Hefe

Anfangs ohne zu wissen, haben die Menschen seit je her mit Hefe Brot gebacken und alkoholische Getränke hergestellt - bis heute. In der modernen Biotechnologie spielt Hefe eine wichtige Rolle als „Produktionsorganismus“, um damit Arzneimittelwirkstoffe, Aromen, Enzyme und andere hochwertige Substanzen zu erzeugen. Für ihre vielfältigen Aufgaben wird Hefe gezüchtet und dabei genetisch verändert - mit zahlreichen verfahren von Genetik bis zu Synthetischer Biologie und der Gen-Schere CRISPR/Cas.

Hefe ist die Sammelbezeichnung für eine zu den Schlauchpilzen gehörende Gruppe von Mikroorganismen, die sich durch Sprossung vermehren. Wildhefen sind in der Natur weit verbreitet. Sie siedeln etwa auf Früchten und Beeren, sind aber auch als Verderbniserreger bekannt. Kulturhefen werden unter kontrollierten Bedingungen bei der Herstellung von Lebensmitteln und Getränken eingesetzt. Sie werden auf bestimmte Merkmale gezüchtet (Reinzuchthefen).

Unter Luftabschluss setzen Hefen Gärungsprozesse in Gang. Mit Hilfe der hefeeigenen Enzyme werden die pflanzlichen Stärken dabei in Alkohol (Ethanol) und Kohlendioxid aufgespaltet. Ist genügend Sauerstoff vorhanden, nutzen Hefen die Stärke zur eigenen Vermehrung. Dann entsteht kein Alkohol. Ein hohes Gärungsvermögen haben Hefen aus der Gattung Saccharomyces cerevisiae. Sie werden daher bei verschiedenen Lebensmitteln und Getränken eingesetzt, um diese zu veredeln oder zu konservieren.

Im Jahr 2009 wurden weltweit 1,9 Millionen Tonnen Hefe produziert. Den größten Anteil hat die Bäckerhefe, gefolgt von Bierhefe und aktiver Lebendhefe.

Hefen finden Verwendung beim Bierbrauen (Bierhefe), bei der Wein- und Spirituosen-Herstellung (Weinhefe, Brennereihefe) und beim Backen (Bäckerhefe).

Lebendhefe wird auch in Futtermitteln und als Nahrungsergänzungsmittel verwendet.

Gentechnik

Forschung und Entwicklung: Noch vor einigen Jahren wurde intensiv an gentechnisch veränderten Hefestämmen gearbeitet. Bis auf wenige Ausnahmen sind diese jedoch nicht bei der Lebensmittel- und Getränkeherstellung eingesetzt worden. Heute nutzt man andere molekularbiologische Verfahren, um die Eigenschaften von Zuchthefen gezielt den an die jeweiligen Prozessbedingungen und Verwendungszwecke anzupassen. In der Regel gehen daraus keine Hefen hervor, die nach den gesetzlichen Bestimmungen als „gentechnisch verändert“ gelten. Inzwischen werden auch die neuen Genome Editing-Verfahren - etwa CRISPR/Cas - eingesetzt, um gezielte Veränderungen im Hefe-Genome herbeiführen zu können.

Ziele bei der Hefezüchtung sind etwa:

Bäckerhefe: Verkürzung der Gehzeit des Hefeteiges, Verbesserung der Teigstabilität
Bierhefe: Vereinfachung des Gärverfahrens für alkohol- und kalorienarme Biere, Geschmacksstabilität, weniger Rückstände beim Filtrieren, geschmackliche Eigenschaften der Biere
Weinhefe: Optimierung des Gärprozesses, Verkürzung der Gärzeiten; Aromastabilität, Geschmacksverbesserung, Erhöhung der Gärleistung mit dem Ziel der vollständigen Vergärung des Zuckers, sodass keine Restsüße im Wein verbleibt; Verkürzung der Flaschengärung beim Champagner; Verringerung von krebserregenden Stoffen, die bei der Vergärung entstehen.

