Essigsäuregärung

Essigsäuregärung, zentraler Stoffwechselprozess bestimmter Bakterien, bei dem aus verschiedenen Ausgangsstoffen unter Energiegewinn Essigsäure hergestellt wird.

Es gibt zwei Formen dieses Prozesses: die Essigsäurebildung und die (Homo)acetatgärung. Da die Essigsäurebildung nur in Gegenwart von Sauerstoff abläuft, ist sie definitionsgemäß gar keine Gärung. Der organische Ausgangsstoff (Substrat) macht jedoch wie bei anderen Gärungsvorgängen – und im Gegensatz zur Atmung – nur eine unvollständige Oxidation durch. Demgegenüber ist die Homoacetatgärung eine echte Gärung, weil sie nur unter anaeroben Bedingungen stattfindet.

Für die Essigsäurebildung sind Essigsäurebakterien verantwortlich, z. B. die Gattungen Acetobacter und Gluconobacter. Essigsäurebakterien kommen vor allem auf Pflanzen vor, in denen zuckerhaltige Säfte frei werden (z. B. Obstbäume und Gemüsepflanzen); sie sind dort meist mit Hefen vergesellschaftet. Zu den am häufigsten umgesetzten Substraten der Essigsäurebakterien zählen verschiedene Zucker und Alkohole. Manche Acetobacter-Arten können die Essigsäure vollständig zu Kohlendioxid oxidieren, wenn das ursprüngliche Substrat verbraucht ist.

Traditionell werden Essigsäurebakterien, etwa Acetobacter europaeus und Acetobacter xylinum, zur Herstellung von Essig verwendet: Sie wandeln das Ethanol in alkoholischen Flüssigkeiten wie Wein oder Obstwein zu Essigsäure um. An der Oberfläche der Flüssigkeit bildet sich eine Kahmhaut (ein Biofilm) aus Acetobacter-Zellen, die Essigmutter. Bei der großtechnischen Essigproduktion werden die Essigsäurebakterien mit Sauerstoff versorgt, z. B. durch Luftblasen in Tanks. In einer anderen biotechnologischen Reaktion (Biotransformation) wird Sorbit zu Sorbose umgewandelt, das Ausgangsstoff für die künstliche Synthese von Ascorbinsäure (Vitamin C) ist.

Bakterien, die durch Homoacetatgärung Energie gewinnen, finden sich in größerer Menge im Pansen von Wiederkäuern. Einige von ihnen gehören zu den Clostridien, die auch zur Buttersäuregärung oder ähnlichen Gärungsvorgängen in der Lage sind. Entscheidend ist meist die Verfügbarkeit des Substrats: Wenn das jeweils bevorzugte Substrat verbraucht ist, beginnen die Bakterien mit dem Abbau eines anderen.

Clostridien und andere Bakterien im Pansen (z. B. Ruminococcus albus) setzen bei ihrer Homoacetatgärung in erster Linie Cellulose und Stärke sowie kleinere Kohlenhydrate um. Bestimmte Bakterien aus dem Faulschlamm von Teichen oder Meeressedimenten können Essigsäure mit Hilfe molekularen Wasserstoffs aus Kohlendioxid herstellen; sie sind daher autotroph. Das Spektrum an Substraten für eine Homoacetatgärung ist sehr breit. Manche Bakterien bauen Proteine durch Hydrolyse ab und vergären anschließend bestimmte Aminosäuren zu Essigsäure. Zu Letzteren gehören Clostridium botulinum und Clostridium sporogenes. Sie bilden sehr hitzeresistente Endosporen und können mit ihren Toxinen schwere Vergiftungen (Botulismus oder andere Lebensmittelvergiftungen) hervorrufen.