevisiae. Diese einzelligen Pilze finden sich natürlich auf Obstschalen, Trauben und Getreidekörnern. Aus 1 Gramm Glukose entstehen unter optimalen Bedingungen 0,51 Gramm Ethanol, 0,49 Gramm CO2 und Spuren von Aromastoffen wie Estern und höheren Alkoholen.

Hefen arbeiten optimal bei pH 3,5 bis 5 und Temperaturen zwischen 18 und 28 Grad Celsius. Sie tolerieren Alkohol bis zu einer artspezifischen Grenze, bei Saccharomyces cerevisiae meist 14 bis 16 Volumenprozent. Über dieser Grenze sterben die Hefen ab und die Gärung stoppt von selbst.

Typische Anwendungen sind Bier, Wein, Sake, Met, Apfelwein, Kombucha (in Kombination mit Bakterien) und Brot. Beim Brotbacken nutzt du das CO2 als Triebmittel, der entstehende Alkohol verflüchtigt sich beim Backen vollständig.

Milchsäuregärung: Bakterien produzieren Milchsäure

Verantwortlich sind Bakterien der Gattungen Lactobacillus, Leuconostoc und Pediococcus. Aus 1 Gramm Glukose entstehen je nach Bakterienart entweder reine Milchsäure (homofermentative Gärung) oder Milchsäure plus CO2 plus Ethanol (heterofermentative Gärung). Die meisten Lebensmittel-Fermentationen kombinieren beide Typen.

Milchsäurebakterien arbeiten optimal bei pH 4 bis 6 und Temperaturen zwischen 20 und 35 Grad Celsius. Sie tolerieren Säure bis pH 3, bei dieser Grenze stoppt ihr Wachstum von selbst. Diese Selbstregulation ist der Sicherheits-Mechanismus, der Sauerkraut, Joghurt und Kimchi haltbar macht.

Typische Anwendungen sind Joghurt, Käse, Sauerkraut, Kimchi, Salzgurken, Sauerteig (Lactobacillus plus Hefen), Salami, Kefir und Miso. Auch in deinen Muskeln läuft Milchsäuregärung ab, wenn du intensiv trainierst und der Sauerstoff für die normale Atmung nicht reicht.

Vergleichstabelle: alle Unterschiede auf einen Blick

Warum derselbe Rohstoff unterschiedlich gärt

Welcher Stoffwechselweg dominiert, hängt von drei Faktoren ab: Zucker-Konzentration, Sauerstoff-Verfügbarkeit und Salzgehalt. Bei hohem Zuckergehalt (Trauben, Apfelsaft, Honig) und niedrigem Salzgehalt setzen sich Hefen durch und es entsteht Alkohol. Bei niedrigem Zuckergehalt und 2 Prozent Salz setzen sich Milchsäurebakterien durch und es entsteht Sauerkraut.

Salz ist dabei der entscheidende Hebel. 2 Prozent Salzgehalt hemmt die meisten Hefen, aber nicht die Milchsäurebakterien. Das ist der Trick hinter Sauerkraut, Salzgurken und allen Gemüse-Fermentationen: das Salz selektiert die richtigen Mikroorganismen aus der natürlich vorhandenen Population.

Sauerstoff macht den dritten Unterschied. Hefen können auch mit Sauerstoff atmen und Glukose vollständig zu Wasser und CO2 abbauen, sie wechseln nur in den Gärmodus, wenn der Sauerstoff fehlt. Milchsäurebakterien sind dagegen reine anaerobe Energiegewinner, sie produzieren immer Milchsäure, mit oder ohne Sauerstoff.

Praktische Konsequenzen für deine Küche

Wenn du Sauerkraut machst und dabei feststellst, dass es leicht alkoholisch riecht, ist das ein Zeichen, dass Hefen auf der Oberfläche aktiv waren. Das passiert oft, wenn der Kohl nicht vollständig untergetaucht war. Lösung: Glasgewicht beschweren, sodass der Kohl überall unter der Lake liegt.

Wenn dein Wein nicht zu Ende vergärt und süß bleibt, hat die Hefe wahrscheinlich ihre Alkohol-Toleranzgrenze erreicht. Das ist artspezifisch und kann durch alkoholtolerantere Hefe-Stämme aus dem Brauereibedarf gelöst werden. Champagner-Hefe verträgt bis 18 Volumenprozent.

Wenn deine Salzgurken matschig werden, sind heterofermentative Milchsäurebakterien dominant gewesen, die zu viel Gas produzieren und Pflanzenzellen sprengen. Lösung: 2,5 Prozent Salzgehalt statt 2 Prozent, niedrigere Temperatur (15 bis 18 Grad), kürzere Reifezeit. Das selektiert die schonenderen homofermentativen Stämme.

Geschichtliche und kulturelle Einordnung

Beide Gärungsformen begleiten die Menschheit seit mindestens 9000 Jahren. Frühe Funde aus dem heutigen China zeigen alkoholische Gärung mit Reis und Honig um 7000 vor Christus. Sauerkraut wurde bereits beim Bau der chinesischen Mauer (3. Jahrhundert vor Christus) als Konservierung eingesetzt, und die alten Römer kannten Salzgurken und milchsauer eingelegtes Gemüse als Reiseproviant.

Die Industrialisierung der Lebensmittelproduktion im 19. Jahrhundert hat die Gärung in viele Konsumprodukte gebracht, von industriellem Joghurt bis zur Brauerei-Hefe in Reinkultur. Die handwerkliche Renaissance der Fermentation seit 2010 hat alte Techniken wie Salz-Zitronen, Kimchi und Wildhefen-Brote zurück in die Privatküchen gebracht.

Heute werden weltweit pro Jahr etwa 200 Millionen Tonnen alkoholische Getränke und 80 Millionen Tonnen milchsauer fermentierte Lebensmittel produziert. Damit sind beide Gärungsformen die mit Abstand wichtigsten biotechnologischen Prozesse der Lebensmittelherstellung, weit vor jeder anderen industriellen Anwendung. Die jährliche Produktion an Bier alleine entspricht 50 Liter pro erwachsenem Mensch weltweit.

Weiterführende Anwendungen

Das Verständnis der biochemischen Unterschiede hilft dir, Fermentationsfehler systematisch zu diagnostizieren statt mit Versuch und Irrtum. Wenn du das Prinzip einmal durchdrungen hast, kannst du jede Fermentation auf ihren Stoffwechselweg zurückführen und gezielt steuern.

Praktische Anwendungen findest du in unseren Anleitungen zu fermentierten Möhren als Beispiel reiner Milchsäuregärung und zu Kombucha mit Kräutern als Beispiel einer Mischfermentation aus Hefen und Bakterien. Mit dem Wissen aus diesem Beitrag verstehst du die Mechanismen hinter den Rezepten und kannst eigene Varianten sicher entwickeln.