Исследование микрофлоры спонтанных заквасок для хлебопекарного производства из географически отдаленных мест

Материал из Wiki о Хлебе
Перейти к навигации Перейти к поиску

Авторы[править | править код]

Локачук М.Н.1

Павловская Е.Н.1

Савкина О.А.1, канд. техн. наук,

Хлесткин В.К.2,3, канд. Хим. наук

1 Санкт-Петербургский филиал ФГАНУ НИИХП

2 Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения сельскохозяйственных животных

3 ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН

Ключевые слова[править | править код]

молочнокислые бактерии, ржаная густая закваска, хлеб, качество

Реферат[править | править код]

Закваска для хлебопекарного производства представляет собой сложную биологическую экосистему, содержащую в доминирующем количестве разные виды дрожжей и молочнокислых бактерий. Микробный состав заквасок зависит от микрофлоры сырья, окружающей среды и оборудования, а также от параметров и режимов ведения заквасок. Целью данного исследования являлось изучение и сравнение микрофлоры спонтанных заквасок для хлебопекарного производства, отобранных в экспедициях в отдаленные места Северо-Западного региона РФ. Объектами исследования служили 7 образцов спонтанных заквасок. Работа проводилась в Санкт-Петербургском филиале ФГАНУ НИИ хлебопекарной промышленности и в Центре коллективного пользования ФГБНУ ВНИИСХМ. В заквасках определяли таксономический состав грибного и бактериального сообщества. Получены данные по разнообразию и соотношению различных групп микроорганизмов спонтанных заквасок из географически отдаленных мест Северо-Западного региона РФ. Установлено, что доминирующей микрофлорой спонтанных заквасок являлись дрожжи из семейства Saccharomycetaceae и молочнокислые бактерии не только широко известного в отечественном хлебопечении рода Lactobacillus, но также родов Weissella и Pediococcus. Исследования проводились в рамках гранта РФФИ №19-016-00085 «Исследование видового разнообразия и симбиотических взаимодействий в микробиомах крахмало-белковых гидроколлоидных систем (хлебных заквасок)».

Статья[править | править код]

Введение. Согласно ГОСТ 32677-2014 закваска — это полуфабрикат хлебопекарного производства, полученный сбраживанием питательной смеси молочнокислыми бактериями и/или хлебопекарными дрожжами, а также другими микроорганизмами, применяемыми в хлебопекарной промышленности. Традиционные домашние и монастырские закваски представляют собой полуфабрикат, полученный в результате формирования спонтанной бродильной микрофлоры, которая развивается из микрофлоры сырья, используемого при выведении закваски - муки, зерновых продуктов, хмеля, пророщенного зерна, воды и др. Спонтанные закваски ведутся в некоторых хозяйствах в течение многих лет, что делает возможным стабилизацию и естественный отбор представителей микрофлоры. Сохранение активности закваски обеспечивается за счет постоянных освежений закваски питательной смесью из муки и воды (и иногда заварки).

Закваски для хлебопекарного производства представляют собой сложные биологические экосистемы, в которых дрожжи и, особенно, молочнокислые бактерии в значительной степени определяют их биотехнологические и органолептические свойства. Известно, что в зрелых заквасках хорошего качества доминируют гомо- и гетеро ферментативные виды молочнокислых бактерий, среди которых преобладают представители рода Lactobacillus [1]. За рубежом описаны более 50 различных видов молочнокислых бактерий из заквасок различного происхождения, однако, несмотря на большое разнообразие идентифицированных видов, зрелые закваски обычно содержат только два или три доминирующих вида, из которых наиболее часто в пшеничных заквасках встречаются виды Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentun, Lactobacillus plantarum, а в ржаных – Lactobacillus sanfranciscensis и Lactobacillus acidophilus. Состав молочнокислых бактерий в закваске может несколько меняться в зависимости от устойчивости штаммов и экологических факторов [1, 2, 3]. В зрелой закваске содержится 107 -1010 КОЕ/г молочнокислых бактерий, при этом количество дрожжей, как правило, на порядок ниже.

