Tillverkning av bröd vid ITMO University. Kredit:ITMO University
Forskare från ITMO Universitys School of Biotechnology and Cryogenic Systems fokuserar aktivt på att göra vardagsmaten bättre, säkrare och mer tillgänglig. Genom att bara ersätta en ingrediens i en brödformulering lyckades forskarna göra denna produkt mer motståndskraftig mot mikroorganismer som gör att den förstörs. Nu experimenterar de med att ersätta samma ingrediens i öl. Om detta går bra blir drycken mindre stark och får probiotiska egenskaper. ITMO.NEWS kontaktade forskarna för att ta reda på hur ölets egenskaper beror på jäst, och även hur bröd kan bli offer för repförstöring.
Alla som någonsin har lagat ens en enda maträtt vet att om man ersätter en ingrediens kan det leda till betydande förändringar i dess smak, färg och andra egenskaper. Detta är särskilt relevant för produkter tillverkade av ett litet antal ingredienser.
Hur kan modern vetenskap hjälpa brödtillverkning eller bryggning? Människor har bakat bröd och bryggt öl i årtusenden, och det verkar som att det skulle vara extremt svårt att upptäcka något fundamentalt nytt inom dessa områden. Men så är det inte:metoderna för att göra dessa urgamla produkter fulländas hela tiden för att göra dem billigare, stabilare när det gäller lagring och samtidigt godare.
Saccharomyces cerevisiae.
En av de viktigaste komponenterna i bröd är jäst – ett naturligt jäsmedel som ger brödet dess fluffiga konsistens och distinkta arom. Jästen som används vid bakning är av Saccharomyces cerevisiae snäll. Samma mikroorganismer är det som hjälper vörten att jäsa och gör den till öl.
Elena Soboleva. Kredit:Elena Soboleva
Men tänk om jäst, samtidigt som de behåller dessa funktioner, också skulle kunna ge produkterna nya egenskaper? Är det möjligt att välja en jäststam som förhindrar att bröd förstörs i förtid? ITMO University-forskare har föreslagit att en besläktad grupp av mikroorganismer – Saccharomyces cerevisiae var. boulardii – kan faktiskt vara denna multifunktionella analog till den klassiska bagerijästen.
"Det här är en tropisk jäststam som upptäcktes av den franske mikrobiologen Henri Boulard i början av 1920-talet", förklarar Elena Soboleva, docent vid School of School of Biotechnology and Cryogenic Systems. "Under sina resor över Sydostasiens fastland studerade han koleraepidemin och såg att lokalbefolkningen skulle unna sig frukt. Senare, efter att ha undersökt saken mer i detalj, upptäckte han att det inte handlade så mycket om frukter som om mikroorganismer som levde på deras yta. Detta fick honom att identifiera en tidigare okänd jästart, som han kallade Saccharomyces boulardii och patenterade som ett botemedel mot diarré."
Men med utvecklingen av fylogenetiska analyser fann man att Saccharomyces boulardii är en variant av arten Saccharomyces cerevisiae .
Idag används denna typ av jäst som ett probiotikum för att återställa tarmmikrobiomet. Dessutom, enligt forskarna, har ny forskning visat att denna jäst har antioxidantegenskaper och tillåter kroppen att bättre absorbera användbara mikroelement och B-vitaminer.
Självläkande bröd
Ett av problemen som bagare stöter på är den så kallade, orsakad av Bacillus licheniformis och Bacillus subtilis typer av bakterier. Dessa mikroorganismer kan ta sig in i frön från jorden och ta sig obehindrat in i bröd. Det är mycket svårt att upptäcka dessa bakteriesporer även under den mest noggranna kvalitetskontrollen.
"Ibland kan man höra åsikten att bakning i ugnen gör bröd sterilt, men i verkligheten är det inte så", säger Elena Soboleva. "Till exempel, medan de vegetativa cellerna i repbacillerna dör under gräddning, klarar sporer att överleva värmebehandling. På egen hand är de i stort sett ofarliga, men under vissa förhållanden (till exempel under hög luftfuktighet och temperatur) kan bröd utveckla den så kallade repsjukan. Brödet börjar avge en obehaglig fruktig doft som liknar doften av ruttnande melon, och när sjukdomen fortskrider blir brödsmulan klibbig och stretchig. Naturligtvis kan sådant bröd inte ätas.”
Det finns många metoder för att förhindra att repsjukan utvecklas – allt från kemiska till fysiska och biologiska. Till exempel tål repbacillerna inte sura miljöer, varför startkulturer används i stor utsträckning i brödtillverkningen. Det upptäcktes dock att Saccharomyces boulardii jäst kan också användas för att skydda bröd från Bacillus licheniformis sporer.
Effekten av jäststammen på utvecklingen av repförstöring vid applicering:S. cerevisiae till vänster, S. cerevisiae var. boulardii till höger. Kredit:Artyom Morozov
Undersökningen visade att dessa visar antagonistisk aktivitet mot B. subtilis och B. licheniformis bakterier och har en bakteriostatisk effekt på repsjukdomspatogener.
"Denna jäst kan producera antibiotiska ämnen som hämmar aktiviteten hos sporer av repbaciller, samtidigt som den fungerar som vanlig jäst", påpekar Elena Soboleva. "Vi har genomfört flera experiment med olika brödproduktionstekniker. För att garantera utvecklingen av repsjukan skapades gynnsamma förhållanden – fuktig och varm miljö – efter att brödet hade bakats. Genom att använda jäst kan vi bromsa utvecklingen av sjukdomen upp till tre dagar, vilket är viktigt för en sådan produkt.”
Probiotisk öl
Men forskarnas experiment stannade inte på bröd. Om Saccharomyces boulardii används som ett probiotikum, varför inte ge öl denna egenskap?
Experimentellt laboratorium för framställning av fermenterade drycker. Kredit:ITMO University
ITMO University har ett experimentellt laboratorium för tillverkning av fermenterade drycker. Det är här som planerna för att skapa ofiltrerat öl med denna jäst utvecklas och implementeras.
“Vi förväntar oss att ölet ska få probiotiska och antioxidantegenskaper; dessutom kommer utvecklingen av S. boulardii-jästen att göra det möjligt för oss att producera öl med lägre etanolhalt”, säger Artyom Morozov, doktorand vid fakulteten för livsmedelsbioteknik och teknik.
Arbetena är planerade att starta efter att restriktionerna i samband med covid-19-pandemin har hävts.
Fundamental aspekt av arbetet
Men arbetet med möjliga tillämpningar av Saccharomyces boulardii i livsmedelsindustrin är bara ett av många stadier. För att denna forskning ska introduceras på marknaden är det nödvändigt att inte bara visa fördelarna med att använda denna jäststam, utan också föreslå ett effektivt sätt för deras odling.
Tillbehör för jästa drycker. Kredit:ITMO University
Detta beror på det faktum att en av de speciella egenskaperna hos Saccharomyces boulardii metabolism är den optimala tillväxttemperaturen på 37°C, samt motståndskraft mot låg surhet (pH 3,2-4). För den klassiska bagerijästen uppgår dessa värden till cirka 30°C respektive pH 4-6. Forskarna arbetar för närvarande med att skapa optimala förhållanden som gynnar produktionen av den maximala mängden jäst med minimala kostnader.
