Verarbeitungsverfahren

LAB-Fermentation

3 Teile Pflanzenmasse, 1 Teil Rohrzucker, Zudecken, sieben Tage warten. Osmose zieht den Saft raus, Milchsäurebakterien übernehmen, pH fällt unter 4, Fäulnis kommt nicht mehr rein. Was nach zwei Wochen im Glas sitzt, hält ein Jahr. Kein Lösungsmittel, keine Hitze, nichts Kompliziertes.

Prinzip und Mikrobiologie

Rohrzucker zieht bei einem Massenanteil von rund 25 % den Saft aus dem Pflanzenmaterial heraus: Ein Wasserpotenzial-Gefälle im Gefäß, Osmose, nichts Geheimnisvolles. Der zuckerreiche Überstand ist das Substrat für die LAB, die auf den Pflanzenoberflächen ohnehin sitzen. Zu den praxisrelevanten Gattungen gehören Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus und Weissella (Jaffar et al., , Frontiers in Plant Science).

Homofermentative Stämme (v. a. L. plantarum) erzeugen fast ausschließlich Milchsäure; heterofermentative Stämme produzieren zusätzlich Ethanol, CO₂ und geringe Mengen Essigsäure (Zapaśnik et al., , Foods). Beide Gruppen senken den pH so weit ab, dass Enterobacteriaceae, Schimmelpilze und anaerobe Fäulniserreger die Fermentation nicht mehr dominieren können. Leuconostoc mesenteroides stoppt sein Wachstum ab einem internen pH von 5,4–5,7; L. plantarum toleriert pH-Werte bis 4,6–4,8 (Zapaśnik et al., ). Unterhalb von pH 4 ist die antimikrobielle Wirkung der Milchsäure gegen grampositive wie gramnegative Keime nachgewiesen.

Zusätzlich produzieren mehrere LAB-Stämme Bacteriocine und Wasserstoffperoxid als sekundäre Hemmstoffe, ein Mehrfach-Hürden-System, das die Stabilität des Endprodukts erklärt.

Das 3-zu-1-Protokoll nach Cho

KNF-Begründer Cho Han-Kyu beschreibt in seiner Urschrift das sogenannte FPJ-Protokoll, das von der CTAHR der Universität Hawaii in den Publikationsreihen SA-7 () und SA-8 adaptiert und dokumentiert wurde:

  1. Frische Triebspitzen oder Blätter ernten, vor Sonnenaufgang (Respirationsmodus, nicht Photosynthesemode).
  2. Material in 5–8 cm große Stücke schneiden oder grob zerkleinern.
  3. Pflanzenmasse und braunen Rohrzucker im Gewichtsverhältnis 3:1 schichtweise in ein Tongefäß oder Glasgefäß einlegen.
  4. Oberfläche mit einer dünnen Zuckerschicht abschließen, Gefäß locker (nicht luftdicht) abdecken, Gärventil optional, aber empfehlenswert, um CO₂ entweichen zu lassen ohne Sauerstoff einzulassen.
  5. Temperatur 18–26 °C, dunkel lagern; höhere Temperaturen begünstigen Essigsäurebakterien.
  6. Nach 7–14 Tagen hat der Saft pH < 4 erreicht und wird abgeseiht.

Abgrenzung zu anderen KNF-Inputs: FFJ verwendet reife Früchte mit hohem Eigengehalt an Zucker und Fruchtsäuren und ist auf Blüte und Fruchtentwicklung ausgerichtet. OHN basiert auf fünf Kräutern (Knoblauch, Ingwer, Süßholz, Zimt, Angelika), die in Alkohol und Zucker einzeln fermentiert werden, und dient primär als antimikrobielles Stimulans. FPJ aus vegetativen Wachstumsspitzen liefert dagegen hauptsächlich Phytohormone und Nährstoffe der Wachstumsphase (CTAHR SA-7, ).

Geeignete Wirkstoff-Klassen

Phytohormone sind bei pH < 4 und ohne Wärme weitgehend stabil. L. plantarum produziert nachweislich Gibberellin GA4 und GA7 sowie IAA; Cytokinine wurden in fermentierten Extrakten verschiedener Gemüsesäfte detektiert (Jaffar et al., ). Der saure pH verhindert zudem enzymatischen IAA-Abbau durch Peroxidasen, die bei neutralem pH aktiv sind.

