2.3 Charakteristische Schimmelpilze 15

dabei die Tatsache, dass Schimmelpilzsporen in der Regel gefärbt sind. Diese Pigmentierung, die z. B. durch Melanine hervorgerufen werden kann, ist ein UV-Schutz, ohne den die Sporen durch den UV-Anteil des Sonnen-lichts abgetötet würden. Die Sporenkonzentration unterliegt bestimmten Rhythmen, die abhängig von Temperatur und Luftfeuchtigkeit sind. So sind die Gesamtsporenkonzentrationen im Winter gering, während sie im Som-mer relativ hoch sind. Dabei können insbesondere Luftturbulenzen zu einer Verbreitung der Pilzsporen über hunderte von Kilometern führen.

Die Sporenkonzentration in der Innenluft von geschlossenen Räumen ist dann deutlich von der Außenluft verschieden, wenn eine hermetische Abrie-gelung der Innenräume erfolgt. Ein bekanntes Phänomen ist die erhöhte Sporenkonzentration im Winter, wenn durch Heizung und geringe Lüf-tung eine Anhäufung von xerophilen (xeros, griech. = trocken, Kap. 3.1.3) Schimmelpilzen zu beobachten ist. Diese Schimmelpilze bilden dann auch einen großen Anteil der so genannten intramuralen (intramuros, lat. = zwi-schen den Mauern) Schimmelpilzflora. Neben der quantitativen Häufigkeit von Schimmelpilzen ist auch ihr Artenreichtum in Innenräumen besonders dann hoch, wenn diese durch Stäube belastet sind (Kap. 2.2.1).

2.2.3 Wasser

Auch im Wasser können Schimmelpilzsporen nachgewiesen werden. Aller-dings ist nicht klar, inwieweit diese Sporen durch Luftübertragung in das Wasser eingeführt wurden. Da die Sporen der Schimmelpilze in der Regel unbegeißelt sind, deutet dies auf eine Luftverbreitung der Sporen hin und weniger auf eine Beweglichkeit im Wasser. Eine Ausnahme bilden die begeißelten Sporen wasserlebender Oomyceten (Kap. 2.1.2).

2.3 Charakteristische Schimmelpilze

Nach der allgemeinen Morphologie, Systematik, Phylogenie und Lebens-weise der Schimmelpilze werden in diesem Kapitel charakteristische Gat-tungen behandelt. Bei der Auswahl haben wir uns davon leiten lassen, wie häufig Vertreter dieser Gattung in der Umwelt auftreten. Innerhalb der Gattungen wiederum wurden einzelne Vertreter besonders herausge-griffen, weil sie z. B. in der Anwendung eine besondere Bedeutung besit-zen, sei es als Mykotoxinbildner, Pflanzenschädling oder Produzent in der Biotechnologie.

2 Biologie16

2.3.1 Mucor

Die Mucoraceen stellen innerhalb der Zygomyceten (Jochpilze) die wohl bekannteste Familie mit 18 Gattungen dar. Die Gattung Mucor wiederum kann generell als phylogenetisch einfache und primitive Gruppe angesehen werden, die durch ein sehr rasches Wachstum mit ca. 2–3 cm pro Tag bei 20 °C gekennzeichnet ist. Die taxonomische Klassifizierung ist schwierig; derzeit wird von 49 Arten ausgegangen. Mucor-Arten können generell auf organischem Material gefunden werden, bevorzugt auf Dung, daher gelten alle Mucoraceen als koprophil („dungliebend“). Die ursprünglich weißen oder gelben Kolonien nehmen nach wenigen Tagen aufgrund der intensiven Sporenbildung eine Schwarz- bis Graufärbung an. Neben der vegetativen Vermehrung kann bei einigen Arten auch eine sexuelle Vermehrung durch Zygosporen beobachtet werden. Die Mucoraceen besitzen vielsporige Spo-rangien und können dadurch von vielen anderen Gattungen innerhalb der Zygomyceten unterschieden werden (Abb. 2.5). Schimmelpilze finden sich unter anderem in den folgenden Gattungen der Zygomyceten: Absidia, Apo-physomyces, Mortierella, Rhizomucor und Rhizopus. Sie unterscheiden sich von den Mucor-Arten unter anderem durch ihr Temperaturwachstums-optimum, das deutlich über 37 °C liegt, während Mucor-Arten ein Tempe-raturoptimum unter 37 °C besitzen. Vertreter der Gattung Mucor werden auch als so genannte „Köpfchenschimmel“ bezeichnet. Als Leitart soll hier Mucor mucedo beschrieben werden.

Mucor mucedo

Diese Art zeichnet sich durch eine weltweite Verbreitung aus und kann von anderen Vertretern der Gattung Mucor nur sehr schwer morphologisch unterschieden werden.

Vorkommen Ein sehr häufiger Fundort ist der Dung von Pflanzenfres-sern, seltener wird die Art in Bodenproben gefunden. Häufig besiedelt der Schimmelpilz pflanzliche Abfallstoffe und kann aufgrund seiner Enzymaus-stattung auch Holz zersetzen.

Morphologie Die Kolonien erreichen auf Vollmedium bei einer Tempera-tur von ca. 20 °C eine Höhe von 25–50 mm. Mucor mucedo wächst bei einer Temperatur zwischen 5 °C und 25 °C, das Optimum liegt bei 22 °C. Ein

2.3 Charakteristische Schimmelpilze 17

Wachstum oberhalb von 30 °C kann nicht beobachtet werden. Das Myzel besitzt oft einen aromatischen Geruch. Neben der asexuellen Fortpflanzung durch Mitosporen weist Mucor mucedo auch eine sexuelle Fortpflanzung auf. Dabei können zwei so genannte Kreuzungstypen unterschieden werden (vgl. Kap. 4.2.1), deren gegenseitige Erkennung durch ein komplexes Sys-tem von Isoprenoid-Derivaten gesteuert wird.

SporangiosporeSporangienwand

ColumellaSporangienträger

Abb. 2.5 Habitus der Sporangienträger von Mucor spec. Oben sind eine schematische Zeichnung (links) sowie ein Übersichtsfoto der Sporangiophoren (rechts) zu sehen. Das Bild links unten zeigt ein reifes Sporangium mit austretenden Sporen, rechts unten ist ein entleertes Sporangium zu erkennen, bei dem nur noch die Columella und ein ringförmiger Rest der Sporangienwand am Ende des Sporangienträgers zu sehen sind. Der Maßstab beträgt bei den oberen beiden Bildern 150 µm und bei den unteren Bildern 10 µm

2 Biologie18

Physiologie Die Sporangienträger werden von Hyphen getragen, die bis zu 40 µm breit sein können und in einer typischen Columella enden. Diese stellt eine Verdickung der Hyphe dar und ist bis zu 100 µm groß. Von der Columella schnürt sich die eigentliche Bildungsstätte der Sporen, das Spo-rangium ab (Abb. 2.5). Die Sporangien selbst erreichen einen Durchmes-ser von ca. 250 µm und zeigen nach Ausreifung der Sporen eine braune bis schwarze Pigmentierung. Die Bildung der Sporangienträger wird durch blaues oder weißes Licht stimuliert. Die Bildung von Mykotoxinen ist bis-her nicht beschrieben.

Allgemeine Angaben Wie viele andere Mucor-Arten ist Mucor mucedo für allergische Reaktionen beim Menschen verantwortlich. Der Schimmel-pilz trägt wesentlich zum sogenannten „Hausstaub“ durch die ganzjährige Verbreitung der Sporen bei (Kap. 6.4.2).

2.3.2 Aspergillus

Die Gattung Aspergillus wird systematisch den Ascomyceten zugeordnet und umgangssprachlich auch als Gießkannenschimmel bezeichnet. Zu die-ser Gattung gehört mit ca. 260 Arten eine Vielzahl von Schimmelpilzen. Sie ist wie folgt charakteri siert: Am undifferenzierten Myzel bilden sich aufrecht stehende Konidiophoren, die terminal in einer vesikelartigen Anschwellung enden. Die Vesikel sind entweder durch eine Schicht von Phialiden1 (auch Sterigmata genannt) bedeckt oder aber von einer Schicht von Metulae, die wiederum Bündel von Phialiden tragen (Abb. 2.6). Die Bildung von Metu-lae und Phiali den erfolgt synchron; letztere schnüren Ketten von Konidien ab, die nach völliger Reife abgeworfen werden. Wie bei Schimmelpilzen häufig, bilden alle Arten auf Festmedien nach völliger Ausdifferenzierung der Konidien typische, ornamentartige Strukturen (Kap. 3.1).

Viele Vertreter der Gattung können sich nur asexuell fortpflanzen. Aller-dings existieren verschiedene Gattungen, die als Teleomorphe der anamor-phen Gattung Aspergillus angesehen werden (Infobox 2.2). Hierzu zäh-len z. B. die Gattungen Emericella, Eurotium, Fennellia und Neosartorya. Neben dem unten näher beschriebenen Aspergillus niger sind verschiedenste Aspergillus-Arten erwähnenswert. Hierzu zählt z. B. Aspergillus nidulans,

1 Phialiden sind die Endzellen der Sporangiophoren, von denen die Konidien abgeschnürt werden.

2.3 Charakteristische Schimmelpilze 19

der als Modellorganismus der Grundlagenforschung gilt und sowohl einen sexuellen als auch einen asexuellen Lebenszyklus besitzt. Als Mykotoxin-bildner, der auf verdorbenen Nahrungsmitteln gefunden werden kann, ist Aspergillus flavus bemerkenswert (Kap. 6.3). Dieser Pilz ist, wenn auch viel seltener als Aspergillus fumigatus, Verursacher der pulmonalen Aspergil-lose beim Menschen (Kap. 6.1). In Asien wird bei der Nahrungsfermenta-tion häufig Aspergillus oryzae eingesetzt, der auch als Koji-Mould bezeich-net wird (Kap. 5.2). Aspergillus terreus bzw. Aspergillus sydowii sind als

Phialide

MetulaVesikel

Konidienträger

Konidiospore

Abb. 2.6 Habitus der Sporangienträger von Aspergillus niger. Oben sind eine schematische Zeichnung eines Konidienträgers (links) sowie ein rasterelektronenmikroskopisches Übersichts-bild von reifen Sporangienträgern (rechts) zu sehen. Unten sind ein junger (links) bzw. reifer (rechts) Konidienträger im Detail dargestellt. Der Maßstab beträgt 200 µm bei dem Bild oben rechts, sonst 20 µm

2 Biologie20

pharmazeutisch wichtige Produzenten von Statinen bzw. von Mulundocan-dinen erwähnenswert (Kap. 5.1).

Apergillus niger

Als Leitart der Gattung Aspergillus wird im Folgenden Aspergillus niger vorgestellt. Diese Art kann als eine der häufigsten innerhalb der Gattung angesehen werden und kommt ubiquitär vor. Isolate können von allen nur erdenklichen Substraten gewonnen werden. Biotechnologisch werden aus-gewählte Stämme für die Produktion verschiedener organischer Säuren und kom merzieller Enzyme genutzt (Kap. 5.1). Überragend ist dabei die Rolle als Produzent von mehr als 90% der kommerziell genutzten Zitro-nensäure (Kap. 5.1.1). Aspergillus niger kann auch für menschliche Infek-tionen verantwortlich sein, so zum Beispiel für die invasive pulmonale Aspergillose oder auch für das AFS-Syndrom (pilzbedingte allergische Nasennebenhöhlen entzündung – allergic fungal sinusitis, Kap. 6.1)

In der Literatur werden oft verschiedene Aspergillus-Arten unter der Formgattung „Aspergil lus niger“ zusammengefasst, die jedoch morpholo-gisch nicht oder nur für den sehr erfahrenen Taxonomen voneinander zu unterscheiden sind. Lediglich molekulargenetische Verfahren erlauben eine zweifelsfreie Differenzierung.

