Produkcja pieczywa na Uniwersytecie ITMO. Źródło:Uniwersytet ITMO
Naukowcy z Wydziału Biotechnologii i Systemów Kriogenicznych Uniwersytetu ITMO aktywnie koncentrują się na tym, aby codzienna żywność była lepsza, bezpieczniejsza i bardziej dostępna. Zastępując tylko jeden składnik w recepturze chleba, naukowcom udało się uczynić ten produkt bardziej odpornym na drobnoustroje, które powodują jego psucie się. Teraz eksperymentują z zastąpieniem tego samego składnika w piwie. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, napój będzie słabszy i nabierze właściwości probiotycznych. ITMO.NEWS skontaktowało się z naukowcami, aby dowiedzieć się, w jaki sposób właściwości piwa zależą od drożdży, a także w jaki sposób chleb może paść ofiarą psucia się liny.
Każdy, kto kiedykolwiek ugotował nawet pojedyncze danie, wie, że zastąpienie jednego składnika może prowadzić do znacznych zmian w jego smaku, kolorze i innych cechach. Jest to szczególnie istotne w przypadku produktów wykonanych z niewielkiej liczby składników.
W jaki sposób współczesna nauka może pomóc w wypieku lub warzeniu chleba? Ludzie od tysiącleci piekły chleb i warzyli piwo i wydawałoby się, że niezwykle trudno byłoby odkryć coś fundamentalnie nowego w tych dziedzinach. Ale tak nie jest:metody wytwarzania tych odwiecznych produktów są stale udoskonalane, aby były tańsze, bardziej stabilne pod względem przechowywania, a jednocześnie smaczniejsze.
Saccharomyces cerevisiae.
Jednym z najważniejszych składników chleba są drożdże – naturalny środek spulchniający, który nadaje pieczywu puszystą konsystencję i charakterystyczny aromat. Drożdże używane do pieczenia to Saccharomyces cerevisiae uprzejmy. Te same mikroorganizmy pomagają w fermentacji brzeczki, dzięki czemu powstaje piwo.
Elena Soboleva. Źródło:Elena Soboleva
A co by było, gdyby drożdże, zachowując te funkcje, mogły również nadać produktom nowe właściwości? Czy można wybrać taką odmianę drożdży, która zapobiegnie przedwczesnemu psuciu się chleba? Naukowcy z ITMO University zasugerowali, że pokrewna grupa mikroorganizmów – Saccharomyces cerevisiae var. boulardii – w rzeczywistości może być tym wielofunkcyjnym odpowiednikiem klasycznych drożdży piekarskich.
„Jest to tropikalny szczep drożdży odkryty przez francuskiego mikrobiologa Henri Boularda na początku lat dwudziestych” – wyjaśnia Elena Soboleva, profesor nadzwyczajny w School of School of Biotechnology and Cryogenic Systems. „Podczas swoich podróży po kontynentalnej Azji Południowo-Wschodniej studiował epidemię cholery i widział, że miejscowi częstują się owocami. Później, po dokładniejszym zbadaniu sprawy, odkrył, że chodzi nie tyle o owoce, ile o mikroorganizmy żyjące na ich powierzchni. To doprowadziło go do zidentyfikowania nieznanego wcześniej gatunku drożdży, który nazwał Saccharomyces boulardii i opatentował jako lek na biegunkę”.
Jednak wraz z rozwojem analiz filogenetycznych odkryto, że Saccharomyces boulardii jest odmianą gatunku Saccharomyces cerevisiae .
Dzisiaj ten rodzaj drożdży jest używany jako probiotyk do przywracania mikrobiomu jelitowego. Co więcej, według naukowców, ostatnie badania wykazały, że drożdże te mają właściwości przeciwutleniające i pozwalają organizmowi lepiej przyswajać przydatne mikroelementy i witaminy z grupy B.
Samoleczący chleb
Jednym z problemów napotykanych przez piekarzy jest tak zwana, wywoływana przez Bacillus licheniformis i Bacillus subtilis rodzaje bakterii. Te mikroorganizmy mogą dostać się do nasion z gleby i bez przeszkód przedostać się do chleba. Bardzo trudno jest wykryć te przetrwalniki bakterii nawet przy najbardziej dokładnej kontroli jakości.
