Wozu dient die Gärkammer?

Im Alltag sind wir von fermentierten Lebensmitteln umgeben.

Für die Prüfung von Batterien und Akkumulatoren entdecken Sie die Batterieprüfkammer, die für Tests unter kontrollierten Bedingungen entwickelt wurde.

Bei der Herstellung alkoholischer Getränke wie Wein und Bier wird dem Gärungsprozess große Aufmerksamkeit geschenkt, was auch für andere Lebensmittel wie Joghurt, Brot und deren Folgeprodukte gilt.

Doch was genau ist Gärung und wozu dient eine Gärkammer?

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Was ist Fermentation?

Bei der Fermentation handelt es sich um einen grundlegenden biologischen Prozess , der stattfindet, wenn Mikroorganismen wie Hefen oder Bakterien auf Substanzen wie Zucker einwirken und diese in andere Substanzen umwandeln. 

Aus der Sicht der beteiligten Mikroorganismen ist es eine Überlebensstrategie, aus unserer Sicht hingegen ein unschätzbares Phänomen, das es uns seit Anbeginn der Zeit ermöglicht hat, aus Rohstoffen bestimmte Nahrungsmittel zu gewinnen.

Die alkoholische Gärung bei der Weinherstellung beeinflusst beispielsweise den Zuckergehalt des Traubenmosts. Dem Traubenmost zugesetzte Hefen beginnen, den in den Trauben enthaltenen Zucker zu verbrauchen, und diese chemische Reaktion erzeugt Ethylalkohol und Kohlendioxid. Der Alkohol verleiht dem Wein seinen charakteristischen Geschmack und sein Aroma. 

Die Gärung findet jedoch nicht im Vakuum statt, sondern erfordert bestimmte Umweltparameter. Hier Laborgeräte wie die Gärkammer ins Spiel.

Erfahren Sie mehr: Entdecken Sie unsere CO2-Testkammer für Fermentationsprozesse, entwickelt und hergestellt von FDM Environment Makers.

Was ist die Gärkammer?

Die Fermentationskammer ist ein Laborinstrument, das aus einem von der Außenwelt isolierten Abteil besteht, in dem es möglich ist, bestimmte Umweltparameter wie Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Luftzirkulation zu verändern.

Die Gärkammer gehört somit zur größeren Familie der Klimakammern, also zu all jenen Laborinstrumenten, die es ermöglichen, die Umweltbedingungen in ihrem Inneren für die unterschiedlichsten Zwecke zu verändern und zu kontrollieren.

Viele dieser Kammern werden zum Testen von Produkten oder Materialien verwendet, andere, wie Wachstumskammern oder Fermentationskammern, dienen dazu, bestimmte atmosphärische Bedingungen zu erzeugen, um die biologischen Prozesse der darin platzierten Proben zu verändern.

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Wozu dient die Gärkammer?

Kommen wir zur Sache: Wozu dient eine Gärkammer?

Wie bereits erwähnt, erfordert die Gärung sehr präzise Temperatur- und Feuchtigkeitswerte, und nicht alle Gärungen verlaufen gleich.

Die meisten Weine gären beispielsweise zwischen 15° und 30°C, während Bier einen engeren Bereich zwischen 18° und 24°C aufweist und die Milchsäuregärung von Joghurt zwischen 43° und 46°C stattfindet. 

Die Gärkammer ermöglicht die absolute Kontrolle der Umgebungsparameter und damit schnelle und präzise Gärungen, was insbesondere von anspruchsvollen Produzenten gewünscht wird, die ein präzises Profil erzielen möchten.

Die FDM-Wachstumskammer

FDM – Environmental Makers ist seit über 70 Jahren ein führendes Unternehmen im Bereich Klimakammern. 

Unsere Wachstumskammern sind insbesondere auf die Kultivierung und Vermehrung von Bakterien und anderen Mikroorganismen spezialisiert , die, wie wir gesehen haben, die grundlegende Funktion des Gärungsprozesses erfüllen.

Darüber hinaus ist es in unseren Wachstumskammern möglich, die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit nach Belieben zu verändern sowie Beleuchtungssysteme zu installieren , die verschiedene Intensitäten des Sonnenlichts nachbilden, die für das Wachstum bestimmter Organismen von entscheidender Bedeutung sind.