Vorkommen Aspergillus niger kommt ubiquitär vor und konnte auf allen Kontinenten in sämtlichen Klimazonen identifiziert werden. Dies schließt aride Standorte (Wüsten, Steppen) ebenso wie Nadelholzwälder ein. Die Variabilität des Standortes wird auch dadurch gekennzeichnet, dass Asper-gillus niger sowohl in Sanddünen, Salzmarschen und Mangrovenschlamm

Infobox 2.2

Teleomorphe und AnamorpheAls Teleomorphe werden solche Arten bezeichnet, die sich sexuell vermeh-ren können und dabei morphologisch erkennbare Strukturen (typischerweise Fruchtkörper) ausbilden. Dem gegenüber stehen Anamorphe, die ausschließ-lich asexuelle Fortpflanzungszellen aus bilden (Kap. 2.1.1). Typischerweise sind die meisten Schimmelpilze als Anamorphe zu bezeichnen, bei einigen Arten wurden aber nachträglich sexuelle Formen entdeckt, die dann oft unter ande-rem Namen bekannt sind. Bei spiele hierfür sind in den folgenden Gattungen zu finden: Eupenicillium (Teleomorph) und Penicillium (Anamorph) oder Emericella (Teleo morph) und Aspergillus (Anamorph).

2.3 Charakteristische Schimmelpilze 21

als auch in marinen Habitaten bis zu einer Bodentiefe von 45 cm gefun-den wurde. Extreme Fundorte stellen auch Schwermetall-belastete Abwäs-ser dar. Andere Fundorte sind ebenfalls bedeutend: Aspergillus niger fin-det sich auf Pflanzenteilen, z. B. auf Samen, oder auch im Lungengewebe infizierter Patienten (Kap. 6.1). Die Mehrzahl der Aspergillus niger-Isolate kann allerdings, im Gegensatz zu anderen Aspergillus-Arten, eher in gemä-ßigten als in tropischen Klimazonen gefunden werden.

Morphologie Bei 24–26 °C bildet Aspergillus niger auf Festmedien nach wenigen Tagen Kolonien mit einem Durchmesser von ca. 2,5–5,0 cm. Inner-halb von 2–3 Tagen entstehen am Myzel Fußzellen, aus denen Konidienträ-ger mit einer Höhe von 1,5–3 mm hervorgehen. An den Konidiophoren ent-stehen Metulae und Phialiden, welche ihrerseits Ketten von Konidiosporen abschnüren (Abb. 2.6). Die schwarzen Konidien besitzen einen Durchmes-ser von ca. 4–5 μm. Invers korreliert zur Konidienbildung kann es auch zur Sklerotienbildung kommen (Kap. 2.1.1), was meist bei Temperaturen über 25 ºC geschieht.

Physiologie Aspergillus niger besitzt mit 17–42 °C ein breites Wachstums-optimum. Als Minima und Maxima wurden folgende Werte bestimmt: 11 °C bzw. 47–48 °C. Die Konidienbildung kann z. B. durch 3-Phosphoglycerat, Pyruvat oder andere Intermediate des Citrat-Zyklus (Kap. 3.2.2) stimuliert werden. Ebenso wirkt Glutamat stimulierend auf die Differenzierung, dage-gen zeigen hohe Konzent rationen von Ammonium oder auch Thioharnstoff einen hemmenden Einfluss auf die Konidienbildung.

Seit ca. 100 Jahren wird dieser Pilze zur Zitronensäurefermentation genutzt (Kap. 5.1.1). Leistungsstämme sind heute in der Lage, mehr als 200 g/Liter zu bilden. Eine weitere biotechnologisch bedeutende Anwen-dung stellt die Produktion von Glucoamylase dar, eines Enzyms, das vom Pilz sehr effizient ausgeschieden wird (Sekretion, Kap. 3.2). Es werden Ausbeuten von mehr als 10 g/Liter erreicht. Die Glucoamylase wird für die industrielle Umwandlung von Stärke in Glucose genutzt. Der bei die-sen Prozessen entste hende Glucose-haltige Sirup dient in der Lebensmittel-industrie als Kohlenstoffquelle für fermentative Prozesse wie z. B. der Etha-nolproduktion. Es kann davon ausgegangen werden, dass Aspergillus niger in Zukunft als Produzent von heterologen Genprodukten, wie z. B. mensch-lichen Proteinen, an Bedeutung gewinnt.

Allgemeine Angaben Vor Kurzem wurde die Gesamtgenomsequenz dieses Pilzes ermittelt. Das Genom hat eine Größe von 34 Mb, die auf acht Chro-

2 Biologie22

mosomen verteilt sind. Ausgehend von diesen Daten kann auf ca. 14.200 proteinkodierende Gene geschlossen werden (Kap. 4.2.1, Tabelle 4.2). Dies beinhaltet auch viele bisher uncharakterisierte Enzyme, die auf neue bio-technologische Anwendungen hoffen lassen.

2.3.3 Penicillium

Diese Gattung ist systematisch den Ascomyceten (Schlauchpilzen) zuzu-ordnen und zeichnet sich durch die Ausbildung von typischen Sporenträ-gern (Konidiophoren) aus. Zurzeit sind ca. 235 Penicillium-Arten beschrie-ben, die durch ihre Morphologie unterscheidbar sind. In Abb. 2.7 ist ein typischer Sporenträger zu erkennen, der durch die Ausbildung von charak-teristischen Verzweigungen (Rami, Metulae und Phialiden) gekennzeichnet ist. Die Struktur der Sporenträger ist auch namensgebend für den umgangs-sprachlichen Namen Pinselschimmel. Diese Morphologie der Sporenträ-ger kann jedoch abhängig von der Art reduziert sein, so können Rami bzw. Rami und Metulae fehlen. Ein Myzelwuchs ist meist zwischen 5 °C und 37 °C zu beobachten. Generell kommen Penicillium-Arten eher in gemäßig-teren Klimazonen vor, da sie niedrigere Temperaturen bevorzugen als die eher wärmeliebenden Aspergillen, die häufiger in tropischen Klimaregionen oder auf Wärme-erzeugenden Substraten zu finden sind.

Penicillium-Arten vermehren sich in der Regel ausschließlich durch ase-xuelle Sporen. Vertreter, die sich sexuell fortpflanzen, wurden inzwischen in die Gattungen Talaromyces und Eupenicillium eingeordnet (Infobox 2.2). In Bodenproben werden Penicillium-Arten auch in tieferen Schichten gefun-den; dies liegt möglicherweise an der Tatsache, dass viele Arten Antibiotika als Sekundärmetabolite ausscheiden und somit gegenüber Bodenbakterien einen Wuchsvorteil besitzen.

Bekannte Vertreter der Gattung Penicillium sind die bei der Käseproduk-tion genutzten Arten Penicillium camemberti und Penicillium roqueforti sowie Penicillium nalgiovense, der bei der Wurst- und Schinkenherstel-lung eingesetzt wird (Kap. 5.2). Schließlich sind auch der Antibiotika-Pro-duzent Penicillium chrysogenum oder der Statin-Produzent Penicillium cit-rinum erwähnenswert (Kap. 5.1). Als Saprophyten können unterschiedliche Vertreter der Gattung Penicillium aus Bodenproben oder von organischen Abfällen isoliert werden.

2.3 Charakteristische Schimmelpilze 23

Penicillium expansum

Als Leitart der Penicillien soll hier Penicillium expansum vorgestellt wer-den. Es handelt sich um eine der am häufigsten isolierten Penicillium-Arten mit einer nahezu weltweiten Verbreitung auf verschiedensten verrottenden Substraten sowie aus Erdproben.

Abb. 2.7 Habitus der Sporangienträger von Penicillium expansum. Links ist eine schematische Zeichnung eines Konidienträgers zu sehen. Das Foto oben rechts zeigt ein lichtmikroskopisches, das unten rechts ein rasterelektronenmikroskopisches Bild eines reifen Konidienträgers. Der Maßstab beträgt 10 µm

2 Biologie24

Vorkommen Penicillium expansum kommt sehr häufig vor, besonders auf Früchten und Beeren. In Obstplantagen oder auch in Weinkulturen kann die-ser Schimmelpilz zu großen Ernteausfällen führen, da er leicht durch Insek-ten übertragbar ist. Der Pilz ist für die „Grünfäule“ verantwortlich, die z. B. in Weinbergen deutlich von der Grau- oder Edelfäule unterschieden werden kann, die durch Botrytis cinerea verursacht wird (Kap. 5.2.6).

Morphologie Bei einer Temperatur von ca. 24 °C bildet Penicillium expansum auf Festmedien innerhalb von 7–14 Tagen Kolonien mit einem Durchmesser von 4–5 cm. Die Kolonien sind aufgrund der intensiven Koni-dienbildung hellgrün, können aber auch eine gelb-braune Färbung anneh-men. Die Konidienträger weisen eine typische, in Rami, Metulae und Phia-liden gegliederte Struktur auf (Abb. 2.7). Sexuelle Fortpflanzungsstrukturen wurden bei diesem Schimmelpilz bisher nicht beobachtet.

Physiologie Die optimale Temperatur zur Konidienkeimung beträgt 23–30 °C. Das Temperaturminimum des vegetativen Wachstums liegt bei –3 °C. Aufgrund seines Vorkommens auf Früchten ist es nicht überraschend, dass der Pilz Pektine abbauen kann, die Bestandteil der pflanzlichen Zell-wand sind. Außerdem kann der Pilz verschiedene Mykotoxine produzieren. Das bekannteste ist das Patulin, welches z. B. in Obst, das von Penicillium expansum besiedelt wurde, gefunden wird (Kap. 6.3, Infobox 6.1).

Allgemeine Angaben Penicillium expansum ist ein häufiger Schädling der Apfelernte. Deshalb gilt in der EU ein Grenzwert für das Mykotoxin Patulin von 25 µg/kg für Apfelmus und 50 µg/kg für Obstsäfte.

2.3.4 Fusarium

Die Vertreter der Gattung Fusarium werden systematisch den Ascomyce-ten zugerechnet. Teleomorphe dieser Arten werden auch unter der Gattung Gibberella geführt. Die Fusarien kommen häufig auf Pflanzen als Parasiten vor, die entsprechenden Erkrankungen werden auch als Fusariosen bezeich-net. Alle Fusarium-Arten sind durch ein schnelles Wachstum charakteri-siert, dabei können die Myzelien eine blass oder kräftig braunrote Färbung annehmen. Das Luftmyzel ist stark ausgebildet. Gemeinsam ist allen Fusa-rien, dass sie Konidiosporen ausbilden, die eine charakteristische spindel-

2.3 Charakteristische Schimmelpilze 25

förmige oder sichelförmige Morphologie zeigen (Abb. 2.8). Fusarien sind Kosmopoliten und können in der Regel leicht als Bodenpilz aus Proben iso-liert werden. Fusarium oxysporum ist insofern bemerkenswert, als dass die-ser Pilz gegen Hanf (Cannabis sativa) und Coca (Erythroxylon coca) als Biowaffe eingesetzt werden sollte. Er wurde unter dem Namen Agent green bekannt. Insgesamt sind 142 Spezies beschrieben worden, von denen hier als Leitart Fusarium graminearum beschrieben werden soll.

