Nahrungsmittelproduktion: Ein geschichtlicher Überblick

1. Steinzeit
2. Altertum
3. Mittelalter und Neuzeit
4. 19. Jahrhundert
5. 20. Jahrhundert

Die Herstellung, Verarbeitung und Haltbarmachung von Nahrungsmitteln ist eine der bedeutendsten kulturellen Errungenschaften der Menschheit. Während die Anbau- und Produktionstechniken über die Jahrtausende ständig verändert und weiterentwickelt wurden, blieben die Ziele stets die gleichen:

• Wie können wir uns genügend Lebensmittel beschaffen?
• Wie können wir die Nahrung konservieren und aufbewahren?
• Wie können wir das Essen ernährungsphysiologisch und geschmacklich verbessern?
• Wie können wir die Zubereitung der Nahrungsmittel optimieren?
• Wie können wir deren Sicherheit bewerkstelligen?

1. Steinzeit

Bereits vor über einer Million Jahren setzten unsere Vorfahren Steine zum Töten, Häuten und Ausweiden der erbeuteten Tiere ein und benutzten damit erstmals Werkzeuge zur Herstellung von Nahrungsmitteln. Mit der Nutzbarmachung des Feuers vor rund 800'000 Jahren gelang ein entscheidender Schritt in der Lebensmittelverarbeitung. Die Nahrung konnte fortan gekocht, gebraten, aber auch getrocknet und geräuchert werden. Damit wurde das Essen leichter verdaulich und besser haltbar, und es konnten ganz neue Nahrungsquellen erschlossen werden.

Die Jäger und Sammler der Jungsteinzeit begannen, Tiere in Herden zu halten und die Körner und Früchte wildwachsender Pflanzen, insbesondere von Gräsern, den Urahnen unserer verschiedenen Getreidearten, zu ernten. Vor über 10'000 Jahren wurden die Menschen sesshaft und fingen an, Ackerbau und Viehzucht zu betreiben. Sie überliessen die Entwicklung der Wildpflanzen- und Tierarten nicht mehr dem natürlichen Evolutionsprozess, sondern begannen durch gezielte Auslese (Selektion) die jeweils kräftigsten und ertragreichsten Pflanzen und Tiere zu züchten. So entstanden beispielsweise aus den Wildgräsern verschiedene Getreidesorten wie Mais, Weizen oder Hafer und aus dem Wolf verschiedene Hunderassen. Auch die landwirtschaftlichen Anbaumethoden wurden laufend verbessert: dem anfänglichen Hackbau folgte der Pflugbau.

2. Altertum

Neben Pflanzen und Tieren wendeten die Menschen der Antike schon sehr früh (wenn auch unbewusst) Mikroorganismen an, um verschiedene Lebensmittel herzustellen. Bereits um 5000 v.Chr. wurde in Ägypten und Babylonien Bier gebraut. Man hatte die alkoholische Gärung (Fermentation) vermutlich zufällig beim Lagern von Früchten entdeckt. Erste Verfahren zur Käseherstellung waren den Sumerern schon um 4000 v.Chr. bekannt. Man nimmt an, dass die Römer die Verarbeitung von Milch zu Käse bewusst zu nutzen verstanden. Das älteste bekannte Brot stammt aus der Zeit um 3500 v.Chr. und wurde in der Schweiz gefunden. Auch Essig gehörte ab etwa 300 v.Chr. auf den Speisetisch der antiken Völker. Mikroorganismen (Bakterien und Pilze/Hefen) nahmen also schon sehr früh eine wichtige Rolle in der Lebensmittelherstellung ein.

3. Mittelalter und Neuzeit

Viele der heute bedeutendsten Kulturpflanzen fanden, erst lange nachdem sie in Asien oder Amerika angebaut wurden, ihren Weg nach Europa und veränderten den damalige Menüplan entscheidend. Reis zum Beispiel hat man in Südostasien schon seit 3000 v.Chr. kultiviert. Der venezianische Kaufmann Marco Polo brachte die Pflanze von seinen Reisen in den Fernen Osten zurück nach Europa. Der Mais, von den Mayas bereits seit 5000 v.Chr. in Mittelamerika angebaut, und die Kartoffel gelangten kurze Zeit nach der Entdeckung von Mittelamerika durch Christoph Kolumbus am Ende des 15. Jahrhunderts zu uns. Diese Importe neuer Pflanzenarten in unsere Ökosysteme entsprechen aus heutiger Sicht grossen, unwissentlichen Freilandversuchen, bei denen Hunderttausende neuer Gene eingeführt wurden.

