Schon lange unterscheidet man in der Praxis der Gärtechnik zwischen wilden Hefen und den Kulturhefen. Solche „wilde Hefen“ sind heute noch in den allermeisten Fällen die Weinhefen. In der Urzeit aber, bevor sich der Mensch weitergehende Erfahrung in der Gärtechnik erworben und besondere Verfahren zur Gewinnung möglichst vollkommener Produkte eingeschlagen hatte, war jede Gärung durch wilde Hefen bedingt. Man überließ einfach die zuckerhaltigen Pflanzensäfte sich selbst; dabei trat dann von selbst durch Ansiedelung und rasches Wachstum von frei herumschwärmenden, wilden Keimen die Gärung ein, die der Mensch nach seinen Wünschen zu leiten und, wenn nötig, zu unterbrechen versuchte.

Die Lebensweise dieser wilden Hefen hat Hansen zuerst an Sacharomyces apiculatus erforscht. Was von ihr gilt, das wird mit geringen Änderungen auch für die anderen Hefearten Geltung haben. Den Sommer hindurch sind überall Hefekeime im Staub vorhanden, die dann vom Wind an verletzte Früchte irgend welcher Art verweht werden, wo sie vortrefflich gedeihen und sich rasch vermehren. Zur Zeit der Fruchtreife im Herbst sind sie besonders in Obst- und Weingärten in ungeheurer Zahl vorhanden und gelangen mit den Früchten in den gekelterten Most, in welchem sie die alkoholische Gärung verursachen. Mit dem Regen und Wind und den herabfallenden, verderbenden Früchten gelangen sie in den Boden, wo man sie bis zu 40 cm Tiefe nachgewiesen hat. Hier überwintern sie, soweit sie als dickhäutige Dauerformen vor dem Eingehen infolge von Kälte und Trockenheit geschützt sind, um mit dem Frühjahre von neuem ihr Dasein an allerlei austretenden Pflanzensäften und faulenden Massen fortzusetzen und mit dem Wind und den zahllosen Insekten auf die sich bildenden Blattmassen und jungen Früchte verschleppt zu werden, wo sie sich nach Möglichkeit, soweit es ihnen gelingt, Nahrung zu erhalten, vermehren und immer weiter ausbreiten, bis sie im Herbst abermals eine Hauptverbreitung erlangt haben.

Aus ihnen hat dann der Mensch unwillkürlich im Laufe der Zeit besondere Kulturrassen entwickelt, indem er mit Vorliebe gute Hefereste zur Fermentierung der neuen zu vergärenden Nährlösung verwandte. So hatten beispielsweise die Braumeister schon lange gemerkt, daß es zweckmäßig ist, die Hefen, die einmal ein gutes Bier geliefert hatten, sich nach Möglichkeit zu erhalten, und die große Geheimniskrämerei, die lange Zeit die Kunst edles Bier zu brauen umgab, beruhte nicht zum mindesten auf solchen alten Rezepten zur Erhaltung des „Zeuges“. Indessen war dies alles reine Empirie, und Fehlschläge blieben dabei nicht aus. So war trotz aller Sorgfalt das Brauen guten Bieres stets eine Sache des Zufalls. Erst durch die planmäßigen Arbeiten Hansens ist dies anders geworden, indem er zuverlässige Verfahren angab, um jeweilen erstklassige Kulturen von Hefe zu erlangen und nach Belieben weiter zu züchten. So ist man imstande, immer gleichmäßig gute Heferassen, ohne Beimischung unerwünschter fremder Elemente oder eine Degeneration befürchten zu müssen, in Anwendung zu ziehen und damit stets sicheren Erfolg zu haben. Und hat man auf diese Weise eine größere Menge einer vollkommen einheitlichen, weil aus einer einzigen Zelle hervorgegangenen Hefe gewonnen, so kann man mit dieser Gewöhnungsversuche an bestimmte, nach besonderen Richtungen abgeänderter Nährböden machen, um damit neue, zu speziellen Zwecken dienende Varietäten zu gewinnen.