Abb. 2.8 Habitus der Sporangienträger von Fusarium graminearum. Oben links ist eine schema-tische Zeichnung, oben rechts ein rasterelektronenmikroskopisches Bild der Sporen innerhalb des vegetativen Myzels zu sehen. Unten sind einzelne Sporen schematisch (links) bzw. im mikrosko-pischen Bild (rechts) dargestellt. Der Maßstab beträgt 20 µm

2 Biologie26

Fusarium graminearum

Fusarium graminearum ist die anamorphe Form des sich sexuell vermeh-renden Pilzes Gibberella zeae. Letzterer bildet schwarze bis dunkelblaue Perithezien (Fruchtkörper), die einen Durchmesser von 140–250 µm haben. Der Art Fusarium graminearum werden oft verschiedenste Fusarium-Arten zugeordnet, da die Bestimmung aufgrund der ähnlichen Morphologie nicht immer zweifelsfrei verläuft.

Vorkommen Fusarium graminearum wird ubiquitär auf allen Kontinenten gefunden, und zwar sehr häufig als Pathogen von Getreiden. Allerdings ist die Besiedlung anderer Pflanzen auch beschrieben worden. Die bekannteste Pflanzenkrankheit, die durch Fusarium graminearum hervorgerufen wird, ist die Ährenfusariose (Taubährigkeit oder head blight) des Weizens, die durch den Befall der Ähren an der dunklen Verfärbung erkennbar ist.

Morphologie Die Kolonien wachsen recht schnell und erreichen innerhalb von vier Tagen bei 25 °C einen Durchmesser von 9 cm. In der Regel ist das Myzel bräunlich und bildet viele Lufthyphen aus.

Im Vergleich zu anderen Hyphenpilzen ist die Sporulation eher gering aus-gebildet, kann allerdings durch UV-Bestrahlung erhöht werden. Die Koni-dienträger können verzweigt sein, an ihnen bilden sich leicht gekrümmte, mehrzellige Konidien aus. Sie haben in der Regel 5–6 Septen und sind 41–60 µm lang, mit einer Dicke von 4–6 µm. In den Konidien befindet sich in der Regel nur ein Kern.

Physiologie Die optimale Wachstumstemperatur von Fusarium grami-nearum beträgt 25 °C, der tolerierte pH-Bereich liegt zwischen 5 und 8. Neben verschiedenen Zuckern werden auch Polyphenole als Kohlenstoff-quelle genutzt. Außerdem ist von angewandter Seite her interessant, dass bei Anzucht auf kostengünstigen Kohlenstoffquellen wie Glycerin, Lac-taten oder Stärke die Bildung proteolytischer Enzyme beobachtet werden kann. Fusarium graminearum bildet ähnlich anderen pflanzenpathogenen Schimmelpilzen verschiedene Mykotoxine, wie z. B. Deoxynivalenol, das als Reizstoff des Magen-Darm-Traktes wirkt (Kap. 6.1.3).

Allgemeine Angaben Als Pflanzenpathogen verursacht Fusarium grami-nearum im Landwirtschaftsbereich Schäden von bis zu mehreren Milli-arden Euro, dabei können Ernteausfälle bis zu 70% auftreten. Außerdem

2.3 Charakteristische Schimmelpilze 27

hat dieser Pilz eine Bedeutung als Produzent des Nahrungseiweißes Quorn erhalten (Kap. 5.2.5). Das Genom von Fusarium graminearum wurde vor kurzem sequenziert (Kap. 4.2.1), da dieser Pilz eine große Bedeutung in der Grundlagen- und angewandten Forschung besitzt.

2.3.5 Alternaria

Die Gattung Alternaria wird systematisch den Ascomyceten zugeordnet. Es wurden ca. 300 Arten beschrieben, von denen die meisten als Pflanzenpa-thogene wirtsspezifisch parasitieren. Deshalb sind viele Isolate auf Samen zu finden. Einige Arten sind jedoch saprophytisch, kommen ubiquitär vor und können aus Erdproben isoliert werden. Gemeinsames Kennzeichen aller Arten ist die Tatsache, dass die Myzelien eine bräunliche bis grünli-che Färbung zeigen und dass sie an den wenig verzweigten Konidiopho-ren mehrteilige, aneinandergereihte Konidiosporen tragen (Abb. 2.9). Viele Alternaria-Arten kommen auf Lebensmitteln (Obst, Gemüse, Nüssen) vor und bilden dort Mykotoxine wie z. B. Alternariol (Kap. 6.1.3). Eine der häu-figsten Arten ist Alternaria alternata, welche als Leitart vorgestellt werden soll.

Alternaria alternata

Die Art ist sehr häufig anzutreffen und kann weltweit gefunden werden. Die Konidiophoren und Konidiosporen zeigen eine goldbraune Färbung, die Sporen sind wie für diese Gattung typisch mehrteilig (Abb. 2.9). Die Koni-diosporen zerfallen bei der Reifung und tragen somit zur schnellen Verbrei-tung bei.

Vorkommen Alternaria alternata ist extrem verbreitet und kann als kos-mopolitische Art auf unterschiedlichen Substraten vorkommen. Hierzu gehören neben Erde und Pflanzenteilen auch Nahrungsreste und Textilien. Das Vorkommen auf Pflanzen deutet weniger auf eine Pathogenität dieses Pilzes hin, sondern eher auf die Tatsache, dass der Pilz geschwächte oder abgestorbene Pflanzenteile befällt.

Morphologie Auf Festmedien zeigt der Pilz nach eintägigem Wachstum einen Durchmesser von ca. 1 cm. Bereits nach 24 Stunden kann die Sporula-

2 Biologie28

tion beobachtet werden, welche vom Rotspektrum des Lichtes abhängig ist. Generell werden im Dunkeln mehr Konidiosporen als im Licht produziert. Sie werden von Konidienträgern in Ketten gebildet und sind mehrkamme-rig, dickwandig und bis zu 50 µm lang (Abb. 2.9). Das Myzel wie auch die Konidien zeigen eine bräunliche bis grau-grüne Färbung, die abhängig vom Medium ist und durch Melanine verursacht wird.

Physiologie Alternaria alternata weist ein optimales Wachstum zwischen 25 und 28 °C auf. Als Minima und Maxima gelten folgende Werte: 2,5 °C

Abb. 2.9 Habitus der Sporangienträger von Alternaria spec. Oben links ist eine schematische Zeichnung der Sporangienträger zu sehen, oben rechts eine rasterelektronenmikroskopische Auf-nahme der Sporen. Unten sind lichtmikroskopische Fotos einer Sporenkette (links) bzw. einer einzelnen Spore (rechts) dargestellt. Der Maßstab beträgt 20 µm

2.3 Charakteristische Schimmelpilze 29

bzw. 32 °C. Oberhalb von 32 °C ist in der Regel kein Wachstum möglich. Das Optimum der Sporulation ist bei einer Temperatur zwischen 25 und 27 °C zu beobachten, der pH-Wert sollte bei ca. 4–5,4 liegen. Im Gegen-satz dazu wächst das Myzel innerhalb eines weiten Toleranzbereiches von pH 2,7–8,0. Geeignete Kohlenstoffquellen sind neben Glucose auch Mal-tose, Saccharose und Raffinose. Allerdings wächst der Pilz auch auf ande-ren komplexen Kohlenstoffquellen, wie z. B. Stärke. Alternaria alternata produziert wie viele andere Schimmelpilze Mykotoxine, die für Mensch und Tier toxisch sind (Kap. 6.3).

Allgemeine Angaben Alternaria alternata besitzt als Verwerter von Cel-lulose auch eine biotechnologische Bedeutung. Selbst Phenol-Lignin-Ver-bindungen werden von diesem Pilz abgebaut. Auch wurde berichtet, dass in Submerskulturen ökonomisch relevante Mengen von β-Galactosidase gebildet werden (Tab. 3.4). Schließlich ist Alternaria alternata toxisch für Warmblüter, wenn Getreide, das mit diesem Pilz infiziert ist, verfüttert wird. Die vom Pilz gebildeten Mykotoxine führen beim Menschen zur Leukozy-topenie (Mangel an weißen Blutkörperchen, Kap. 6.3).

Literatur zu Kapitel 2

Domsch KH, Gams W, Anderson TH (2007) Compendium of soil fungi. 2nd Edition IHW, Eching

Esser K (2000) Kryptogamen – Cyanobakterien, Algen, Pilze, Flechten. Springer, Berlin, Heidelberg

Hibbett DS et al. (2007) A higher-level phylogenetic classification of the Fungi. Mycol Res 111: 509–547

Kirk PM, Cannon PF, David JC, Stalpers JA (eds) (2001) Ainsworth & Bisby’s Dictionary of the Fungi. CABI, Wallingford

McLaughlin DJ, McLaughlin EG, Lemke PA (eds) (2001) The Mycota. Vol. VII, Parts A and B, Systematics and Evolution. Springer, Berlin, Heidelberg

Moore D (1998) Fungal morphogenesis. Cambridge Univ Press, Cambridge

5.2 Lebensmitteltechnologie 117

der Fusionsproteine wird generell bevorzugt in Schimmelpilzen genutzt, dabei werden die zwei fusionierten Proteine durch eine sogenannte Erken-nungsstelle für eine Protease voneinander getrennt. Eine post-translationale Spaltung des Fusionsproteins liefert dann das fertige heterologe Protein.

5.2 Lebensmitteltechnologie

Pilze haben aus verschiedenen Gründen eine große Bedeutung für die Lebensmittelindustrie. Zum einen kennt jeder Pilze wie Champignons oder Pfifferlinge, die auf dem Markt oder im Lebensmittelgeschäft angeboten werden. Zum anderen wird auch bei der Herstellung von Lebensmitteln wie etwa Brot, Bier und Wein direkt auf Pilze zurückgegriffen, in diesem Fall auf die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae. Ferner spielen in der Lebensmittelindustrie auch Enzyme (Kap. 3.2), Aromastoffe oder Lebens-mittelfarbstoffe aus Schimmelpilzen eine bedeutende Rolle (Kap. 3.2). Ein Beispiel ist der mit dem Schimmelpilz Monascus purpureus fermentierte rote Reis (Ang-kak, Tabelle 5.4), der in Asien zum Anfärben verschiedener Lebensmittel wie beispielsweise Sake (Tabelle 5.4) genutzt wird. Roter Reis hat eine gewisse Berühmtheit erlangt, da in ihm cholesterinsenkende Subs-tanzen entdeckt wurden und er deshalb in einigen Ländern als Nahrungser-gänzungsmittel zugelassen ist (Infobox 5.3). Ein weiterer Aspekt, von dem dieses Kapitel handeln soll, sind die essbaren Schimmelpilze.