4. 19. Jahrhundert

Der Beginn des 19. Jahrhunderts bildete die Schwelle zur industriellen Revolution, welche mit ihren vielfältigen Auswirkungen auch die Lebensmittelherstellung stark beeinflusste. Mit der von James Watt erfundenen Dampfmaschine wurden seit 1776 auch Getreidemühlen betrieben. Der französische Chemiker und Mikrobiologe Louis Pasteur konnte 1857 als erster zeigen, dass die Säuerung der Milch durch Mikroorganismen hervorgerufen wird und dass Erhitzen zum Abtöten dieser Kleinstlebewesen führt (Pasteurisieren, angewendet seit 1861). Charles Darwin beschrieb 1859 in "Die Entstehung der Arten" erstmals die Theorie der Evolution.

1865 entdeckte der österreichische Mönch Gregor Mendel durch Kreuzungsexperimente mit Erbsen die Gesetze der Vererbung und bildete damit den Beginn der wissenschaftlich begründeten Pflanzenzüchtung. Gekreuzt wurden aber nur nahe verwandte Elternpflanzen, die sich in ihren erwünschten Eigenschaften ergänzen, um über Selektion und Rückkreuzungen deren Widerstandsfähigkeit und Leistung zu steigern.

Ebenfalls in diesem Jahrhundert wurden zahlreiche Verfahren entwickelt, darunter die Dosenkonservierung, die Sprühtrocknung und das Tiefkühlen, welche die Nahrungsmittel-versorgung sicherer und einfacher machten.

5. 20. Jahrhundert

Durch die züchterische Auslese hatte die Genetik einen wesentlichen Anteil an den Leistungssteigerungen der Landwirtschaft der letzten 100 Jahre. Die künstliche Besamung oder der Embryonentransfer bei den Nutztieren und die kontrollierte Bestäubung bei den Kulturpflanzen sind längstens zur Routine geworden.

Zu Beginn dieses Jahrhunderts gelang es, Pflanzenzellen aus Spross- oder Wurzelspitzen im Labor zu züchten und zu vermehren. Durch diese Gewebekulturen gelang es, in wenigen Wochen oder Monaten grosse Zahlen von genetisch identischen Nachkommen (Klone) zu erhalten. Dies wurde z.B. für die Vermehrung virusfreier Setzlinge von Kartoffeln, Erdbeeren oder Ölpalmen angewendet.

Mit der sogenannten Protoplastenfusion (Protoplasten sind nackte pflanzliche Zellen, denen die Zellwand entfernt wurde) konnten erstmals Kreuzungen von verschiedenen Pflanzenarten durchgeführt werden. Fusionierte Zellen lassen sich darauf unter geeigneten Bedingungen wieder zu ganzen Pflanzen regenerieren. Eine Stechapfelsorte wurde auf diese Weise entwickelt. Auch die Züchtung von Hybridsorten, d.h. Pflanzen mit zwei- oder mehrfachem Chromosomensatz, wurde anhand dieser Technik ermöglicht und führte zu einer weiteren wesentlichen Leistungssteigerung bekannter Nutzpflanzen wie beispielsweise Mais und Weizen.

Die Verwendung dieser Hochertragssorten während der Grünen Revolution in den 60er Jahren war jedoch auch mit Problemen für die Umwelt behaftet. Die modernen Sorten brauchten ein Mehrfaches an Nährstoffen und Wasser zum Gedeihen und waren viel anfälliger gegenüber Schädlingsbefall. Der intensive Einsatz von Dünger und Pflanzenschutzmitteln führte häufig zu einer starken Belastung der Böden und des Grundwassers.