Neben dieser „Einzellmethode“, die stets die klassische sein wird, genügt für zahlreiche Zwecke auch ein anderes Verfahren, das man als die „natürliche Reinzucht“ bezeichnet. Es beruht auf der Erfahrungstatsache, daß eine Hefe, die in größerer Menge auf einen ihr gut zusagenden Nährboden und unter günstigen Temperaturverhältnissen eingesät wird, sehr bald alle anderen Organismen in solch energischer Weise überwuchert, daß sie beinahe allein zurückbleibt. So kann man beispielsweise untergärige gute Bierhefe von Beimengungen einerseits obergäriger, andererseits kleiner, wilder Hefen dadurch trennen, daß man bei 8–10°C. gären läßt, unter Bedingungen, die nur der gewünschten Hefe günstige Verhältnisse zum Fortkommen gewähren. So kann man durch Züchten auf mehrere Prozent Alkohol enthaltenden Nährböden aus einem Gemisch von Brennereihefe und Unterhefe die letztere herausschaffen usw.

Wenden wir uns nach dieser allgemeinen Orientierung zu den wichtigsten Nutzanwendungen der Hefegärung, unter denen an erster Stelle die Brotbereitung steht. In der Urzeit wurden die nahrhaften Samen der wilden Grasarten und später diejenigen der aus ihrer Zahl zu immer großkörnigeren Getreidearten gezüchteten Spezies gleich nach dem Sammeln, solange sie noch nicht durch Eintrocknen hart geworden waren, oder wenn dies wie bei den Vorräten der Fall war, nach vorhergehendem kurzen Einweichen in Wasser, roh, oder noch häufiger durch Rösten auf heißen Steinen schmackhafter gemacht, gegessen. Solch geröstetes Getreide hat sich mit dessen natürlicher Würze, dem Salz, im äußerst konservativem Kultus bei manchen Völkern, wie den Römern, als die älteste Art von Opferspeise pflanzlicher Natur an die Gottheit bis in die Spätzeit erhalten.

Als man aber mit dem Aufkommen des Hackbaus in neolithischer Zeit Vorräte von Getreidekörnern anlegte, die stark austrockneten, war es geboten, die hartgewordenen Körner ohne Aufweichen in Wasser zwischen Steinen zu zermalmen. So kamen die immer zweckmäßiger gestaltenen Mahlsteine als die primitivsten Mühlen der Menschheit auf. Anfänglich geschah dieses Mahlen noch äußerst roh und ungenügend; so finden wir in den als Vorläufer des Brotes mit Zuhilfenahme von Wasser bereiteten Fladen der neolithischen Pfahlbauern der Schweiz ohne irgend welche Poren neben abgeriebenen kleinsten Steinpartikeln, die beim Kauen förmlich geknirscht haben müssen, noch halbe und ganze Getreidekörner als Zeichen der sehr lässigen, wenig sorgfältigen Arbeit der solche Speise bereitenden Frauen. Da man nun irdene Gefäße besaß, die man immer besser durch gründlicheres Brennen zu härten verstand, so zog man diesen unschmackhaften, trockenen Fladen bald allgemein den durch Einrühren des grob zerkleinerten Getreidekorns in Wasser hergestellten Mehlbrei vor, der noch zu Anfang der christlichen Zeitrechnung bei unseren germanischen Vorfahren an Stelle des ihnen unbekannten getriebenen Brotes als Hauptnahrungsmittel gegessen wurde. Auch bei den Kulturvölkern des Altertums, so besonders bei den in allem konservativ gesinnten Römern, war er, von ihnen puls genannt, während ihn die Griechen als maza bezeichneten, bis in ihre Blütezeit hinein gebräuchlich. So sagt der ältere Plinius in seiner Naturgeschichte: „Die Römer haben lange Zeit von Brei (puls) und nicht von Brot (panis) gelebt; daher nennt man auch jetzt noch dasjenige, das man zum Brote ißt, pulmentarium. Ein Bissen solchen Breies hieß offa, wie man z. B. aus Ennius (dem von 239 bis 168 v. Chr. lebenden römischen Dichter) ersieht. Noch jetzt wird an Festen, die aus alter Zeit stammen, namentlich an Geburtstagen, solcher Brei bereitet, den man puls fritilla (gebackenen Mehlbrei) nennt.“ An einer anderen Stelle gibt er an, daß man in Kampanien aus gemeiner Hirse (milium) weißen puls und wohlschmeckendes Brot bereite. Und der unter Nero aus Bilbilis in Spanien nach Rom gekommene, um 120 n. Chr. gestorbene Epigrammendichter Martialis, ein Schmeichling und Günstling der Kaiser, schrieb in einem uns erhaltenen Gedichte: „Komm zu mir, lieber Turanius, und nimm vorlieb mit einem Würstchen (botellus), das auf schneeweißem puls (Brei) liegt.“ Auch der römische Geschichtschreiber im 1. Jahrhundert n. Chr. Valerius Maximus versichert: „Die alten Römer lebten sehr mäßig, genossen mehr Brei (puls) als Brot (panis). Von ihnen stammt auch der Gebrauch des Opferschrots, welches aus geröstetem Spelt mit Zusatz von Salz besteht und womit man die (als Opfer verbrannten) Eingeweide bestreut (während das Fleisch von den Opfernden zu Ehren der Gottheit selbst verspeist wurde). Die jungen Hühner (pullus), welche wahrsagen, werden mit puls gefüttert.“ Sonst wurden als Opferkuchen (libum) aus solchem Brei mit Zusatz von einem Ei hergestellte und auf der heißen Herdstelle unter einer Schüssel, wie uns der ältere Cato berichtet, langsam gebackene Fladen hergestellt. Und Plutarch erzählt vom spartanischen Feldherrn Pausanias, der mit Aristeides die Perser bei Platää (479 v. Chr.) besiegte und später (467), des verräterischen Einverständnisses mit ihnen beschuldigt, im Tempel der Athene in Sparta, wohin er sich geflüchtet, durch Hunger umkam, er habe nach der Schlacht bei Platää, wie er die mit Leckerbissen besetzten persischen Tafeln sah, ausgerufen: „Wahrhaftig, die Perser sind merkwürdige Leckermäuler! Sie haben vielerlei und verspüren doch ein Gelüste nach unserem Brei (maza).“