Der Haupteinsatzort von Schimmelpilzen in der Lebensmittelindust-rie ist die Fermentation (Tabelle 5.4). Dabei werden biologische Materia-lien mit Schimmelpilzen beimpft und unter bestimmten, meist traditionell etablierten Bedingungen, inkubiert. Während dieser Inkubation sekretie-ren die Pilze Enzyme, die das Ausgangsmaterial ab- oder umbauen. Häufig spielen auch zusätzlich Hefen und Bakterien eine Rolle. Ein sehr bekann-tes Beispiel für ein fermentiertes Lebensmittel ist die Sojasauce, die des-halb auch noch ausführlicher beschrieben werden soll (Kap. 5.2.1), aber auch Tempeh ist weit verbreitet (Kap. 5.2.2). Die bekanntesten in Europa mit Schimmelpilzen hergestellten Lebensmittel sind der Schimmelpilzkäse (Kap. 5.2.3) und bestimmte Fleischwaren wie Salami (Kap. 5.2.4). Obwohl die Fermentation grundsätzlich eine relativ lange Zeit in Anspruch nimmt und zunächst höhere Kosten verursacht, gibt es viele Vorteile. So werden durch die Sekretion von Enzymen komplexe Moleküle in niedermoleku-lare Verbindungen gespalten, wodurch die Bekömmlichkeit erhöht wird, dies ist besonders bei Sojaprodukten wichtig (Kap. 5.2.1). Durch die Fer-mentation werden außerdem Lebensmittel konserviert, häufig entsteht ein

5 Anwendungen118

Tabelle 5.4 Mit Hilfe von Schimmelpilzen fermentierte Lebensmittel. Die Tabelle listet die bekanntesten fermentierten Lebensmittel auf, bei deren Herstellung Schimmelpilze beteiligt sind. Für viele Prozesse werden zusätzlich hier nicht aufgeführte Bakterien und Hefen benötigt

Bezeichnung Substrat Beschaffenheit und Verwendung

Schimmelpilz

Ang-kak (Roter Reis)

Reis Pulver, Lebensmittelfarbstoff, Würzmittel, Nahrungs-ergänzungsmittel

Monascus purpureus, Monascus ruber, Monascus pilosius

Blauschimmelkäse Milch halbfest, proteinreiche Nahrung

Penicillium roqueforti

Hamanatto Sojabohnen, Weizenmehl

weiche Bohnen, Geschmacksverbesserer

Aspergillus oryzae

Miso / Sojapaste Sojabohnen, Reis / Gerste

Paste, eiweißreiches Grundnahrungsmittel, Würzmittel

Aspergillus oryzae, Aspergillus sojae

Ontjom Erdnuss-Presskuchen

fester Kuchen, geröstet oder frittiert als Fleischersatz

Neurospora intermedia, Neurospora sitophila

Peuyeum Maniok halbfeste Masse, Zwischenmahlzeit

Amylomyces rouxii

Sake (Reiswein) Reis flüssig, Getränk Aspergillus oryzae

Salami Wurst fest, proteinreiche Nahrung

Penicillium spec., besonders Penicillium nalgiovense, Penicillium chrysogenum

Sojasauce Sojabohnen, Weizenschrot (bei japanischer Sojasauce), Salz

salzige, dunkle Flüssigkeit, Würzmittel

Aspergillus oryzae, Aspergillus sojae

Sufu Tofu (Sojabohnenkäse)

salzige Würfel, Hauptgericht

Actinomucor elegans

Tempeh hauptsächlich Soja bohnen, auch Getreide, Erdnuss-und Kokosnuss-Presskuchen

halbfester Kuchen, geröstet oder frittiert oder als Fleischersatz in Suppen

Rhizopus oligosporus, Rhizopus chinensis, Rhizopus oryzae, Mucor indicus

Weißschimmelkäse Milch halbfest, proteinreiche Nahrung

Penicillium camemberti

5.2 Lebensmitteltechnologie 119

besserer Geruch und Geschmack oder auch eine andere Farbe oder Mate-rialbeschaffenheit. Zusätzlich erfolgen der Abbau unerwünschter Bestand-teile, z. B. von zu Flatulenz (Blähungen) führenden Oligosacchariden und die Anreicherung mit erwünschten Bestandteilen wie Vitaminen. Die meis-ten Fermentationsprozesse können nicht steril durchgeführt werden, daher kommt in fermentierten Lebensmitteln häufig eine Vielzahl von Bakterien, Hefen und Schimmelpilzen vor, die aus dem Substrat, den Starterkulturen oder aus Kontaminationen während der Verarbeitung stammen können und die alle zur Fermentation beitragen.

Schimmelpilze können aber auch direkt als Proteinquelle dienen und dann ein Fleischersatz sein. Ein Beispiel ist Quorn™ aus dem Pilz Fusa-rium venenatum (Kap. 5.2.5). Mitunter werden in der Natur vorkommende Schimmelprozesse in der Lebensmittelproduktion genutzt, z. B. bei dem Befall von Weintrauben mit Botrytis cinerea. Hierbei entstehen unter ide-alen Bedingungen edelfaule Trauben, die als Ausgangsstoff für Auslese-Weine dienen (Kap. 5.2.6).

5.2.1 Sojasauce

Die Sojabohne gehört zu den Hülsenfrüchten und ist die Grundlage einer Reihe von Nahrungsmitteln wie Sojamilch, Tofu und Sojasauce. Letztere ist das in Europa bekannteste fermentierte Sojaprodukt. Sie wird seit Jahrtau-senden unter verschiedenen Bezeichnungen (Japan: Shoyu, China: Chiang Yiu, Indonesien: Ketjap, Philippinen: Taosi, Korea: Ganjang) in asiatischen Ländern produziert (Abb. 5.9). In Japan beispielsweise werden pro Jahr rund 10 Liter Sojasauce pro Kopf hergestellt und verbraucht. Sojabohnen dienen aber auch bei einer großen Menge weiterer fermentierter Lebensmit-tel als Substrat (Tabelle 5.4, Kap. 5.2.2).

Die Herstellung von Sojasauce erfolgt entweder ausschließlich aus Sojabohnen (chinesische Sojasauce) oder aus einer Sojabohnen-Wei-zen-Mischung (japanische Sojasauce). Durch die Fermentation wird zum einen die sonst schwer verdauliche Sojabohne aufgeschlossen, zum ande-ren werden auch einige unerwünschte Bestandteile abgebaut. Hierzu gehö-ren die in der Sojabohne vorkommenden Trypsin-Inhibitoren10 und die Phy-

10 Trypsin ist ein im Dünndarm aktives Verdauungsenzym, das Proteine spaltet.

5 Anwendungen120

tinsäure, die im menschlichen Darm essenzielle Metallionen binden kann, aber durch pilzliche Phytasen abgebaut wird. In der Abb. 5.10 ist ein Fluss-diagramm dargestellt, welches die Produktion japanischer Sojasauce ver-anschaulichen soll. Der Herstellungsprozess beginnt mit einer Mischung aus gekochten Sojabohnen und geröstetem Weizenschrot, die mit Sporen

Abb. 5.9 a–d Mit Schimmelpilzen fermentierte Lebensmittel. a Sake, gemahlene Sojabohnen-sauce und Sojasauce werden hauptsächlich in Asien, vermehrt aber auch in Europa konsumiert. b Schimmelkäse wie Bavaria Blu (hinten links), Gorgonzola (vorne) und Camembert (rechts) sind Standardartikel in deutschen Supermärkten. An dem typischen Schimmelbewuchs auf der Oberfläche (c) erkennt man die Edelsalami (d)

5.2 Lebensmitteltechnologie 121

Sojabohnen

Einweichen

Druckkochen

Weizen

Rösten

Schroten

Koji-StarterkulturenAspergillus oryzaeAspergillus sojae

Koji

2-3 Tage ca. 25 °C

Tamari(einfache Sojasauce)

Wasser

Salzlake(22-25 % Kochsalz)

Moromi-Brei

Fermentation(Schimmelpilze, Bakterien,Hefen; mehrere Monate)

Pressen

„Rohe“ Sojasauce

Pasteurisieren

Fertige Sojasauce

Kochsalz

Abb. 5.10 Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Herstellung von Sojasauce. Stellen, an de-nen Schimmelpilze zugegeben werden, sind grün hervorgehoben

5 Anwendungen122

von Aspergillus oryzae oder Aspergillus sojae beimpft wird. Das so entstan-dene Koji11 (Kap. 5.1.1) wird zwei bis drei Tage bei 25 °C inkubiert, wobei pilzliche Enzyme wie etwa Cellulasen, Proteasen und Amylasen die ver-schiedenen pflanzlichen Polymere abbauen. Die hierbei entstehende Flüs-sigkeit wird als einfache Sojasauce (Tamari) verwendet. Bei der hochwer-tigeren Sojasauce wird eine zweite Fermentation angeschlossen. Dem Koji wird dann Wasser und 16–18% Kochsalz zur Verhinderung von Fäulnis-prozessen zugefügt, es entsteht das sogenannte Moromi. Die Reifung der Sojasauce erfolgt nun in großen Fermentationstanks über mehrere Monate. Während dieser Zeit entwickeln sich verschiedene Hefen (z. B. Zygosac-charomyces rouxii) und Bakterien (Pediococcus spec.), die ebenfalls ver-schiedene Enzyme produzieren, welche u. a. zur Absenkung des pH-Wertes und zur Herstellung von Glutamat führen. Am Ende der Reifezeit sind die anfangs zugesetzten Schimmelpilze abgestorben, aber die von ihnen sekre-tierten Enzyme sind noch aktiv.

Dieser traditionelle japanische Herstellungsprozess für Sojasauce dauert mehrere Monate bis Jahre. Mittlerweile kann Sojasauce aber auch indust-riell innerhalb weniger Tage hergestellt werden. Hierfür werden Sojaboh-nen und Weizen direkt mit den für die Koji-Phase erforderlichen Enzy-men gemischt und die Moromi-Phase durch mehrere Bioreaktoren ersetzt (Kap. 5.1). Natürlich besteht ein großer geschmacklicher Unterschied zwi-schen industriell produzierter und traditionell hergestellter Sauce, weswe-gen erstere häufig noch mit weiteren Zutaten angereichert wird.

5.2.2 Tempeh

Tempeh ist ein weiteres Beispiel für ein fermentiertes asiatisches Lebens-mittel, das aus Sojabohnen hergestellt werden kann, in diesem Fall mit Hilfe des Schimmelpilzes Rhizopus oligosporus (Tabelle 5.4). Es wurde zunächst auf Java (Indonesien) traditionell als Fleischersatz zubereitet, ist aber mitt-lerweile auch in den Niederlanden und anderen europäischen Ländern, in Australien und den USA vor allem bei Vegetariern sehr beliebt und wird auch in industriellem Maßstab produziert. Bei Tempeh handelt es sich um

11 Als Koji wird jegliche Form von mit Schimmelpilzen und anderen Mikroorganismen bewach-senes Substrat bezeichnet. Daher ist Koji häufig ein Zwischenprodukt bei der Herstellung fermen-tierter Lebensmittel.

5.2 Lebensmitteltechnologie 123

einen schnittfesten Kuchen mit einem erdigen Pilz-Aroma, der eine billige, nahrhafte und gut verdauliche Pflanzenproteinquelle darstellt. Aufgrund seiner hohen Wasseraktivität (Kap. 3.1) ist Tempeh nicht lange haltbar, es kann aber getrocknet oder eingefroren werden. Zum Verzehr wird Tempeh meist gekocht oder frittiert (Tempeh kripik) und in Scheiben als Zusatz zu den Mahlzeiten oder auch als Hauptgericht verwendet.