Bei weiteren Fragen oder Anliegen zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren.

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Referenzstandards

• ISO 22000 — Managementsysteme für die Lebensmittelsicherheit: Anforderungen an Organisationen in der Lebensmittelversorgungskette, anwendbar auf kontrollierte industrielle Fermentationen.
• Codex Alimentarius CXS 1-1985 — Allgemeiner Standard für die Kennzeichnung von vorverpackten Lebensmitteln, Referenz für die Kennzeichnung von fermentierten Produkten.
• EHEDG Doc 8 — Hygienische Gestaltung geschlossener Anlagen zur Verarbeitung flüssiger Lebensmittel, Europäische Leitlinien für hygienische Fermentationsanlagen.
• IFS Food v8 – International Featured Standard für Lebensmittelsicherheit, erfordert dokumentierte Kontrollen von Fermentationsvorgängen.
• BRC Global Standard for Food Safety v9 — Privater britischer Standard, der weltweit für den großflächigen Einzelhandel und die Lebensmittelherstellung übernommen wurde.
• EN 1672-2 — Lebensmittelverarbeitungsmaschinen: Grundbegriffe, Hygieneanforderungen an die Anlagenplanung.

Autoritative Quellen

• ISO – Internationale Organisation für Normung. Veröffentlicht ISO 22000 und verwandte Normenreihen für das Lebensmittelsicherheitsmanagement.
• Codex Alimentarius FAO/WHO. Internationale Referenz für harmonisierte Lebensmittelstandards.
• EHEDG – Europäische Gruppe für Hygienetechnik und -design. Europäisches technisches Gremium für hygienische Lebensmittelgeräte.

Häufig gestellte Fragen zur Gärkammer

Milchsäure-, alkoholische und Essigsäuregärung: Worin unterscheiden sie sich?

Die drei Hauptfermentationsarten unterscheiden sich hinsichtlich der Mikroorganismen, Substrate, Endprodukte und Reaktionsbedingungen. Milchsäuregärung durch Lactobacillus, Streptococcus und Leuconostoc: Glucose wird in Milchsäure (homofermentativ) oder in Milchsäure + CO₂ + Ethanol (heterofermentativ) umgewandelt. Anwendungsbeispiele: Joghurt (42–45 °C, 4–6 Stunden, pH-Wert 4,5), Käse (30–38 °C, 2–8 Stunden, pH-Wert 5,0–5,5), Sauerkraut (18–22 °C, 2–4 Wochen), fermentierte Wurstwaren (18–25 °C, 24–72 Stunden). Alkoholische Gärung durch Saccharomyces cerevisiae, S. bayanus und Pichia: Glucose wird in Ethanol + CO₂ umgewandelt. Anwendungen: Wein (22–28 °C Rotweine, 16–20 °C Weißweine, 7–15 Tage), Bier (18–24 °C Ale / 8–12 °C Lager, 7–14 Tage), Brot (25–32 °C, 1–3 h). Essigsäuregärung durch Acetobacter aceti und Gluconobacter: Oxidation von Ethanol zu Essigsäure (Sauerstoffbedarf). Anwendungen: Essig (28–32 °C, 7–30 Tage), Kombucha (22–28 °C, 7–14 Tage). Jede Variante benötigt eine Kammer mit Temperaturregelung (± 0,5 °C), RH , kontinuierlicher pH-Wert-Überwachung und gegebenenfalls CO₂-Management.

Wie kontrolliert man Temperatur, pH-Wert und RH?