Aus solchem frischen, ungesäuerten Mehlbrei durch Backen auf heißen Steinen oder in der heißen Asche des Herdes hergestellte Fladen bildeten das älteste Brot, dessen Herstellung in das hohe Altertum zurückreicht. Wie bei den neolithischen Pfahlbauern war es, wohl in etwas verfeinerter Form, zur mykenischen Zeit und auch noch bei Homer gebräuchlich. So heißt es in der den homerischen Epen nachgedichteten Aeneis des römischen Dichters Vergilius Maro (70–19 v. Chr.), das Brot habe zuerst als Teller für die Zuspeise gedient und sei dann selbst gegessen worden. Noch heute lebt die ländliche Bevölkerung Vorderasiens, Ägyptens und Abessiniens von derartigem altertümlichem, dichtem Brot, während die in bezug auf Kultur weiter vorgeschrittene städtische Bevölkerung mehr modernes, gesäuertes, getriebenes Brot genießt.

Die Erfindung des viel schmackhafteren und leichter verdaulichen gesäuerten Brotes schreibt man gemeinhin den Ägyptern zu, doch kann sie ebensogut irgendwo in Vorderasien, wo die Rebe kultiviert wurde, gemacht worden sein. Nach den alten Autoren bediente man sich nämlich zum Lockern des Teiges durch Gärung dreitägigen Weinmostes, den man mit Mehl mischte, wodurch die Hefekolonie haltbar gemacht wurde. Besonders Hirse- und Weizenmehl wurde dazu verwendet, wie uns Plinius berichtet. Solcher Gärstoff (fermentum) wurde nach ihm nur zur Zeit der Weinlese bereitet und damit das zu backende Brot fermentiert. Und jedesmal wurde beim Backen ein Stück des mit Hefe versetzten Teiges aufbewahrt, um es das nächste Mal zum Treiben des frischen Teiges zu verwenden. Durch diesen Hefezusatz wird nämlich eine alkoholische Gärung mit Bildung von Kohlensäure bewirkt, das den sonst kleistrigen Kuchen porös und so leichter durchbackbar macht. Heute benutzt man dazu die sogenannten Bierhefen — auch als Preßhefen bezeichnet — die jetzt meist in besonderen Betrieben eigens gezüchtet werden. Es sind schnellwachsende, möglichst gut durchlüftete Hefen, die nur eine geringe Gärkraft besitzen. Diese reine Hefegärung wird vor allem bei der Herstellung des Weißbrotes und der verschiedenen Kuchen verwendet. Dagegen dient zur Bereitung des bäuerlichen Schwarzbrotes der sogenannte Sauerteig, in welchem sich außer der Hefe noch Milchsäurebildner und andere Bakterien finden. Ein besonders wichtiger Pilz der Sauerteiggärung scheint das genauer bekannte Bacterium levans zu sein, das neben Kohlensäure auch Wasserstoff bildet. Auch Essigsäurekeime und unlösliches Eiweiß in lösliche Peptone verwandelnde Bakterien sind im Sauerteige vorhanden. Auch wird durch die gebildeten Säuren der Kleber des Mehles gelöst, wodurch letzteres die Eigenschaft annimmt, sich beim Backen rasch dunkel zu färben, wodurch erst das mit Sauerteig bereitete Brot eine dunklere Farbe als das mit Hefe bereitete erhält.