Zulassungen gentechnisch veränderter Hefen: In Großbritannien wurden vor einigen Jahren zwei gentechnisch veränderte Hefen zugelassen: eine Bäckerhefe (kürzere Gehzeit) und eine Bierhefe (Diätbier). Beide Hefen wurden nicht in größerem Umfang kommerziell eingesetzt. Erforderliche Zulassungsanträge für die EU oder andere Länder wurden nicht gestellt. Gentechnisch veränderte Hefen sind derzeit in den EU-Ländern nicht auf dem Markt.

In den USA, Kanada, Moldawien und Südafrika sind gv-Hefen zugelassen, die bei der Weinherstellung eingesetzt werden. Sie enthalten Gene aus einem Milchsäurebakterium und können so die im Verlauf der Gärung entstehende (sauer schmeckende) Apfelsäure in (mildere) Milchsäure umzuwandeln. Der mit dieser gv-Hefe erzeugte Wein soll sich nicht nur durch besseren Geschmack und Farbstabilität auszeichnen, sondern auch durch einen geringeren Gehalt an Histaminen. Diese Stoffe können nach hohem Weinkonsum bei dafür empfindlichen Menschen Kopfschmerzen auslösen. - Die Hefe wird in den USA kommerziell vertrieben. In wie weit die ML01-Hefe tatsächlich von US-amerikanischen Winzern verwendet wird, ist nicht bekannt. Eine weitere, in Kanada entwickelte gv-Hefe soll den Gehalt eines bestimmten Stoffes (Ethylcarbamat) reduzieren, der natürlicherweise als Nebenprodukt bei Fermentationsprozessen entsteht und der im Verdacht einer krebserregenden Wirkung steht. Die gv-Hefe ist in Kanada zugelassen und in den USA als sicher eingestuft worden (GRAS, Generally Recognized as Safe). (weitere Informationen: Wein)

Genom-Editierung von Weinhefe: Die spezifischen Möglichkeiten der Gen-Schere CRISPR/Cas, einzelne Gene gezielt abschalten oder modifizieren zu können, werden inzwischen auch bei Weinhefe und damit bei der Weinherstellung genutzt. Insbesondere können so erwünschte Eigenschaften im Wein verstärkt werden, etwa bestimmte Aromen oder Aromakomponenten. Unerwünschte Stoffe - etwa Fehlaromen oder gesundheitlich bedenkliche Stoffe - können dagegen unterdrückt werden. Außerhalb der EU gelten editierte Hefen nicht als „gentechnisch verändert“.

Hefen als Produktionsorganismen in der modernen Biotechnologie. Gentechnisch veränderte Hefen werden seit längerem genutzt, um Arzneimittelwirkstoffe, Spezialchemikalien, Enzyme, Aromen und andere hochwertige, ursprünglich pflanzliche Stoffe zu produzieren. Die gv-Hefen werden in geschlossenen Systemen (Fermenter) gehalten. Die mit ihnen erzeugten Produkte werden gereinigt und unterscheiden sich nicht von solchen aus konventionellen Verfahren.

Zunehmend kommen dabei Konzepte der Synthetischen Biologie zur Anwendung. Mit solchen Hefen werden etwa Aromen (Vanillin, Safran), Nahrungsergänzungsmittel wie Resveratrol, Süßstoffe aus Stevia Stevioglykoside oder auch vegane Ersatzstoffe für Fleisch, Milch oder Eiweiß hergestellt. In Europa gelten solche SynBio-Hefen meist als „gentechnisch verändert“ und unterliegen damit den Bestimmungen der Gentechnik-Gesetze. Das betrifft etwa die technische Ausstattung der Produktionsanlagen.

Kennzeichnung: Lebensmittel, die gentechnisch veränderte Hefen enthalten oder daraus bestehen, sind zu kennzeichnen.

Nicht kennzeichnungspflichtig sind Produkte wie Wein oder Bier, wenn sie zwar mit gv-Hefen hergestellt wurden, diese jedoch aus dem Produkt vollständig entfernt wurden und nicht mehr nachweisbar sind.

Ebenfalls nicht kennzeichnungspflichtig sind Zutaten, Zusatzstoffe oder Aromen, die mit Hilfe von gv-Hefen (oder SynBio-Hefen) produziert werden.