Aminosäuren und kleinere Peptide bleiben gut erhalten. Fermentation erhöhte in einer Metabolomik-Studie an Gemüsesäften die Gehalte von Prolin (Faktor 1,7), Glycin (Faktor 1,8) und γ-Aminobuttersäure sowie Gluconsäure gegenüber unfermentiertem Ausgangsmaterial (Chung et al., , Biomolecules).

Mineralische Nährstoffe werden durch den sauren pH in lösliche, bioverfügbare Formen überführt. LAB erzeugen organische Säuren, die Phosphor- und Kaliumverbindungen aus der Zellmatrix mobilisieren. In Brennnessel-Gärungen war Phosphor nach 5 Tagen mit 5,26 % (Trockenmasse) am höchsten, Stickstoff zeigte ein Maximum zwischen Tag 5 und Tag 15 (Review on Fermentation and Rate of Plant Nutrients, International Journal of Research in Agronomy, ).

pH-stabile Sekundärmetaboliten (Phenylpropanoide, Flavonoide, Cumarine) werden durch Fermentation nicht abgebaut, sondern teilweise in neue bioaktive Formen umgewandelt. Lycopin, α-Carotin und β-Carotin stiegen in mit L. plantarum fermentierten Gemüsesäften signifikant an (Chung et al., ).

Saponine werden durch LAB teilweise umgewandelt. β-Glucosidase-produzierende Stämme spalten Glykosid-Seitenketten; das verändert das Saponin-Profil, löscht aber keine vollständige Wirkklasse aus. In Bittergurken-Fermentationen sank ein Saponin-Typ, während ein anderes aktives Saponin (Momordicin U) zunahm (Food, MDPI, ).

Hitzeempfindliche Wirkstoffe bleiben erhalten, weil das Verfahren bei Umgebungstemperatur arbeitet. Das ist der entscheidende Unterschied zu Dekokten oder Dämpfen.

Isothiocyanate (relevant bei Kreuzblütlern wie Kapuzinerkresse oder Meerrettich) werden durch LAB teilweise abgebaut: Gesamtglucosinolat-Gehalte sanken nach 3 Tagen Fermentation in Blumenkohl um 85 % und in Brokkoli um 65 %; gleichzeitig entstanden durch myrosinaseähnliche LAB-Enzymaktivität neue Abbauprodukte wie Sulforaphan und Iberin (PMC9626883, ).

pH-Verlauf

Der pH-Verlauf ist gut dokumentiert und verläuft in drei Phasen:

Zeitpunkt pH (typisch) Dominante Mikroorganismen
Tag 0 ~6,0 Enterobacteriaceae, diverse Hefen
Tag 3 ~5,0–5,5 Leuconostoc, frühe Lactobacillus-Stämme
Tag 7 <4,0 Lactobacillus plantarum dominant
Tag 14 <4,0 (stabil) LAB-Erhaltungsflora

Eine Untersuchung fermentierter Gemüsesäfte zeigte pH-Abfall von 4,8 auf 3,6–4,1 innerhalb von 24 Stunden bei 37 °C (Chung et al., ); bei 18–26 °C und Raumfermentation dauert derselbe Prozess 5–10 Tage. LAB wurden in Brennnessel-Gärungen ab Tag 7 als dominant beschrieben, in Korrelation mit dem pH-Abfall (Int. J. Research in Agronomy, ).

Parameter

Parameter Empfehlung Begründung
Pflanze:Zucker (m/m) 3:1 Untergrenze Osmose-Effizienz; bei weniger als 1:4-Anteil Zucker Fäulnisgefahr
Zuckerart Brauner Rohrzucker Enthält Melasse, Mikronährstoffe und indigene Mikroorganismen
Temperatur 18–26 °C Über 28 °C begünstigen Essigsäurebakterien (Acetobacter)
Dauer 7–14 Tage 7 Tage Mindestdauer für pH < 4; 14 Tage für maximale Nährstoffausbeute
Gefäß Ton oder Glas, kein Metall Säurestabilität; Metall korrodiert bei pH < 4
Abdeckung Leinentuch oder Gärventil CO₂-Abgabe erlauben; Sauerstoffeintrag minimieren
Zerkleinern Empfohlen, 5–8 cm Vergrößert Kontaktfläche; vollständiges Pürieren erhöht Verschleim-Risiko
Stickstoffgehalt FPJ (gemessen) 0,34–0,56 % bei 10–15 Tagen Höchste N-Konzentration nach 15 Tagen Fermentation

Studien

Peer-reviewte Evidenz für KNF-spezifische FPJ-Inputs ist überschaubar, wächst aber. Die belastbarsten Befunde:

Wang, Du Ponte & Chang () dokumentierten in einem CTAHR-Feldversuch auf Hawaii, dass KNF-behandelte Gemüsepflanzen nach einer Anlaufphase größere Früchte über einen längeren Zeitraum produzierten als unbehandelte Kontrollen, bei gleichzeitig höherer Resistenz gegen Krankheiten.