Um die Entstehung neuer Sorten zu beschleunigen, wurden seit den 1960er Jahren Saatkörner mit radioaktiver Strahlung oder erbgutverändernden Chemikalien behandelt, wodurch sich künstliche, zufällige Pflanzenvarianten entwickelten. Die Nektarine ist z.B. so entstanden. Und rund 70% (!) der Hartweizengräser zur Herstellung von Teigwaren in Italien gehen auf diese Mutationszüchtung zurück.

Auch die kontrollierte technisch-industrialisierte Nutzung der Mikroorganismen wurden laufend verbessert und erweitert. Schon bald wurde eine Vielzahl von Konservierungs-, Farb- und Aromastoffen, Aminosäuren (z.B. Glutamat), Vitaminen, organischen Säuren und Enzymen (z.B. Amylase) als Fabrikations- und Lebensmittelzusatzstoffe biotechnologisch hergestellt. Üblicherweise werden diese Zusatzstoffe mittels E-Nummern ausgewiesen. Ein typisches Beispiel ist die Zitronensäure (E330), welche ursprünglich aus Zitronen extrahiert wurde, seit einigen Jahrzehnten jedoch mit Hilfe eines Schimmelpilzes hergestellt wird.

Neue Technologien wie die UHT-Sterilisation ("uperisierte Milch") oder die Entwicklung des Gefriertrocknens und des Mikrowellenofens gingen einher mit einer Technisierung der Haushalte.

Ganz neue Möglichkeiten der Nahrungsmittelproduktion und -verarbeitung ergaben sich durch die Entwicklung der Gentechnologie. In nur wenigen Jahrzehnten wurde die Erbsubstanz verschiedener Mikroorganismen enträtselt, die Werkzeuge der Gentechnologie gefunden und weiterentwickelt sowie Techniken zur Isolierung und Neukombination von Genen ausgearbeitet. 1973 gelang den amerikanischen Forschern Stanley Cohen und Herbert Boyer das erste gentechnische Experiment, indem sie Erbgut aus zwei verschiedenen Bakterienarten austauschten.

In der modernen Biotechnologie wird die Gentechnologie heute zu verschiedenen Zwecken eingesetzt. So kann sie z.B. die Effizienz eines Mikroorganismus steigern, um ein bestimmtes Enzym herzustellen, wodurch dieses in ausreichenden Mengen synthetisiert werden kann. Zudem werden neuartige Enzyme verfügbar, indem man das Gen, das ein Enzym produziert, aus einem ungeeigneten natürlichen Wirtsorganismus in einen anderen einführt, dessen Produktivität und Sicherheit erwiesen ist. Und mittels spezifischer und gezielter Veränderung eines Gens kann die Funktion eines Enzyms verbessert werden ("protein engineering"). 1988 erteilte die Schweiz weltweit als erstes Land die Zulassung eines gentechnisch hergestellten Enzyms für die Nahrungsmittelverarbeitung. Das Produkt, Chymosin (Labferment), wurde traditionellerweise aus Kälbermägen extrahiert und wird für die Herstellung von Käse verwendet.

Auch in der Pflanzenzüchtung findet die Gentechnologie vielfältige Verwendung. Angestrebt werden Resistenzen gegen Schadorganismen wie Pilzen, Viren, Bakterien oder Insekten, Verbesserungen der Produktequalität (z.B. Haltbarkeit oder Nährstoffwert) sowie agronomische Eigenschaften wie Dürre-, Herbizid- oder Salztoleranz. Die Gentechnologie ermöglicht eine sehr gezielte Übertragung einzelner vorteilhafter Eigenschaften (Gene) in eine Pflanze im Gegensatz zur traditionellen Züchtung, in der sämtliche Gene beider Kreuzungspartner vermischt und neu kombiniert werden. Zum ersten Mal können nun auch Gene artfremder Organismen ausgetauscht werden.

1983 wurde die erste gentechnologisch veränderte (transgene) Pflanze entwickelt. Amerikanischen Forschern gelang es, ein Antibiotika-Resistenz-Gen aus einem Bakterium auf eine Tabakpflanze zu übertragen. Heute, 14 Jahre später, sind weltweit bereits 34 verschiedene gentechnisch veränderte Pflanzen zugelassen, und es werden jedes Jahr mehr.

Die Gentechnologie wird somit nicht nur in der biomedizinischen Forschung, sondern auch in der Agro- und Lebensmittelindustrie zur Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts.