Kiedy miliony ludzi zamknęły się w czasie pandemii, zaczęły szukać nowych domowych zainteresowań, które pomogą im wyleczyć nudę. Wśród nich było wypiekanie chleba na zakwasie. Oprócz tego, że jest zrównoważony ze względu na wykorzystanie naturalnych składników i tradycyjnych metod, które sięgają tysięcy lat wstecz do starożytnego Egiptu, jest również ceniony ze względu na korzyści odżywcze. Na przykład badania wykazały, że zakwas zawiera więcej witamin, minerałów i przeciwutleniaczy w porównaniu do wielu innych rodzajów chleba. Dla osób z łagodną wrażliwością na gluten chleb na zakwasie może być łatwiejszy do strawienia, ponieważ duża część glutenu ulega rozkładowi podczas procesu fermentacji. Co więcej, wiele gatunków bakterii kwasu mlekowego, które są podstawą zakwasu, uważa się za probiotyki, powiązane z poprawą zdrowia przewodu pokarmowego.
Profil smakowy powstawał latami
Proces wypieku chleba na zakwasie rozpoczyna się od zakwasu. Te startery powstają, gdy drobnoustroje – zbiorowiska bakterii i drożdży – stabilizują się w mieszaninie mąki i wody. Ta społeczność dzikich drożdży i bakterii, znana jako mikrobiom, sprawia, że chleb na zakwasie rośnie i wpływa na jego smak i konsystencję. Zakwas różni się od większości chleba tym, że zamiast torebek drożdży piekarskich, pomaga mu wyrosnąć, ten starter z dzikich drobnoustrojów.
Wiele zakwasów jest konserwowanych przez pokolenia, a niektóre próbki pochodzą sprzed tysięcy lat. Aby zachować zakwas, należy pobrać próbkę poprzedniego ciasta i wymieszać ją z nową mąką i wodą. Przy wystarczającej liczbie transferów zakwasu społeczność drobnoustrojów będzie składać się z drożdży, bakterii kwasu mlekowego (LAB) i bakterii kwasu octowego (AAB), które są najlepiej przystosowane do środowiska zakwasu. Tym, co sprawia, że różne zakwasy są wyjątkowe, są różne szczepy drożdży i bakterii, które nadają charakterystyczny kwaśny smak.
Testowanie różnorodności genetycznej
Postępy w technologii sekwencjonowania umożliwiły naukowcom szybkie profilowanie społeczności drobnoustrojów, takich jak mikrobiom zakwasu. Na Uniwersytecie Syracuse członkowie laboratorium profesor biologii Angeli Oliverio badali bakterie kwasu octowego, aby określić, w jaki sposób różnorodność genetyczna AAB wpływa na społeczności zamieszkujące zakwas.
Podczas gdy poprzednie badania skupiały się bardziej na bakteriach kwasu mlekowego i drożdżach, ekologia, różnorodność genomowa i funkcjonalny udział AAB w zakwasie pozostają w dużej mierze nieznane. Beryl Rappaport, doktorantka studentka w grupie Oliverio, niedawno prowadziła artykuł opublikowany w mSystems, czasopiśmie Amerykańskiego Towarzystwa Mikrobiologii, w którym ona i inni naukowcy zajmujący się zakwasem, w tym Oliverio, Nimshika Senewiratne z laboratorium Oliverio, profesor biologii SU Sarah Lucas i profesor Ben Wolfe z Tufts University zsekwencjonował 29 genomów AAB ze zbioru ponad 500 zakwasów i skonstruował syntetyczne społeczności starterów w laboratorium, aby określić, w jaki sposób AAB kształtują pojawiające się właściwości zakwasu. Prace zespołu zostały wsparte grantem National Science Foundation przyznanym Oliverio na początku tego roku.
„Chociaż nie są tak powszechne w zakwasie jak bakterie kwasu mlekowego, bakterie kwasu octowego są lepiej znane ze swojej dominującej roli w innych sfermentowanych produktach spożywczych, takich jak ocet i kombucha” – mówi Rappaport. „W tym badaniu byliśmy zainteresowani kontynuacją wcześniejszych ustaleń, z których wynikało, że AAB obecny w zakwasie wydaje się mieć silny wpływ na kluczowe właściwości, w tym profil zapachowy i produkcję metabolitów, które kształtują ogólne tworzenie smaku”.
Aby ocenić wpływ AAB na powstającą funkcję mikrobiomów starterowych na zakwasie, ich zespół przetestował 10 szczepów AAB, niektóre daleko spokrewnione, a niektóre bardzo blisko spokrewnione. Przeprowadzili eksperymenty manipulacyjne z tymi 10 szczepami, dodając każdy z nich do społeczności drożdży i LAB. Utrzymywali oddzielną społeczność składającą się tylko z drożdży i LAB, aby służyć jako kontrola.
„Ponieważ możemy manipulować tym, jakie drobnoustroje i w jakim stężeniu trafiają do zbiorowisk syntetycznego zakwasu, mogliśmy zobaczyć bezpośrednie skutki dodania każdego szczepu AAB do zakwasu” – mówi Rappaport. „Tak jak się spodziewaliśmy, każdy szczep AAB obniżył pH syntetycznego zakwasu (co wiązało się ze wzrostem kwasowości), gdyż uwalniał kwas octowy i inne kwasy jako produkty uboczne swoich procesów metabolicznych. Nieoczekiwanie jednak bliżej spokrewnione AAB nie uwalniały W rzeczywistości istniało duże zróżnicowanie metabolitów, wiele z nich było związanych z tworzeniem smaku, nawet między szczepami tego samego gatunku.
Według Rappaporta różnorodność szczepów jest często pomijana w społecznościach drobnoustrojów, po części dlatego, że trudno jest zidentyfikować poziomy różnorodności i manipulować nimi ze względu na ogrom mikroorganizmów w danej społeczności. Sam biom jelit człowieka może zamieszkiwać około 100 bilionów bakterii! Przybliżając różnorodność wśród bliższych krewnych w laboratorium, badacze mogą zacząć rozumieć kluczowe interakcje w mikrobiomach.
Nowe źródło startowe
Jej odkrycia wskazują, że jeśli chodzi o pieczenie, wyznaczają producentom chleba nowy kierunek kształtowania smaku i tekstury zakwasu.
„Ponieważ firma AAB niezawodnie zakwasiła zakwasy, z którymi pracowaliśmy, i wypuściła szeroką gamę związków smakowych, piekarze, którzy chcą, aby ich zakwas był bardziej kwaśny lub aby stworzyć nowe smaki, mogą spróbować pozyskać zakwas z AAB lub spróbować samodzielnie przejąć AAB” – mówi Rappaport . „Mamy nadzieję, że to badanie pomoże rzucić światło na różnorodność drobnoustrojów występujących w zakwasie i ich ważną rolę funkcjonalną”.
Ich badania mogą mieć również wpływ na korzyści zdrowotne chleba na zakwasie.
Podczas procesu fermentacji AAB wytwarza kwas octowy, który znacząco pomaga w rozkładaniu glutenu i węglowodanów złożonych, poprawiając strawność zakwasu. Badając różnorodność genetyczną AAB i jej wpływ na produkcję kwasu octowego, badacze mogą opracować szczepy, które optymalizują ten proces.
Szerszy wpływ
Zespół wykorzystuje zakwas przede wszystkim jako system modelowy, ponieważ mikrobiom zakwasu jest stosunkowo łatwy w hodowli i wykorzystywaniu do powtarzalnych eksperymentów w laboratorium. Ale ich wyniki wykraczają daleko poza pieczenie.
„Nasze odkrycia będą istotne dla osób zainteresowanych bardziej złożonymi społecznościami drobnoustrojów, takimi jak ludzkie jelita czy gleba” – mówi Rappaport. Dzieje się tak dlatego, że systemu zakwasu można używać do zadawania pytań dotyczących ekologii i ewolucji, które w przypadku bardziej złożonych systemów byłyby trudniejsze.
Jeśli chodzi o ludzkie jelita, społeczności drobnoustrojów mogą pomóc w budowaniu odporności na infekcje i poprawie efektywności rozkładania złożonych węglowodanów, błonnika, białek i tłuszczów. W przypadku gleby drobnoustroje pomagają rozkładać materię organiczną i utrzymywać ogólną stabilność ekosystemu glebowego. Istnieje jednak wiele niewiadomych dotyczących wpływu wielu poziomów różnorodności genetycznej na te procesy.
Dostrzegając, w jaki sposób różnorodność szczepów może mieć wpływ na mikrobiom w całej społeczności, spostrzeżenia zespołu mogą przynieść daleko idące korzyści dla zdrowia ludzkiego, dobrego samopoczucia i zrównoważenia środowiskowego.