Der Herstellungsprozess für Tempeh basierend auf Sojabohnen (Tem-peh kedelee) ist in Abb. 5.11 dargestellt. Traditionell werden die Sojaboh-nen zunächst gekocht, dann die Hülle entfernt – auf Java geschieht das durch Stampfen mit den Füßen, ähnlich wie früher in Europa bei der Wein-herstellung – und dann in Wasser eingeweicht. Bei der industriellen Tem-peh-Herstellung in den Niederlanden oder den USA werden die Sojaboh-nen zunächst trocken geschält und dann eingeweicht. Während der 12 bis 24-stündigen Einweichzeit sinkt der pH-Wert durch bakterielle Milchsäu-regärung unter 5,4. Dies verhindert zum einen den Befall mit verderben-den Mikroorganismen und schafft außerdem optimale Wachstumsbedingun-gen für den Schimmelpilz Rhizopus oligosporus. Durch das Entfernen des Einweichwassers wird außerdem ein in der Sojabohne enthaltener wasser-löslicher Inhibitor des Schimmelpilzes entfernt. Das anschließende Kochen tötet die Bakterien ab, schließt die in der Bohne enthaltenen Nährstoffe auf und zerstört den Sojabohnen-eigenen Trypsin-Inhibitor (Kap. 5.2.1). Erst jetzt werden die abgetropften und abgekühlten Bohnen mit Rhizopus oli-gosporus-Myzel aus älteren Tempeh-Kulturen oder aus auf Hibiskus-Blät-tern kultivierten Starterkulturen beimpft, verpackt und ein bis zwei Tage bei 25–35 °C inkubiert, sodass noch keine neuen Sporen gebildet werden. Tra-ditionell werden hierfür zuvor durchlöcherte Blätter (auf Java häufig Bana-nen-Blätter) genutzt, bei der industriellen Produktion wird allerdings per-forierte Polyethylen-Folie verwendet. Obwohl Rhizopus oligosporus der klassische Tempeh-Pilz ist, kommen auch andere Rhizopus- und Mucor-Arten vor. Die Schimmelpilze bauen Proteine und Fette ab, sorgen so für einen Anstieg in der Menge freier Amino- und Fettsäuren und führen auf diese Weise zu einer besseren Bekömmlichkeit. Zudem findet eine Anrei-cherung mit einigen Vitaminen der B-Gruppe statt, allerdings verbraucht Rhizopus oligosporus selbst Thiamin (Vitamin B1), welches deshalb in fer-tigem Tempeh nur in geringen Mengen vorhanden ist. Cobalamin (Vita-min B12) entsteht in besonderem Maße nur dann, wenn auch Bakterien der Gattung Klebsiella an der Fermentation beteiligt sind. Wie bei der Salami-herstellung (Kap. 5.2.4) wird ein Teil der Milchsäure aus den bakteriellen Gärungsprozessen vom Pilz als Nahrungsquelle verwertet und außerdem

5 Anwendungen124

Sojabohnen

Einweichen in heißem Wasser

Mechanisierter ProzessTraditionellerindonesischer Prozess

Trocken entspelzen

Einweichen(Milchsäuregärung findet statt)

Einweichen(Milchsäuregärung findet statt)

Feuchte Bohnen, angesäuert durch Milchsäuregärung

Ausspülen und Entfernen des Einweichwassers

Kochen (30-60 Minuten)

Abtropfen, Ausbreiten zum Abkühlen und Verdampfen des Restwassers

Beimpfen mit SporenRhizopus spec.

1-2 Tage bei 25-35 °C

Mixen

Einwickeln in leicht perforierte Plastikfolie oder Blätter

Frisches Tempeh

Dämpfen Frittieren

Tempeh-Eintopf Tempeh-Chips (Tempeh kripik)

Nass entspelzen

Abb. 5.11 Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Herstellung von Tempeh aus Sojabohnen. Stellen, an denen Schimmelpilze zugegeben werden, sind grün hervorgehoben

5.2 Lebensmitteltechnologie 125

Ammoniak produziert, wodurch der pH-Wert steigt. Dies tötet schließlich den Pilz, sodass nur der zu Beginn sehr niedrige pH-Wert eine längere Fer-mentation überhaupt ermöglicht. Insgesamt führt die Fermentation der Soja-bohnen zu einem kompakten „Kuchen“, in dem die aufgeweichten Bohnen durch weißes Pilzmyzel zusammengehalten werden. Nicht nur Geschmack, Verdaubarkeit und Ernährungswert der Sojabohne werden verbessert, son-dern fertiges Tempeh hat durch die faserige Struktur des Myzels außerdem die Textur von Fleisch.

Neben Sojabohnen können für Tempeh auch weitere Substrate wie bei-spielsweise andere Leguminosen-Samen, Getreidekörner sowie Erdnuss- und Kokosnuss-Presskuchen verwendet werden. Aus Kokosnuss-Press-kuchen entsteht Tempeh bongkrek, das allerdings sehr leicht durch das Bakterium Burkholderia cocovenenans kontaminiert wird, welches ver-schiedene Toxine produziert. Da der Verzehr von Tempeh bongkrek immer wieder zu Todesfällen geführt hat, wurde die Produktion 1988 von der indo-nesischen Regierung verboten.

Ein dem Tempeh in der Herstellung sehr ähnliches Lebensmittel ist Ont-jom (Tabelle 5.4). Er wird aus Erdnuss-Presskuchen mit Hilfe des Schim-melpilzes Neurospora hergestellt und besitzt aufgrund der Eigenfarbe des Pilzes eine rosa Färbung.

5.2.3 Schimmelkäse

Schimmelkäse ist eines der wenigen durch Schimmelpilze fermentierten Lebensmittel, die in Westeuropa einen großen Stellenwert besitzen. Die Her-stellung erfolgt zunächst wie bei anderen Käsesorten auch, indem der Milch als Starterkulturen Milchsäurebakterien und Lab12 zugegeben werden. Durch das Lab, welches entweder aus Kälbermägen gewonnen oder biotechnolo-gisch mit Hilfe von Schimmelpilzen hergestellt wird (Kap. 5.1.6), gerinnt das Milchprotein Casein und fällt aus. Die restliche Flüssigkeit (Molke) wird abgepresst und die entstandene Gallerte geschnitten. Hierdurch ent-steht der Käsebruch, der dann in Formen abgefüllt wird und reift. Bei der

12 Bei Lab handelt es sich um ein Enzymgemisch aus Chymosin und Pepsin, das aus Kälbermä-gen isoliert werden kann und schon im Altertum bekannt war. Chymosin kann heute biotechnolo-gisch mit Hilfe von Schimmelpilzen hergestellt werden (Kap. 5.1.6). Für die Produktion von Bio-Lebensmitteln ist es in Europa allerdings nicht zugelassen.

5 Anwendungen126

Herstellung von Schimmelkäse wird zusätzlich mit Sporen oder Kulturen essbarer Schimmelpilze beimpft. Dabei unterscheidet man Weißschimmel- und Blauschimmelkäse (Abb. 5.9). Eine Mischform aus Weiß- und Blau-schimmelkäse ist der in Deutschland hergestellte Bavaria Blu (Bergader).

Die zur Schimmelkäse-Produktion eingesetzten Schimmelpilzarten sind grundsätzlich dazu in der Lage, Mykotoxine (Kap. 6.3) zu produzieren. Allerdings müssen Schimmelpilzstämme, die als Starterkulturen für das gezielte Beimpfen von Lebensmitteln verwendet werden, verschiedene Kri-terien erfüllen: • Die Stämme dürfen keine Mykotoxine produzieren und müssen apatho-

gen sein; • sie müssen in der Lage sein, sich gegen andere Schimmelpilze durchzu-

setzen, um so ein ungewolltes „Verschimmeln“ zu verhindern; • sie müssen proteolytische (Proteine spaltende) und lipolytische (Fette

spaltende) Aktivitäten aufweisen. Ein weiterer Sicherheitsaspekt ist, dass die Bedingungen bei der Käseherstellung für die Bildung von Mykotoxi-nen nicht förderlich sind.

Für Weißschimmelkäse wie Camembert und Brie wird der Schimmelpilz Penicillium camemberti verwendet. Entweder wird der Pilz direkt mit den Starterkulturen zur Milch gegeben oder nach dem Pressen des Käsebruchs als Sporensuspension auf die Oberfläche gesprüht. Der Schimmel bildet sich nach drei bis vier Tagen auf der Oberfläche des Käses, der zunächst für ein bis zwei Wochen bei 10–15 °C reift, dann verpackt und kühl gelagert wird. Der Verzehr erfolgt sechs bis sieben Wochen nach der Produktion. Während der Reifung bewirken proteolytische bzw. lipolytische Enzyme eine Verän-derung vornehmlich der Textur, aber auch des Aromas. Insgesamt bekommt der Käse eine andere Konsistenz und wird von außen nach innen weicher. Der Pilzbewuchs auf der Oberfläche schützt außerdem vor einer Infektion durch andere Pilze.

Für die Herstellung von Blauschimmelkäse wird Penicillium roqueforti verwendet. Typische Beispiele sind Gorgonzola aus Italien, der aus Kuh-milch entsteht, und Roquefort aus Frankreich, für den ausschließlich Schafs-milch verwendet wird. Penicillium roqueforti wird entweder mit den Star-terkulturen zur Milch gegeben oder auf den Käsebruch geimpft. Da der Pilz zum Wachstum 4,25% Sauerstoff benötigt, wird der Käse vor der Reifung pikiert, sodass Löcher entstehen. Zwischen den Bruchstücken und entlang der Nadellöcher wächst der Pilz im Käse. Auch beim Blauschimmelkäse tragen proteolytische und lipolytische Enzyme zur Reifung bei; mehr als bei

5.2 Lebensmitteltechnologie 127

den Weißschimmelkäsen ändert sich der Geschmack und Geruch. Dies wird hauptsächlich durch freigesetzte Methylketone aus dem Abbau von Milch-fett erreicht.

5.2.4 Edelschimmel auf Fleischwaren

Traditionell werden in verschiedenen europäischen Ländern rohe Fleisch-waren durch eine Kombination aus bakterieller Milchsäuregärung und Schimmelpilzfermentation haltbar gemacht. Beispiele sind die italienische oder ungarische Salami (Abb. 5.9) und schimmelgereifter Schinken wie der Südtiroler Bauernspeck (Italien) oder das Bündner Fleisch (Schweiz). Allen gemeinsam ist eine mehrwöchige bis mehrmonatige Reifezeit, während der Schimmelpilze auf der Oberfläche der Würste oder der Fleischstücke wach-sen und das Fleisch haltbarer machen.

Bei der Herstellung von Salami wird z. B. Fleisch von Schwein, Rind oder Esel mehr oder weniger grob gehackt, mit Nitritpökelsalz und Gewür-zen versetzt und in eine Hülle aus Darm oder Kunstdarm gepresst. Die Roh-würste werden dann bei bestimmten Temperaturen und einer bestimm-ten Luftfeuchtigkeit, die je nach Sorte unterschiedlich sein kann, für eine gewisse Zeit gelagert. Einige Salamisorten werden außerdem geräuchert. Um den Naturschimmelbelag zu erzeugen, wurde das Fleisch früher ein-fach in den Herstellerbetrieben oder auch in Höhlen mit konstanter Tempe-ratur aufgehängt. Die jeweils vorhandene Schimmelpilzflora siedelte sich auf der Oberfläche an und erzeugte den typischen weißlich-grauen Belag auf der Salami. Heutzutage werden die Fleischwaren meist gezielt mit einer Sporensuspension besprüht, die aus ausgewählten Schimmelpilzen besteht. Beim Südtiroler Bauernspeck aus der Gegend um Bozen, Meran und Brixen wird gepökeltes Schweinefleisch über offenem Herdfeuer geräuchert und dann in Felskellern bei ca. 20 °C gelagert. Auch dort ist eine spezifische Pilzflora vorhanden, die innerhalb von 4–5 Monaten auf dem Fleisch ein dichtes Myzel bildet. Beim Bauernspeck wie auch bei einigen Salamisor-ten wird dieser Pilzbelag am Ende der Reifezeit abgebürstet, sodass auf dem fertigen Produkt kein Schimmelpilz zu sehen ist.

