Milchsäuregärung

Bei der Milchsäuregärung wird Glucose durch Milchsäurebakterien über Brenztraubensäure (Pyruvat) in Milchsäure (bzw. ihr Salz, Lactat) umgewandelt. Je nach Stamm der Milchsäurebakterien unterliegen auch andere Zucker diesem Abbauweg. Man unterscheidet:

• Homofermentative Stämme. Sie verfügen über alle notwendigen Glykolyse-Enzyme einschließlich Aldolase. Das Endprodukt [D(-)-, L(+)- oder DL-Milchsäure] hängt von der Stereospezifität der Lactatdehydrogenase (LDH) und der Existenz einer Racemase ab; zur Herstellung von Joghurt werden L(+)-Milchsäure-Produzenten bevorzugt. Bei diesem Abbauweg werden zwei Moleküle Adenosintriphosphat je Molekül Glucose gewonnen. Nur unter aeroben Bedingungen wird ein kleiner Teil des Pyruvats decarboxyliert und zu Acetat, Ethanol oder Acetoin umgesetzt.

• Heterofermentative Stämme. Diesen mangelt es an Aldolase und Triosephosphat-Isomerase, so dass Glucose über den Phosphogluconat-Weg abgebaut wird. Die entstehende Pentose, Ribulose-5-phosphat, wird epimerisiert und dann durch eine Ketolase in Glycerinaldehyd und Acetylphosphat gespalten. Letzteres kann über Acetyl-CoA und Acetaldehyd zu Ethanol reduziert werden oder direkt zu Acetat umgesetzt werden. Bei diesem Abbauweg wird ein Molekül ATP je Molekül Glucose gewonnen.

Zur Konservierung von Lebens- und Futtermitteln wird die Milchsäuregärung seit Ewigkeiten eingesetzt (Milchprodukte, Sauerteig, Sauerkraut, Silage-Bereitung [Rübenblätter, Grünfutter]).

Milchsäuregärung als Konservierungsart für Futtermittel in der Landwirtschaft

Bei dieser Art der Konservierung wird das Material mit einem Wassergehalt von 50% - 75% (optimaler Bereich: 35-40%) meist gehäckselt oder kurzgeschnitten eingelagert (in Fahrsilos, Hochsilos oder in Folie eingewickelte Großballen). Durch sofortigen Luftabschluss nach Beendung der Befüllung kommt es zu einem Verbrauch des Restsauerstoffs durch aerobe Bakterien und Pilze. Im Anschluss setzt die anaerobe Gärung durch Milchsäurebildner (MSB; meist Milchsäurebakterien, aber auch andere) ein. Hierbei wird der Restzucker der Pflanzen in Milchsäure überführt und dadurch der pH der Silage auf einen Wert um 4,0-4,5 abgesenkt. Bei diesem Wert werden die MSB selbst gehemmt, die bakteriellen Gärschädlinge werden bereits über einem pH von 4,5 gehemmt. Damit kommt die Gärung zum Stillstand und die Silage ist stabil.

Proleme bei der Silierung:

Falls das Siliergut zu nass eingelagert wird, besteht die Gefahr dass die Silage nicht stabil wird. Das zusätzliche Wasser in der Silage wirkt puffernd, so dass zu Absenkung des pH auf 4,0-4,5 deutlich mehr Milchsäure notwendig ist. Da Milchsäure aus dem Restzucker entsteht, ist u.U. zu wenig Substrat für die MSB vorhanden. Auch werden Gärschädlinge (Clostridien, Hefen und koliforme Keime) durch die langsamer pH-Absenkung nicht so schnell inaktiv. Da diese Gärschädlinge ihrerseits Zucker als Substart verwenden und als Produkte schwächere Säuren (u.a. Essigsäure, Buttersäure) ausscheiden, wird der vorhandene Zucker nicht so effektiv für die Absenkung des pH verwendet. Daneben können einige Gärschädlinge auch Milchsäure in Buttersäure überführen, was ebenfalls negativ für die pH-Absenkung ist. Folge eines zu hohen pHs ist, dass die Silagequalität sich durch schädliche Organismen verschlechtert: Der Energiegehalt sinkt, außerdem wird Reinprotein in Nicht-Protein-Stickstoff (NPN), hier v.a. Ammoniak überführt.

Bei einem Wassergehalt von >70% kommt es daneben zu Sickersaft, der sehr nährstoffreich ist und damit die Qualität der Silage ebenfalls vermindert.

Neben der Verschlechterung der Qualität der Silage durch Energieverluste und Proteinabbau ist fast immer damit zu rechnen, dass die Ausscheindungsprodukte der Gärschädlinge, insbesondere der Hefen und Pilze, toxisch sind. Diese führen zu einer Leistungsdepression bei den Tieren, an die diese Silage, soweit nicht ausreichend verschnitten, verfüttert wird.