Fermentation

1. Definition

Fermentation bezeichnet in der Biologie eine Form von enzymatischer Umwandlung organischer Stoffe. Der Begriff stammt vom lateinischen Wort fermentum. Der Begriff fermentum wird heute gleichgesetzt mit dem Begriff Enzym. Historisch betrachtet wurde der Begriff zunächst nur für mikrobielle Fermentationen bei verschiedenen Gärungsprozessen z.B. bei der Herstellung von Wein, Sauerteig oder Bier genutzt. Die molekulare Forschung hat die Hintergründe dieser Reaktionen jedoch näher beleuchtet, weshalb man heute die Fermentationsreaktionen in Zusammenhang mit Enzymen stellt, ungeachtet dessen, ob Mikroorganismen daran beteiligt sind oder nicht.

2. Fermentation bei Tee allgemein

In den Blättern der Teesträucher befinden sich von Natur aus Enzyme, die eine Fermentation der Blätter herbeiführen können. Während für Teesorten wie schwarzem Tee (üblicherweise stark fermentiert) und Oolong (auch: Wulong), der schwach bis mittelstark fermentiert ist, die Fermentation eine wichtige Rolle spielt, definiert sich grüner Tee dadurch, dass die Blätter nicht fermentiert sind.

3. Ablauf der Fermentation für die Herstellung von schwarzem Tee

An dieser Stelle möchten wir zunächst nur auf die Veränderung der Catechine bei der Fermentation von Teeblättern eingehen. Diese Stoffklasse ist für eine Vielzahl der Wirkungen vor allem des grünen Tees auf den menschlichen Körper verantwortlich. In schwarzem Tee variieren die Gehalte ja nach Stärke der Fermentation. Bei der Schwarzteeproduktion werden die Blätter nach dem Welken gerollt. Dieser Rollvorgang dient dazu die Blattzellen mechanisch zu zerreißen. Dadurch durchmischen sich die Inhalte verschiedener Zellkompartimente. Interessant in diesem Zusammenhang sind auf der Substratseite die Catechine und auf der Enzymseite die Polyphenoloxidasen. Catechine sind größtenteils in der Vakuole lokalisiert, die bei ausgewachsenen Zellen einen Großteil des Volumens der Zelle ausmacht. Polyphenoloxidasen liegen membrangebunden in den Plastiden der Zellen oder in Vesikeln vor. Enzym und Substrat sind in intakten Zellen also räumlich voneinander getrennt.

3.1. Enzym: Polyphenoloxidase

Polyphenoloxidase ist ein Überbegriff für Enzyme, die die Oxidation phenolischer Substanzen katalysieren. Sie kommen in den meisten Pflanzen, Pilzen, Bakterien, Insekten, höheren Tieren und auch im Menschen vor. Es sind kupferhaltige Enzyme, die zur Gruppe der Oxidoreduktasen gehören. Die Kupfer-II-Ionen im aktiven Zentrum der Polyphenoloxidasen sind für die enzymatische Aktivität notwendig.

3.2. Substrat: Phenolische Verbindungen, Catechine

Phenolische Verbindungen bestehen aus mindestens einem aromatischen Ring und einer oder mehrerer daran gebundener Hydroxylgruppen. Catechine im Speziellen sind sekundäre Pflanzenmetabolite, die aus drei Ringen, von denen zwei aromatische mit jeweils zwei Hydroxylgruppen sind, bestehen. Es sind farblose Moleküle, die je nach Stellung der Hydroxylgruppe am C-Ring und der Position des B-Ringes als Catechine oder Epicatechine bezeichnet werden. Catechine und Epicatechine kommen in verschiedenen Pflanzen vor und sind für einen bitteren Geschmack und Adstringenz verantwortlich.

3.3. Reaktion

Durch die Zerstörung der Zellkompartimente können nun, die bei intakten Zellen streng voneinander getrennt vorliegenden Polyphenoloxidasen die Oxidation von Catechi

nen katalysieren. Zunächst katalysieren die Polyphenoloxidasen die Umwandlung von Catechinen in o-Chinone. Diese wiederum sind sehr reaktionsfreudig und neigen zur Bildung von komplexen Verbindungen. Sie binden sich mit weiteren o-Chinonen, aber auch mit Proteinen und Coffein zu braungefärbten Polymeren, den Theaflavinen. Dieser Prozess wird auch als enzymatische Bräunungsreaktion beschrieben. Für den Ablauf dieser Reaktion sind die Verletzung des Pflanzenmaterials und das Vorhandensein von Sauerstoff notwendig. Die hieraus unter anderem entstehenden Theaflavine sind gut wasserlöslich und für die Farbe und das Aroma von schwarzem Tee verantwortlich. Biologisch besitzen diese komplexen Verbindungen jedoch nicht mehr die Wirksamkeit ihrer Ausgangsstoffe, den Catechinen.

4. Das Verhindern der Fermentation bei grünem Tee

Um die Fermentation zu verhindern, müssen die frisch geernteten Teeblätter ausreichend stark erhitzt werden um damit die Polyphenoloxidasen zu inaktivieren. Enzyme sind hitzeempfindliche Eiweiße und gerinnen bei Hitzeeinwirkung, wodurch ihre enzymatische Aktivität erlischt. Beim anschließenden Rollen werden – ebenso wie bei der Herstellung von schwarzem Tee – die Zellkompartimente zerstört. Da jedoch das katalysierende Enzym nicht mehr aktiv ist, findet keine Oxidationsreaktion statt. Entscheidend dabei ist, dass die ausreichend starke Hitze bis ins Innere der Teeblätter eindringt. Die Temperatur der verwendeten Geräte ist also tendenziell höher als die Temperatur, die bis ins Blattinnere vordringt. Für die Erhitzung gibt es grundlegend zwei bekannte Möglichkeiten: Einerseits die trockene Erhitzung und andererseits die Dämpfung, die heutzutage in Japan zum Standard bei der Grünteeherstellung geworden ist.