Schimmelpilzstämme für die Fermentation von Fleischwaren müs-sen wie bei der Käseherstellung verschiedene Sicherheitskriterien erfüllen (Kap. 5.2.3). Hinzu kommt noch, dass sie ein weißes, gelbliches oder elfen-beinfarbenes Myzel besitzen sollten, um das typische Aussehen der Sala-mihülle aufzuweisen. Eine Ausnahme bildet hier die toskanische Dauer-

5 Anwendungen128

wurst Finocchiona, die mit einer grünlichen Schimmelschicht überzogen ist. Am häufigsten findet man auf der Oberfläche der Fleischwaren Peni-cillium-Arten wie P. expansum, P. janthinellum, P. chrysogenum, P. com-mune, P. camemberti, P. candidum, P. simplicissimum und P. miczynskii. Besonders auf Pökelwaren kommen nach langer Reifung und Abnahme der Wasseraktivität (Kap. 3.1) aber auch Aspergillus-Arten vor, wie A. candi-dus, A. flavus, A. fumigatus, A. caespitosus, A. niger, A. sulphureus und A. wentii.

Was bewirken nun eigentlich die Schimmelpilze? Das Myzel wächst hauptsächlich auf der Oberfläche und verhindert so zunächst einmal ein Austrocknen, schützt aber auch vor Sauerstoff- und Lichteinflüssen und verhindert das Ranzigwerden. Außerdem geben die Schimmelpilze auch Enzyme und Stoffwechselprodukte in das Fleisch ab. Hierdurch ergibt sich ein Ansteigen des pH-Wertes, der durch die Anwesenheit von fermentieren-den Bakterien im Fleisch gesunken ist. Die von den Bakterien produzier-ten Säuren (Milchsäure und Essigsäure) können in Form ihrer Salze Lac-tat bzw. Acetat von den Schimmelpilzen mit Hilfe des Glyoxylat-Zyklus als Kohlenstoffquelle verwertet werden (Kap 3.2.3). Durch den Abbau von Proteinen werden außerdem Stickstoffgruppen frei, die von den Schimmel-pilzen in Ammonium umgewandelt werden, wodurch der pH-Wert weiter steigt. Der Abbau von Proteinen und Fetten führt weiterhin zur Bildung ver-schiedener Aromastoffe, die für das jeweilige Fleischprodukt aufgrund der Zusammensetzung der Schimmelpilze relativ spezifisch sind.

5.2.5 Quorn™

Zu Beginn dieses Kapitels wurde bereits erwähnt, dass Pilze auch alternativ zu Fleisch als Proteinquelle in Betracht gezogen werden können. Die Suche nach einem Pilz, der dafür geeignet ist, begann bereits in den frühen 1960er Jahren. Damals erwartete man aufgrund des großen Bevölkerungszuwach-ses eine Fleischknappheit, der man mit der Entwicklung eines Mykopro-teins abhelfen wollte, denn: Pilze wachsen schnell und haben einen hohen Proteingehalt, dabei aber im Gegensatz zu Fleisch nur wenig Fett.

Nach der Überprüfung von über 3000 Bodenproben aus aller Welt wurde schließlich der Schimmelpilz Fusarium venenatum (früher Fusarium gra-minearum) in Marlow (Großbritannien) isoliert. Der Pilz war bereits als Schädling bekannt; er verursacht die Wurzelfäule beim Weizen. Es gelang

5.2 Lebensmitteltechnologie 129

den Forschern, Fusarium venenatum in großem Maßstab zu kultivieren und zu ernten. 1985 wurde das Produkt in Großbritannien vom MAFF (Ministry of Agriculture, Fishery and Foods) freigegeben, die Firma Marlow Foods gegründet und das Mykoprotein aus Fusarium venenatum unter dem Namen Quorn™ auf den Markt gebracht.

Quorn™ wird produziert, indem Fusarium venenatum auf Glucosesirup mit einer Stickstoffquelle angezogen wird. Der Glucosesirup kann dabei aus allen verfügbaren Stärkeprodukten gewonnen werden, wodurch die Anzucht kosteneffizient ist. Die Abtrennung des Pilzes vom Medium ist durch die Ausbildung von Hyphenstrukturen (Kap. 2.1) recht einfach; je nach Länge der Anzucht variiert die Länge der Hyphen und nach dem Abpressen hat Quorn™ unterschiedliche Texturen, die für verschiedene Fleischimitate benutzt werden. Quorn™ enthält etwa 50% Protein im Trockengewicht, aber nur etwa 13% Fett, das zudem noch anders zusammengesetzt ist als tie-rische Fette – Quorn™ ist cholesterinfrei. Ein weiterer Vorteil ist sein hoher Ballaststoffgehalt von etwa 25% und der nur sehr geringe Nukleinsäurege-halt – zu viele Nukleinsäuren in Nahrungsmitteln können Gicht hervorrufen. Die Produktpalette von Marlow Foods reicht von Würstchen über Schnitzel und Aufschnitt bis zu Burgern und Fertiggerichten (Abb. 5.12). Quorn™ ist mittlerweile in verschiedenen europäischen Ländern und auch den USA erhältlich. Nach Angaben von Marlow Foods werden allein in Großbritan-nien täglich 500.000 Quorn™ -Mahlzeiten verzehrt.

Abb. 5.12 Ausschnitt aus der Speisekarte eines britischen Restaurantbetriebes am Flughafen von Edinburgh. Quorn™ -Produkte werden in vielfältiger Form als Fleischersatz angeboten, hier als Würstchen

5 Anwendungen130

5.2.6 Edelfäule

Als Edelfäule wird der erwünschte Befall reifer Beeren bestimmter Trau-bensorten mit dem Schimmelpilz Botrytis cinerea bezeichnet (Abb. 5.13). Diese erwünschte Besiedelung tritt im Herbst auf, wenn es morgens feucht und kühl und tagsüber recht warm ist. Bei Befall im Sommer dagegen kommt es zur Grauschimmel- oder auch zur Stielfäule, die die Trauben zer-stört und erhebliche Ernteeinbußen hervorrufen kann. Botrytis cinerea fin-det man auch häufig als Lebensmittelkontamination auf verschiedenen Sub-straten, z. B. auf Erdbeeren (Kap. 6.2.1).

Der Schimmelpilz Botrytis cinerea löst im Falle der Edelfäule zunächst die Beerenhaut enzymatisch auf, wodurch bei warmem Herbstwetter aus den Beeren Feuchtigkeit austritt und verdunstet. Der Pilz nutzt Beeren-Inhalts-stoffe für sein eigenes Wachstum, baut aber vermehrt Säuren und weniger Zucker ab. Hierdurch steigt der Zuckergehalt der Weinbeeren und erreicht hohe Oechsle-Grade13. Botrytis gibt außerdem Stoffwechselprodukte an die Beere ab, die zum typischen Aroma edelsüßer Weine führen. Erwünscht ist Botrytis-Befall allerdings nur bei bestimmten Weißweintrauben, bei trocke-nem Weißwein und bei Rotweintrauben ist er nicht qualitätsfördernd.

Edelfaule Weinbeeren werden in Deutschland traditionell von Hand geerntet. Sie müssen für Beerenauslesen mindestens 125° Oechsle haben, für Trockenbeerenauslesen etwa 150° Oechsle. Die weitere Herstellung der Beeren- und Trockenbeeren-Ausleseweine erfolgt dann wie bei anderen Wei-nen auch. Charakteristisch für die fertigen Weine sind die gelbliche Farbe, die starke Süße, das Botrytis-Aroma und die extrem lange Haltbarkeit.

5.3 Biologische Schädlingsbekämpfung

In den vorausgegangenen Kapiteln wurde die Anwendung von Schimmel-pilzen in der Bio- und Lebensmitteltechnologie dargestellt. Neben diesen Aspekten können Schimmelpilze aber auch effektiv in der biologischen Schädlingsbekämpfung eingesetzt werden. Unter biologischer Schädlings-bekämpfung, auch biologische Kontrolle (engl. Biocontrol) genannt, ver-

13 Der Oechlse-Grad ist eine Maßeinheit für das Mostgewicht von Trauben. Er gibt die Menge aller gelösten Teilchen, hauptsächlich Zucker, in der Traube an. Das Mostgewicht ist ein wichtiger Indikator für den richtigen Erntezeitpunkt und wird außerdem als Grundlage für die Einteilung der Weine in verschiedene Qualitätsklassen genutzt.

5.3 Biologische Schädlingsbekämpfung 131

steht man die Verwendung von Organismen wie beispielsweise Pilzen, Bak-terien, Viren oder Protozoen, um Schädlinge in ihrer Anzahl zu begrenzen. Als Schädlinge werden dabei generell Organismen definiert, welche in gro-ßem Maße auftreten und sowohl Flora als auch Fauna sowie den Menschen, seine Wohn-, Arbeits- und Lagerstätten befallen. Ziel aller Maßnahmen der biologischen Schädlingsbekämpfung ist nicht primär die Vernichtung der Schädlinge, sondern die Einschränkung ihrer Vermehrung durch natürlich vorkommende oder von auswärts eingeführte Gegenspieler, sogenannte

Abb. 5.13 Mit Botrytis cinerea befallene edelfaule Trauben. Der Schimmelpilzbefall lässt die ein-zelnen Beeren austrocknen, wodurch sich ihr Zuckergehalt steigert. Die trockenen Beeren werden in Deutschland traditionell von Hand geerntet und zu edelsüßen Weinen verarbeitet (Foto mit freundlicher Genehmigung von Herrn Theo Abel, Weingut Abel, Oestrich-Winkel, Rheingau)

5 Anwendungen132

Nützlinge (Fressfeinde, Antagonisten), um den durch sie angerichteten Schaden unter eine wirtschaftlich bedenkliche Schwelle abzusenken. Zu Beginn der Entwicklung der biologischen Schädlingsbekämpfung wurden zunächst nur Bakterien als Nützlinge eingesetzt, die eine effiziente Infek-tion von Schädlingen verursachen können. So hat bereits seit den 1960er Jahren Bacillus thuringensis in Deutschland eine Zulassung als Pflanzen-schutzmittel zur Bekämpfung der Raupen von Schadschmetterlingen. Ein sehr hohes Potenzial für einen effektiven Einsatz in der biologischen Schäd-lingsbekämpfung konnte aber auch für Pilze festgestellt werden, da diese zum Teil ein breites Wirtsspektrum gegen Schädlinge aufweisen. Im Fol-genden sollen die generellen Vorteile der biologischen Schädlingsbekämp-fung herausgestellt und einige Beispiele für den Einsatz von Schimmelpil-zen beschrieben werden.