Mehrere philippinische Studien (IJMRAS, verschiedene Jahrgänge) verglichen FPJ- und FFJ-Applikationen mit mineralischen Standarddüngern bei Pechay (Brassica rapa), Aubergine (Solanum melongena) und Salat (Lactuca sativa). Signifikante positive Effekte auf Pflanzenhöhe, Blattgröße und Ertrag wurden bei 2 EL/L Anwendungsverdünnung konsistent berichtet.

Ein Nitrogen-basierter FPJ-Versuch mit Senfkohl (Brassica juncea L.) zeigte den höchsten N-Gehalt im FPJ nach 15 Tagen Fermentation (0,56 %), mit messbarem Ertragszuwachs bei 2 EL/L-Anwendung (academia.edu/49332304, ).

Tithonia- und Brennnessel-Gärungsversuche (Int. J. Research in Agronomy, ) bestätigten: Phosphor aus Brennnessel 5,26 % (TM), aus Tithonia 5,12 %; Kalium am höchsten in Tithonia mit 4,38 %. LAB-Dominanz ab Tag 7 korreliert direkt mit pH-Stabilisierung unter 4.

Vergleich zu Jauche

Merkmal Offene Jauche LAB-Fermentation (FPJ)
pH-Verlauf Steigt ggf. auf 7–8 Sinkt stabil unter 4
N-Verlust Bis 30–50 % durch NH₃-Ausgasung Minimal: NH₃-Ausgasung bei pH < 4 vernachlässigbar
Geruch Stark (H₂S, Ammoniak) Mild-säuerlich, keine Ammoniak-Note
Haltbarkeit frisch Tage bis wenige Wochen Monate bis über 1 Jahr
Wirkstofferhalt Phytohormone teilweise thermolabil abbaubar Vollständig erhalten (keine Wärme)
Konzentration Niedrig (1:10 mit Wasser angesetzt) Hoch (1:500–1:1000 Anwendungsverdünnung)
Standardisierbarkeit Schwierig (pH, Temperatur variabel) Gut (pH messbar, reproduzierbares Protokoll)

Verglichen mit dem Kaltmazerat (Pflanzenmasse nur in Wasser ohne Zucker) fehlt beim Kaltmazerat der durch Zucker gesteuerte pH-Abfall. Ohne aktive LAB-Fermentation bleibt der pH bei 6–7, was Fäulnis bei längerer Standzeit begünstigt und den Wirkstofferhalt verschlechtert. Studien zu Fermentation versus Mazeration (PMC9244458, ) bestätigen: Fermentation überlegene in der Biokonversion und Bioverfügbarkeit, Mazeration bei rein polyphenolischer Extraktion ohne Umwandlung.

Haltbarkeit

Bei gesichertem pH < 4 und Kühlung (4–10 °C) ist FPJ mindestens 12 Monate haltbar. Die Milchsäure wirkt dabei als natürliches Konservierungsmittel. Bei Raumtemperaturlagerung setzt heterofermentative Aktivität fort und erhöht schrittweise den Ethanolgehalt sowie gegebenenfalls den Essigsäuregehalt. Ein steigender Alkoholgehalt ist kein Qualitätsverlust, aber ein Zeichen fortschreitender Fermentation. Überprüfung mit pH-Streifen (Ziel: pH 3,5–4,0) vor jeder Anwendung empfohlen.

Typische Fehler

Zu wenig Zucker (unter 1:5-Anteil): Osmose-Druck zu gering, Saft verbleibt im Gewebe. Zuckergehalt reicht nicht aus, um Spoilage-Bakterien auszuhungern. Ergebnis: Fäulnis statt Fermentation.

Zu viel Zucker (über 1:2 Anteil): Osmotischer Stress hemmt auch LAB. Fermentation kommt nicht in Gang, pH sinkt nicht ausreichend.

Zu hohe Temperatur (über 28 °C): Acetobacter-Stämme dominieren, produzieren Essigsäure. Produkt wird scharf-sauer und verliert Phytohormone durch Säurehydrolyse.

Sauerstoffzutritt (offenes Gefäß): Aerobe Mikroorganismen konkurrieren, Oxidation von Phenolen und Phytohormonen. Lösung: Leinentuch oder Gärventil.