Die Mehrparameterregelung einer industriellen Fermentation erfordert separate Regelkreise. Temperatur: Vierdraht-Pt100-Sensor der Klasse A mit direkter Einbringung in die Fermentationsmasse, PID-Regelung über einen thermostatisierten Glykolmantel (-10 / +90 °C) oder internen Wärmetauscher. Erforderliche Temperaturhomogenität: ± 0,3 °C in Fermentern mit Rühren, ± 1 °C in statischen Fermentationen (Sauerkraut, Rohfleisch). pH-Wert: Sterilisierbare Glaselektrode (Mettler InPro 3250) mit Pt1000-Sonde zur Temperaturkompensation, regelmäßige Kalibrierung mit pH-4,0- und pH-7,0-Pufferlösungen, typische Drift: 0,05/Monat. Kontinuierliche Überwachung zur Identifizierung von Säuerungsphasen, Bewertung der Stoffwechselrate und Definition von Stopppunkten. Luftfeuchtigkeit: Kritisch für Feststofffermentationen (Pökelwaren, Käse, Edelschimmel) – kapazitive Sensoren ± 2 % RH, Regulierung mit Dampf-/Ultraschallbefeuchter und Kompressionsentfeuchter. Für PDO-Wurstwaren schreiben die Spezifikationen variable Temperatur- undRH : Trocknung bei 18-22 °C / 80-85 % RH, Reifung bei 12-16 °C / 75-80 % RH für 3-18 Monate.

HACCP- und Fermentationsvalidierung?

Das HACCP- System (Hazard Analysis Critical Control Points) gemäß Codex Alimentarius erfordert die Identifizierung kritischer Kontrollpunkte (CCPs) im Fermentationsprozess. Für Joghurt gilt: (1) Pasteurisierung der Milch bei 95 °C für 5 Minuten als thermischer CCP; (2) Beimpfung mit LB+ST-Starterkultur, validiert hinsichtlich der Säuerungskapazität; (3) Fermentation bei 43 °C mit einem Ziel-pH-Wert von 4,6 als mikrobiologischer CCP; (4) Schnellkühlung auf 4 °C als bakterielle Barriere. Die wissenschaftliche Validierung des Prozesses umfasst: einen mikrobiologischen Belastungstest mit gezielter Beimpfung von Krankheitserregern (Listeria 10⁴ KBE/g, Salmonella 10³ KBE/g), die Überwachung der Reduktion während der Fermentation und die Dokumentation einer logarithmischen Reduktion von ≥ 5 für acidophobe Krankheitserreger. Für Produkte mit einem End-pH-Wert < 4,6 und einem Wasseraktivitätswert (a_w) < 0,92 gilt die Barriere als ausreichend, um Clostridium botulinum zu verhindern. Die Gärkammer muss folgende Eigenschaften aufweisen: kontinuierliche Temperatur-/pH-/RH mit 21 CFR Part 11-Prüfprotokoll, Alarme mit mehreren Schwellenwerten, validierte CIP-Reinigung (Cleaning In Place) mit Reynolds-Turbulenz > 20000, Sterilisation mit gesättigtem Dampf 121 °C / 20 min für nicht CIP-behandelte Oberflächen. Aufzeichnung

Skalierung von der Pilotphase zur industriellen Produktion?

Die Skalierung vom Pilotfermenter (1–100 l) auf den industriellen Maßstab (10.000–200.000 l) ist entscheidend für den Technologietransfer. Hauptstrategien: (1) Skalierung auf einen konstanten Sauerstofftransferkoeffizienten (kLa) für aerobe Fermentationen, wobei Belüftung und Rühren aufrechterhalten werden, um ein Sauerstoffangebot (OUR) ≥ OTR in allen Maßstäben zu gewährleisten; (2) Skalierung auf eine konstante Mischzeit (t_mix) für Fermentationen, die empfindlich auf pH-Wert-/Substratgradienten reagieren; (3) Skalierung auf ein konstantes Leistungs-Volumen-Verhältnis (P/V) für ein optimales Kosten-Nutzen-Verhältnis; (4) Skalierung auf eine konstante Umfangsgeschwindigkeit des Rührers , um die empfindliche Zellintegrität (Pilzhyphen, Tierkulturen) zu erhalten. Weitere Herausforderungen: Management der Stoffwechselwärme (bei der alkoholischen Gärung werden 160 kJ/mol Ethanol freigesetzt, die industrielle Kühlung erfordert 5–10 % des Volumens als Austauschfläche), Schaumkontrolle mit lebensmittelgeeigneten Entschäumern, Kontaminationsvermeidung durch sterile Systeme. CPV erfordert die Nachverfolgung der Chargenleistung für 30-50 Chargen mit statistischen Prozesskontroll-Shewhart-Diagrammen, CpK >= 1,33 für kritische CQAs-Parameter.