„Czasami można usłyszeć opinię, że pieczenie w piekarniku sprawia, że chleb staje się sterylny, ale w rzeczywistości tak nie jest” – mówi Elena Soboleva. „Na przykład, podczas gdy komórki wegetatywne pałeczek liny obumierają podczas pieczenia, zarodnikom udaje się przetrwać obróbkę cieplną. Same w sobie są w dużej mierze nieszkodliwe, ale w pewnych warunkach (na przykład przy wysokiej wilgotności i temperaturze) chleb może rozwinąć tak zwaną chorobę liny. Chleb zaczyna wydzielać nieprzyjemny owocowy zapach podobny do zapachu gnijącego melona, aw miarę postępu choroby miękisz chleba staje się lepki i rozciągliwy. Oczywiście takiego chleba nie można jeść”.
Istnieje wiele metod zapobiegania rozwojowi choroby liny – od chemicznych po fizyczne i biologiczne. Na przykład pałeczki liny nie tolerują środowisk kwaśnych, dlatego kultury starterowe są szeroko stosowane w produkcji pieczywa. Odkryto jednak, że Saccharomyces boulardii drożdże mogą być również używane do ochrony chleba przed Bacillus licheniformis zarodniki.
Wpływ szczepu drożdży na rozwój psucia się liny po zastosowaniu:S. cerevisiae po lewej, S. cerevisiae var. boulardii po prawej stronie. Źródło:Artem Morozow
Badania wykazały, że wykazują one działanie antagonistyczne wobec B. napisy i B. liszajowate bakterie i mają działanie bakteriostatyczne na patogeny choroby liny.
„Te drożdże są w stanie wytwarzać substancje antybiotyczne, które hamują aktywność zarodników pałeczek sznurkowych, a wszystko to działa jak zwykłe drożdże”, wskazuje Elena Soboleva. „Przeprowadziliśmy kilka eksperymentów z wykorzystaniem różnych technologii produkcji pieczywa. Aby zapewnić rozwój choroby liny, po wypieku chleba stworzono sprzyjające warunki – wilgotne i ciepłe środowisko. Stosowanie drożdży pozwala nam spowolnić rozwój choroby do trzech dni, co jest istotne w przypadku takiego produktu.”
Piwo probiotyczne
Ale eksperymenty naukowców nie zakończyły się na chlebie. Jeśli Saccharomyces boulardii jest stosowany jako probiotyk, dlaczego nie nadać tej właściwości piwu?
Laboratorium doświadczalne do produkcji napojów fermentowanych. Źródło:Uniwersytet ITMO
Uniwersytet ITMO posiada laboratorium eksperymentalne zajmujące się produkcją napojów fermentowanych. To tutaj opracowywane i realizowane są plany stworzenia niefiltrowanego piwa z wykorzystaniem tych drożdży.
„Oczekujemy, że piwo nabierze właściwości probiotycznych i przeciwutleniających; co więcej, rozwój drożdży S. boulardii pozwoli nam produkować piwo z niższą zawartością etanolu” – mówi Artem Morozov, doktorant na Wydziale Biotechnologii i Inżynierii Żywności.
Prace mają rozpocząć się po zniesieniu ograniczeń związanych z pandemią COVID-19.
Podstawowy aspekt pracy
Jednak prace nad możliwymi zastosowaniami Saccharomyces boulardii w przemyśle spożywczym to tylko jeden z wielu etapów. Aby te badania mogły zostać wprowadzone na rynek, konieczne jest nie tylko wykazanie zalet stosowania tego szczepu drożdży, ale także zaproponowanie skutecznego sposobu ich uprawy.
Dostawy do napojów fermentowanych. Źródło:Uniwersytet ITMO
Wynika to z faktu, że jedną ze szczególnych cech Saccharomyces boulardii metabolizm to optymalna temperatura wzrostu 37°C, a także odporność na niską kwasowość (pH 3,2-4). Dla klasycznych drożdży piekarskich wartości te wynoszą odpowiednio około 30°C i pH 4-6. Naukowcy pracują obecnie nad stworzeniem optymalnych warunków, które będą sprzyjać produkcji maksymalnej ilości drożdży przy minimalnych kosztach.