5.3.1 Vorteile gegenüber konventionellen Verfahren

Allgemein der Öffentlichkeit bekannt sind die konventionellen Verfahren zur Schädlingsbekämpfung wie der Einsatz physikalisch-biotechnischer oder chemischer Methoden. Während die physikalischen Verfahren mit dem häufigen Einsatz von Lock- und Klebfallen oder auch Feuer zumeist keinen nachhaltigen und ausreichenden Erfolg erzielen, zeigt der Einsatz chemischer Gifte, der sogenannten Pestizide, zwar einen hohen Wirkungs-grad, allerdings auch erhebliche Nachteile. So werden häufig Resistenzbil-dungen gegen ein Pestizid und eine darauffolgende starke Vermehrung der resistenten Organismen beobachtet. Zudem wirken Pestizide zumeist nicht nur gegen Schädlinge, sondern auch gegen ihre natürlichen Fressfeinde, wodurch das natürliche Gleichgewicht und damit bestehende Ökosystem empfindlich gestört wird. In den letzten Jahren konnten, bedingt durch die maßlosen Anwendungen, die Langlebigkeit und/oder schlechte biologische Abbaubarkeit synthetische Pflanzenschutzmittel, häufig sogar mit krebser-zeugender und erbgutschädigender Wirkung, in immer stärker werdendem Ausmaß im Grundwasser und in der Nahrungskette nachgewiesen werden. Daher bietet die biologische Schädlingsbekämpfung eine neue Alternative, indem sie sich zunutze macht, dass jeder Organismus eine Vielzahl von mikrobiellen Gegenspielern, wie Pilze, Bakterien, Viren oder Protozoen, hat, die ihn unterschiedlich stark schwächen oder sogar abtöten können. Da die zur biologischen Schädlingsbekämpfung eingesetzten Mikroorganismen wie z. B. die Schimmelpilze oder Bakterien zumeist weltweit in den Böden

5.3 Biologische Schädlingsbekämpfung 133

zu finden sind, gelangen keine fremden Inhaltsstoffe oder deren Abbaupro-dukte in das Ökosystem. Zudem besitzen sie ihrerseits natürliche Gegen-spieler, die ihre Reste beseitigen. Im Gegensatz zu synthetischen Stoffen haben die Nützlinge die Fähigkeit, sich durch Vermehrung an die jeweilige Dichte der Schädlinge anzupassen sowie durch Bildung von Dauerstadien, wie z. B. Sporen der Pilze, Schädlinge über viele Jahre hinweg zu unterdrü-

Tabelle 5.5 Übersicht über wichtige Pilze, die zur Bekämpfung tierischer Schädlinge in Garten-bau und Landwirtschaft erprobt werden

Pilz Schädling kommerziell erhältlich

Aschersonia aleyrodes Weiße Fliegen, Schildläuse nein

Beauveria bassiana Blattläuse, Fliegen, Rüsselkäfer, Schaben, Schmierläuse,Spinnmilben, Thripse, Trauermücken, Wanzen, Weiße Fliegen, Zikaden → insgesamt > 700 Wirtstiere

jab

Entomophthora muscaea Fliegen nein

Erynia neoaphidis Blattläuse nein

Hirsutella thompsonii Schmetterlingsraupen,Varroamilbe

nein

Metarhizium anisopliaea Blattläuse, Fliegen, Rüsselkäfer, Schaben, Thripse, Varroamilbe, Weiße Fliegen→ insgesamt > 200 Wirtstiere

jab

Paecilomyces fumosoroeus Fliegen, Käfer, Raupen, Schmierläuse, Weiße Fliegen

ja

Paecilomyces lilacinus Wurzelnematoden nein

Verticillium lecanii Blattläuse, Schildläuse, Thripse, Wanzen, Weiße Fliegen

ja

Verticillium chlamydosporium Wurzelnematoden nein

Penicillium frequentans, Aspergillus versicolor, Stachybotrys chartarum, Trichocladium asperum

Wurzelnematoden nein

Trichoderma ovalisporum Hyphenpilz Crinipellis spec. nein

a Die Art ist obligat insektenpathogen, d. h. es sind keine Schimmelpilze im engeren Sinn, da sie nicht saprophytisch wachsen. Hier der Vollständigkeit halber aufgeführt.

b Diese Produkte besitzen eine Zulassung in Deutschland.

5 Anwendungen134

cken. Da zumeist komplexe Infektionswege vorliegen, die nicht nur an einen Zelltyp gebunden sind, kommt es zudem selten zu einer Resistenzbildung bei den Schädlingen. Des Weiteren zeigen Nützlinge eine relativ hohe Spe-zifität. So befällt der insektenpathogene Schimmelpilz Beauveria bassiana zwar Insekten und Milben mehrerer Ordnungen, kann aber keine Wirbel-tiere schädigen (Tabelle 5.5). Paecilomyces lilacinus und Verticillium chla-mydosporium hingegen zeigen ihre Spezifität nur gegen wurzel- und pflan-zenparasitische Nematoden (Tabelle 5.5) und einige Viren infizieren sogar nur wenige Schmetterlingsarten aus nur einer Gattung. Allerdings müssen neben allen beschriebenen Vorteilen auch mögliche Nachteile erwähnt wer-den. Ein Einsatz der biologischen Schädlingsbekämpfung ist immer zeitauf-wendiger und häufig abhängig von äußeren Faktoren wie der Luftfeuchtig-keit, der Zusammensetzung der Erde und der Temperatur. Beispielsweise können Schimmelpilze generell zwar eine schnelle und effiziente Infek-tion der Schädlinge verursachen, benötigen dazu aber optimale Tempera-turen von 20 bis 30 °C und eine hohe relative Luftfeuchtigkeit (Kap. 3.1). So brauchen die Pilze Verticillium lecanii und Aschersonia aleyrodes nach der Ausbringung Luftfeuchtigkeiten von > 80%, Paecilomyces fumosoroeus sogar 100%, um sich effizient zu vermehren und spezifische Schädlinge zu befallen (Tabelle 5.5). Insgesamt ist beim Einsatz biologischer Maßnahmen die sogenannte Sorgfaltspflicht zu wahren, denn es muss gewährleistet sein, dass durch das Ausbringen von Nützlingen die Funktion des Ökosystems nicht verändert wird. Dazu sollte beispielsweise regelmäßig geprüft wer-den, dass aus Nützlingen nicht durch unkontrollierte massenhafte Vermeh-rung wieder Schädlinge werden. Im Folgenden soll an einigen Beispielen der erfolgreiche Einsatz von Schimmelpilzen als Nützlinge in der biologi-schen Schädlingsbekämpfung gezeigt werden.

5.3.2 Anwendungsbeispiele

Ein hohes Potenzial für einen effektiven Einsatz in der biologischen Schäd-lingsbekämpfung konnte für eine Vielzahl von Pilzen festgestellt werden. Schimmelpilze wie Beauveria bassiana oder Verticillium lecanii wirken gegen eine große Anzahl von Schadorganismen wie Weiße Fliegen, Blatt-läuse, Wanzen, Schildläuse, Thripse, Trauermücken, Rüsselkäfer, Schaben und Schadfliegen. Insgesamt konnten bei der Suche nach erfolgverspre-chenden pilzlichen Antagonisten von tierischen Schädlingen viele Arten

5.3 Biologische Schädlingsbekämpfung 135

identifiziert werden, die weltweit mit dem Ziel erprobt werden, sie für die Schädlingsbekämpfung zu nutzen. Eine Auswahl ist in Tabelle 5.5 aufge-listet. Bereits als kommerzielle Produkte in den USA, Europa und zum Teil auch in Deutschland erhältlich, sind die Schimmelpilze Beauveria bassi-ana und Verticillium lecanii sowie der ausschließlich insektenpathogene Pilz Metarhizium anisopliae. Diese Pilze befallen verschiedenste Insekten (Tabelle 5.5), indem sich ihre Sporen an die Kutikula, d. h. die außen lie-gende Haut, empfindlicher Insekten anheften, dort auskeimen und die Kuti-kula penetrieren. Im Innern des Insekts vermehren sich die Pilze stark, blo-ckieren Darm und Gefäßsystem, produzieren Toxine und entziehen dem Insekt die Nährstoffe. Die befallenen Insekten können keine Nahrung mehr aufnehmen, werden lethargisch und sterben zumeist noch am Substrat hän-gend (Abb. 5.14). Bei optimaler Temperatur und Feuchtigkeit wachsen die Pilze wieder nach außen und vermehren sich auf der Insektenoberfläche durch die Bildung von Myzel und einer Vielzahl von Sporen. Dieses führt

Abb. 5.14 Eine durch einen insektenpathogenen Schimmelpilz getötete Fliege. Es zeigen sich die für Schimmelpilze typischen weißen Sporen auf der Oberfläche des Insekts sowie in der Umgebung

5 Anwendungen136

beispielsweise zu dem charakteristischen weißen oder grünen Belag auf durch Beauveria bassiana („Weiße Muscardine“) (Abb. 5.14) oder Metarhi-zium anisopliae („Grüne Muscardine“) befallenen Insekten. Die gebildeten Sporen werden wieder über Wind und Wasser verbreitet und können neue Insekten befallen. Während Vertreter der Gattung Verticillium in Deutsch-land nicht zugelassen sind, gehören Beauveria bassiana und Metarhizium anisopliae zu den Stoffen und Zubereitungen, die nach §6a Abs.4 Satz1 Nr.3 Buchstabe b des deutschen Pflanzenschutzgesetzes zur Anwendung im eigenen Betrieb hergestellt und im Forst gegen Rüsselkäfer und Borkenkä-fer eingesetzt werden dürfen. Eine Zulassung beider Pilze für andere Indi-kationen liegt in Deutschland zurzeit aber nicht vor.

Ein weiteres interessantes Beispiel stellt der Schimmelpilz Trichoderma ovalisporum dar, für den ebenfalls ein hohes Potenzial zum Einsatz in der biologischen Schädlingsbekämpfung vorausgesagt wird. Dieser Pilz zeigt die Besonderheit, dass er stark wachstumshemmend auf den pflanzenpa-thogenen Pilz Crinipellis spec. wirkt. Crinipellis spec. ist der Auslöser der sogenannten Hexenbesen-Krankheit bei Pflanzen wie beispielsweise dem Kakaobaum und damit verantwortlich für Ernteverluste von bis zu 90% bei der Kakaoproduktion in Südamerika. Daher ist es das Ziel laufender For-schungsprojekte, zu überprüfen, ob ein kontrollierter Einsatz von Tricho-derma ovalisporum möglich ist, um die Vermehrung des pflanzenpathoge-nen Pilzes Crinipellis spec. einzuschränken.

Die Anwendung der biologischen Schädlingsbekämpfung unter Verwen-dung von Schimmelpilzen wird zurzeit aber auch unter dem Aspekt unter-sucht, eine Belastung von Lebensmitteln wie Getreide mit Mykotoxinen zu minimieren (Kap. 6.3). In diesem Fall werden toxinfreie Pilzkulturen bewusst zugegeben, die die spätere Einnistung eines toxinbildenden Kon-kurrenten verhindern und somit die Toxin-Menge um 60 bis 70% senken sollen. Mehr leisten auch chemische Fungizide nicht. Wissenschaftler der Universität Bonn und des „International Institute of Tropical Agriculture in Ibadan“ (IITA), Nigeria, wollen beispielsweise den Aflatoxin-bildenden Schimmelpilz Aspergillus flavus (Kap. 6.3.1) durch „Impfen“ der Felder mit einer Aspergillus-Variante bekämpfen, die kein Toxin produzieren kann. Unterstützt werden sie dabei von Forschern aus dem US-Bundesstaat Ari-zona, die mit dieser Methode die Toxin-Belastung von Baumwolle bereits um 98% reduzieren konnten.

Zusammenfassend zeigen die beschriebenen Beispiele, dass Schimmel-pilze nicht nur in der Bio- und Lebensmitteltechnologie eine große Bedeu-

5.4 Gesetzliche Bestimmungen 137

tung haben, sondern auch in der biologischen Schädlingsbekämpfung als Nützlinge des Menschen eingesetzt werden können.