Material zu grob (ganze Stängel ohne Zerkleinern): Osmose wirkt hauptsächlich über Schnittflächen. Ungenügende Saftausbeute, verlängerte Fermentationszeit.

Falsche Rohstoffauswahl: Verholzte, alte oder tote Pflanzenteile liefern weniger lösliche Inhaltsstoffe. Protokoll erfordert frische, wachsende Triebspitzen.

Pflanzen-Eignung

Brennnessel (Urtica dioica): Reich an N (>3 %), K, Fe, Zn und Phytohormonen. Feld-Untersuchungen (PeerJ, ) zeigten bei Brennnessel-Jauche als Blattdünger auf Kartoffeln keinen signifikanten Ertragseffekt, aber Wachstumsverbesserungen. LAB-fermentiertes FPJ aus Brennnessel ist wegen der Phytohormon-Erhaltung dem offenen Gärverfahren vorzuziehen.

Rotklee (Trifolium pratense): Liefert Isoflavone, Flavonoide und biologisch gebundenen N. Bei pH < 4 bleiben Flavonoide erhalten und sind in einem Rotklee-Extrakt als Rhizosphären-Aktivatoren dokumentiert.

Tithonia (Tithonia diversifolia): Höchster K-Gehalt (4,38 % TM) unter getesteten Fermentationssubstraten, P 5,12 %. Der hohe Nährstoffgehalt prädestiniert Tithonia-FPJ für Folge-Blattdüngungen. Details im Tithonia-Profil.

Kapuzinerkresse (Tropaeolum majus): Enthält Glucotropaeolin als Glucosinolat-Vorläufer von Benzyl-Isothiocyanat. Bei LAB-Fermentation wird ein Teil der Glucosinolate hydrolysiert; das entstehende Isothiocyanat entfaltet antimykotische Wirkung im Ferment selbst, baut sich aber teilweise ab. Geeignet für kurze Fermentationsdauer (7 Tage) und sofortigen Einsatz.

Luzerne-Presssaft (Medicago sativa): Sehr hoher Cytokinon- und IAA-Gehalt im frischen Presssaft. LAB-Fermentation eignet sich hier besonders gut, weil kein Zucker-Osmose-Schritt nötig ist, der Presssaft kann direkt mit Rohrzucker (1:4 Vol.) versetzt und fermentiert werden. Literatur zu Luzerne als Biostimulans-Quelle.

Quellen

  1. Jaffar, N.S. et al. (): The potential of lactic acid bacteria in mediating the control of plant diseases and plant growth stimulation in crop production, A mini review. Frontiers in Plant Science 13, 1047945. doi.org/10.3389/fpls.2022.1047945

  2. Zapaśnik, A., Sokołowska, B. & Bryła, M. (): Role of Lactic Acid Bacteria in Food Preservation and Safety. Foods 11(9). pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9099756/

  3. Chung, H.-J. et al. (): Metabolic and Lipidomic Profiling of Vegetable Juices Fermented with Various Probiotics. Biomolecules 10(5), 776. pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7281372/

  4. CTAHR University of Hawaii (): Natural Farming: Fermented Plant Juice. Sustainable Agriculture SA-7. ctahr.hawaii.edu/oc/freepubs/pdf/SA-7.pdf

  5. CTAHR University of Hawaii (): Natural Farming: Lactic Acid Bacteria. Sustainable Agriculture SA-8. ctahr.hawaii.edu/oc/freepubs/pdf/sa-8.pdf

  6. Cuizon, M.E. et al. (): Review for fermentation on the rate of plant nutrients. International Journal of Research in Agronomy 4(2), 127–131. agronomyjournals.com/archives/2021/vol4issue2/PartA/5-2-52-101.pdf

  7. Kapusta-Duch, J. et al. (): Changes in the content of glucosinolates, polyphenols and carotenoids during lactic-acid fermentation of cruciferous vegetables: A mini review. Current Research in Food Science 5, 2297–2305. pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9626883/

  8. Bitocchi, E. et al. (PeerJ, ): Effects of nettle slurry (Urtica dioica L.) used as foliar fertilizer on potato (Solanum tuberosum L.) yield and plant growth. PeerJ 6, e4729. pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5944444/

  9. Wang, K.-H., DuPonte, M. & Chang, K. (): Use of Korean Natural Farming for Vegetable Crop Production in Hawai'i. CTAHR Progress Report. ctahr.hawaii.edu