Der Zweck, den diese Gärungserreger im Teige erfüllen, ist dreierlei Art. Erstens wird durch sie die Stärke zum Teil gespalten und in Zucker verwandelt, der von den Hefen dann teilweise zu Kohlensäure und Alkohol weitergespalten wird, teilweise verbleibt er aber auch unangetastet als solcher und verleiht dem Gebäck einen schwach süßen Geschmack. Zweitens wird durch die Gasbildung der Teig stark aufgelockert, so daß er beim Backen nicht zu einem zähen, schwerverdaulichen Kuchen wird. Und drittens wird speziell dem Schwarzbrote der gewünschte säuerliche Geschmack verliehen. Die spezifischen Erreger der Brotgärung werden in der Praxis immer von einem Teig auf den andern übertragen. Hat dann der „Vorteig“ eine Weile unter dem Einflusse der Gärung gestanden, so wird er mit der Gesamtmenge vermischt und dann tüchtig durchgeknetet. Darin, daß dies sehr sorgfältig und in der richtigen Mengenverteilung geschieht, liegt die Kunst des Bäckers nicht weniger, wie in der richtigen Leitung des Backprozesses, bei welchem die im Teig entstandene Kohlensäure und der Alkohol zu entweichen suchen, dies aber wegen der zähen Beschaffenheit desselben nur langsam und unvollständig tun können, wobei sie ihn stark lockern und ihm eine schwammige Beschaffenheit verleihen. Bei Herstellung eines Brotes von 5 kg entstehen etwa 25 g Alkohol, und Graham hat berechnet, daß allein in London bei der Brotbereitung jährlich etwa 13 Millionen Liter Alkohol in die Luft entweichen. Versuche, denselben zu gewinnen, sind bisher erfolglos geblieben. Frisches Brot enthält noch immer 0,3 und altes noch 0,1 Prozent Alkohol. Durch dieses Treiben vor dem Backen, das bei einer Temperatur zwischen 250 und 300°C vorgenommen wird, wobei nur die Rinde 150–180° warm wird und eine oberflächliche Karamelbildung erfährt, wird das Brot leichter zerkaubar, bietet den Verdauungssäften eine größere Oberfläche zum Angriffe dar und wird infolgedessen auch besser im Darme ausgenutzt als das feste, kleisterartige Nahrungsmittel, das früher vor der Erfindung des Treibens als Brot gegessen wurde.

Der Verlauf der Vorgänge im Innern des Brotes ist beim Backen ungefähr folgender: Bei der zunächst noch immer andauernden Gärung bildet sich bis 42°C. Kohlensäure, welche den Teig auftreibt; dann stirbt die Hefe ab. Etwas längere Zeit bleiben die Bakterien am Leben; aber auch die widerstandsfähigsten derselben, die Milchsäurebakterien, stellen noch vor 75° ihre Tätigkeit ein und gehen bald zugrunde. Alle krankmachenden Bakterien werden nach den Untersuchungen Ballands während des Backens getötet, während der das Schleimigwerden des Brotes bewirkende Bacillus mesentericus vulgaris auch die Backtemperatur überdauert. Durch die Backhitze verliert der Kleber seine Elastizität und die Fähigkeit zu quellen und gibt dadurch dem Brot seine feste Gestalt. Die Stärkekörnchen quellen in der heißen Flüssigkeit, verkleistern dann und bilden lösliche Stärke. Dies ist ungemein wichtig, da die Verdaulichkeit derselben eine ungleich größere ist, als die der rohen Stärke. Ein Teil der Stärke geht bei der Hitze in Dextrin beziehungsweise Gummi über, besonders in der Rinde. Einen diätetisch wichtigen Vorgang beim Backen bildet das Abtöten der Gärungserreger. Würde dies nicht geschehen, so würden sie auch nach Entfernung des Brotes aus dem Ofen ihre Tätigkeit fortsetzen, das Gebäck weiter verändern und selbst nach dessen Genuß im Verdauungskanal des Menschen Gärungserscheinungen hervorrufen.