Genauere Informationen können auch den Internetseiten http://www.landwirtschaft-bw.info/servlet/PB/menu/1042846_l1/index.

html, http://www.nysaes.cornell.edu/ent/biocontrol/ und http://www.oeko-landbau.de/erzeuger/pflanzenbau/pflanzenschutz/ entnommen werden.

5.4 Gesetzliche Bestimmungen

Wie dieses Buch zeigt, sind Schimmelpilze Organismen, die sowohl von großem Nutzen als auch sehr schädlich sein können. Daher gibt es für ver-schiedene Bereiche Regeln und Gesetze für den Umgang mit Schimmelpil-zen, Richtwerte für die Sporenbelastung in der Luft und die Mykotoxinbe-lastung in Lebensmitteln (Kap. 6.3) oder auch Listen von Schimmelpilzen, die zur Produktion von Enzymen verwendet werden dürfen (Tabelle 5.6).

Generell werden Schimmelpilze verschiedenen Risikogruppen (1 bis 4) zugeordnet, wobei die Stufe 1 solche Organismen enthält, die generell keine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen. Viele Schimmelpilze sind dieser Stufe 1 zugeordnet, gelten also als ungefährlich. Allerdings stehen einige davon im Verdacht, bei extrem immungeschwächten Menschen oder auch bei Nutztieren u. U. Mykosen auslösen zu können (Tabelle 5.7, Kap. 6.1.1). Manche Schimmelpilz-Arten sind für den Menschen aber auch gefährlicher und werden in die Risikogruppen 2 oder 3 eingestuft (Tabelle 5.7). Diese Pilze können in einem großen Temperaturbereich wachsen, dessen Maxi-mum weit oberhalb der menschlichen Körpertemperatur liegt. Besonders zu erwähnen ist hier der Schimmelpilz Aspergillus fumigatus, der als thermo-phil bezeichnet wird und bei Temperaturen von bis zu 52 °C überleben kann (Kap. 2.3.3 und 6.1). Im Gegensatz dazu sind die sehr nah verwandten ther-motoleranten Arten Aspergillus niger und Aspergillus terreus der Stufe 1 zuzuordnen. Trotzdem können beide Arten bei 37 °C wachsen (Kap. 6.1.1) und sind bei Haus- und Nutztieren sowie bei stark immungeschwächten Menschen als Krankheitserreger nachgewiesen worden (Tabelle 5.7).

In Kapitel 4 wurden die Möglichkeiten zur gentechnischen Veränderung von Schimmelpilzen besprochen. Solche Veränderungen unterliegen, wie bei allen Organismen, dem Gentechnikgesetz (GenTG, Tabelle 5.6). Dieses regelt sowohl den Umgang mit als auch die Entsorgung von gentechnisch veränderten Organismen (GVOs). Dabei sind für die Organismen aller Risi-

5 Anwendungen138

Tabelle 5.6 Links für verschiedene Informationen zu Arbeiten mit Schimmelpilzen. Selbstver-ständlich wird mit dieser Tabelle kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben

Bereich Links

Arbeiten mit Schimmelpilzen

Biostoffverordnung: Einstufung biologischer Arbeitsstoffe: Pilze

www.gifte.de/Recht/biostoffverordnung.htm

Technische Regeln für Biologische Arbeitsstoffe (TRBA 460)

www.baua.de/nn_15226/de/Themen-von-A-Z/ Biologische-Arbeitsstoffe/TRBA/pdf/TRBA-460

Eingruppierung biologischer Agenzien: Pilze (Berufsgenossenschaft der chemischen Industrie)

http://www.bgchemie.de/webcom/show_article.php/_c-416/_nr-2/i.html

Gentechnische Arbeiten mit Schimmelpilzen / Gentechnikgesetz

bundesrecht.juris.de/gentg/index.html

Arbeitsstättenverordnung allgemein

bundesrecht.juris.de/bundesrecht/ arbst_ttv_2004/gesamt.pdf

Arbeitsschutzgesetz http://www.gesetze-im-internet.de/arbschg/

Lebensmittelindustrie

zur Produktion von Enzymen verwendbare Schimmelpilze

www.amfep.org/list.html (Europa)www.enzymetechnicalassoc.org/enzymes.html (USA)

Grenzwerte für Mykotoxingehalt in Lebensmitteln

www.lgl.bayern.de/lebensmittel/rueckstaende/mykotoxine_hoechstmengenregelung.htm#rechtsvorschriften

bundesrecht.juris.de/mhmv/BJNR124800999.html

http://209.85.135.104/search?q=cache:xuRAzO_4t6UJ:www.art.admin.ch/themen/00930/00946/index.html%3Flang%3Dde%26download%3DM3wBPgDB/8ull6Du36WenojQ1NTT jaXZnqWfVpzLhmfhnapmmc7Zi6rZnqCkIN4fnx8bKbXr Z6lhuDZz8mMps2gpKfo+amtsblatt+Europ%C3%A4ische+ Union+Nr+1881&hl=de&ct=clnk&cd=1

Schimmelbefall bei Lebensmitteln

www.vis.bayern.de/ernaehrung/verbraucherschutz/unerwuenschte_stoffe/schimmelbefall.htm

Richt- und Warnwerte für Mikroorganismen in Lebensmitteln

www.lm-mibi.uni-bonn.de/DGHM.html

5.4 Gesetzliche Bestimmungen 139

kogruppen verschiedene Sicherheitsstufen festgelegt, die besondere Sicher-heitsmaßnahmen anordnen. Dabei geht es zum einen darum, den Menschen vor dem evtl. von vornherein gefährlichen Organismus zu schützen, zum anderen aber auch darum, die Freisetzung eines GVOs zu verhindern.

Das Kapitel 2 beschreibt die Lebensweise von Schimmelpilzen und macht deutlich, dass diese eine große Zahl von Sporen produzieren. Diese Sporen können beim Menschen Allergien auslösen, besonders dann, wenn sie in sehr großen Konzentrationen vorkommen, wie z. B. bei Schimmel-befall von Gebäuden (Kap. 6.4), oder auch bei sensibilisierten Menschen, beispielsweise mit chronischen Atemwegserkrankungen. Schimmel in Gebäuden muss daher so schnell wie möglich beseitigt werden. Für solche Fälle gibt es verschiedene Ansprechpartner, von denen einige ebenfalls in

Tabelle 5.6 (Fortsetzung) Links für verschiedene Informationen zu Arbeiten mit Schimmelpil-zen. Selbstverständlich wird mit dieser Tabelle kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben

Bereich Links

Schimmelbefall in Gebäuden

Ratgeber des Umweltbundesamtes

www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/2227.pdf

„Schimmelpilz-Leitfaden“ (des Umweltbundesamtes)

www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/2199.pdf

Tabelle 5.7 Ausgewählte Beispiele von Schimmelpilzen mit der Einstufung in Risikogruppen. Modifiziert nach „Technische Regeln für Biologische Arbeitsstoffe“ (TRBA) 460: Einstufung von Pilzen in Risikogruppen (Tabelle 5.6)

Schimmelpilz Sicherheitsstufe Menscha Tierb

Aspergillus fumigatus S2 ++ +

Aspergillus niger S1 + +

Aspergillus terreus S1 + +

Fusarium oxysporum S1 + –

Mucor circinelloides S1 + +

Penicillium marneffei S2 ++ –

Rhizopus oryzae S1 + –

a +: in Einzelfällen als Krankheitserreger bei stark immungeschwächten Menschen nachge-wiesen oder vermutet, ++: häufig bei immungeschwächten Menschen nachgewiesen

b pathogen gegen Haus- und Nutztiere

5 Anwendungen140

Tabelle 5.6 aufgeführt sind. Häufig haben auch Landkreise eigene Arbeits-gruppen zu Schimmelpilzbefall eingerichtet. Im Gegensatz zu den durch Sporen verursachten Allergien stehen die Mykotoxikosen (Kap. 6.3), die durch den Verzehr verschimmelter Lebensmittel entstehen. Hierbei werden die vom Pilz ausgeschiedenen Gifte, die Mykotoxine, aufgenommen, und diese verursachen verschiedene Symptome wie z. B. Übelkeit, Erbrechen oder auch starke Vergiftungserscheinungen (Kap. 6.3). Da Schimmelpilze überall vorkommen können, ist für verschiedene Lebensmittel deren erlaub-ter Höchstgehalt an Mykotoxinen gesetzlich festgelegt (Tabelle 5.6). Neben dem direkten Befall fertiger Lebensmittel ist ein wichtiger Punkt auch der mögliche Befall von Pflanzen, besonders Getreide, oder auch von Saatgut durch phytopathogene Pilze (Kap. 6.2).

Neben den negativen Aspekten der Schimmelpilze können diese auch sehr nützlich sein, wie dieses Buch zeigt. So ist z. B. der Einsatz von Schimmel-pilzen in der Lebensmittelindustrie sehr weit verbreitet (Kap. 5.2). Häufig werden mit Hilfe von Schimmelpilzen Enzyme produziert, die dann bei der Lebensmittelproduktion oder in anderen Industriezweigen eingesetzt wer-den (Kap. 3.2 und 5.1.6). Auch hier greifen bestimmte Regeln, denn nicht alle Schimmelpilze dürfen für die Lebensmittelproduktion eingesetzt wer-den (Tabelle 5.6). Insbesondere wird darauf geachtet, dass nur solche Schim-melpilzstämme verwendet werden, die keine Mykotoxine produzieren.

Literatur zu Kapitel 5

Adams MR, Moss MO (2000) Food Microbiology 2nd ed. RSC Publishing

Anke T (1997) Fungal Biotechnology. Chapman & Hall, Weinheim

Archer DB, Connerton IF, MacKenzie DA (2008) Filamentous fungi for production of food additives and processing aids. Adv Biochem Engin/Biotechnol 111: 97–147

Barber MS, Giesecke U, Reichert A, Minas W (2004) Industrial enzymatic production of Cephalosporin-based β-Lactams. Adv Biochem Engin/Biotechnol 88: 179–215

Holmes KA, Schroers HJ, Thomas, SE, Evans HC, Samuels GJ (2004) Taxonomy and bio-control potential of a new species of Trichoderma from the Amazon basin of South Ame-rica. Mycolog Prog 3: 199–210

Kardinahl S, Rabelt D, Reschke M (2006) Biotransformation: Von der Vision zur Techno-logie. Chemie Ingenieur Technik 78: 209–217

Krieg A, Franz JM (1989) Lehrbuch der biologischen Schädlingsbekämpfung, Paul Parey, Berlin, Hamburg

Meyer V (2008) Genetic engineering of filamentous fungi. Progress, obstacles and future trends. Biotechnol Adv 26: 177–185

5.4 Gesetzliche Bestimmungen 141

Mücke W, Lemmen C (2004) Schimmelpilze. Vorkommen, Gesundheitsgefahren, Schutz-maßnahmen. 3. Aufl. Ecomed, Landsberg am Lech

Renneberg R (2007) Biotechnologie für Einsteiger. Elsevier, München

Samson RA, Hoekstra ES, Frisvad JC (eds) (2004) Introduction to food- and airborne fungi. 7th ed. Centraalbureau voor Schimmelcultures, Utrecht

Wainwright M (1995) Biotechnologie mit Pilzen – Eine Einführung. Springer, Berlin, Hei-delberg, New York