Группа молочнокислых бактерий объединяет представителей различных таксономических групп, относящихся к порядку Lactobacillales, на основании главного признака — способности образовывать молочную кислоту в качестве конечного метаболита. Сравнительные исследования многочисленных заквасок, проведенные за рубежом, показали, что среди молочнокислых бактерий могут содержаться виды, принадлежащие к родам Enterococcus, Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus, Weissella. Помимо образования молочной кислоты выделяют следующие общие признаки представителей группы молочнокислых бактерий: как правило, это грамположительные палочки или кокки, не образующие спор, неподвижные, каталазоотрицательные (или образующие псевдокаталазу), лишенные цитохромов, кислототолерантные, требовательные к источникам питания [1, 2, 3].

Среди дрожжей чаще всего встречаются виды Candida crusei, Candida milleri, Kazachstania exigua, Pichia norvegensis, Saccharomyces cerevisiae, Torulaspora delbrueckii, и Wickerhamomyces anomalus (ранее Pichia anomala) [3, 4].

Микробный состав заквасок для хлебопекарного производства зависит от целого ряда факторов: микрофлоры сырья, окружающей среды и оборудования, а также от технологии и условий ведения заквасок (температура и продолжительность брожения, количество вносимого питания, влажность), но в целом они являются устойчивыми экосистемами, содержащими в доминирующих количествах дрожжи и молочнокислые бактерии, и в незначительном количестве – все остальные группы микроорганизмов, характерные для муки. При изменении условий среды, например, влажности, соотношение дрожжи: молочнокислые бактерии может меняться. Может также происходить замена одних видов на другие, но в целом система остается стабильной в плане доминирования именно бродильной микрофлоры. Эта стабильность может быть связана со специфическими метаболическими адаптациями микроорганизмов к условиям экосистемы закваски или продуцированием противомикробных соединений (в том числе органических кислоти спирта), подавляющих развитие посторонней микрофлоры. Кроме того, некоторые виды молочнокислых бактерий образуют стабильные ассоциации с определенными видами дрожжей, благодаря трофическим и метаболическим взаимодействиям. Например, дрожжи вида Candida humilis не ассимилируют мальтозу, поэтому не являются конкурентами молочнокислым бактериям, ее ассимилирующим, что создает благоприятные условия для совместного развития [5, 6].

Информация о составе и стабильности заквасок для хлебопекарного производства, используемых в географически отдаленных местах Северо-Западного региона Российской Федерации, ограничена. При этом микрофлора отечественного сырья, в частности муки, может значительно варьировать из-за географических и климатических различий и, безусловно, отличаться от микрофлоры импортной муки, изученной в работах зарубежных ученых. Кроме того, органолептические и качественные показатели заквасок могут значительно варьировать в силу различий в традициях и национальных особенностях приготовления закваски и выпечки хлеба в разных регионах. В связи с этим микробиота заквасок, выведенных без стартовых культур, поддерживаемых в обособленных сообществах (удаленных поселениях, монастырях), может представлять интерес как с точки зрения микробиологии, так и с точки зрения изучения взаимосвязи особой микрофлоры заквасок с потребительскими свойствами хлеба.

Целью данной работы являлось изучение и сравнение микрофлоры спонтанных заквасок для хлебопекарного производства, отобранных входе экспедиций в географически отдаленные места Северо-Западного региона России. Спонтанные закваски могут являться источником новых сочетаний микроорганизмов, представляющих практических интерес для хлебопечения.

Объектами исследования служили 7 образцов спонтанных заквасок для хлебопекарного производства.

Исследования проводились в рамках гранта РФФИ №19-016-00085 «Исследование видового разнообразия и симбиотических взаимодействий в микробиомах крахмало-белковых гидроколлоидных систем (хлебных заквасок)». Работа проводилась в Санкт-Петербургском филиале ФГАНУ НИИ хлебопекарной промышленности ив ЦКП «Геномные технологии, протеомика и клеточная биология» ФГБНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии».

Методы исследования. В каждом образце был определен таксономический состав грибного и бактериального сообщества на основании анализа ампликонных библиотек фрагментов рибосомальных оперонов. Таксономический анализ грибного сообщества определяли на основании анализа ампликонных библиотек фрагментов рибосомальных оперонов грибов (ITS2), полученных методом ПЦР с использованием ITS1F/ITS2 праймеров (GСАТСGАТGААGААСGСАGС/ ТССТССGСТТАТТGАТАТGС). Таксономический анализ бактериального сообщества проводили с универсальными праймерами F515/F806 на вариабельный участок гена 16SpP-HKv3-v4 (GТGССАGСМGССGСGGТАА / GGАСТАСVSGGGТАТСТААТ), специфичными для широкого круга микроорганизмов, включая бактерии и археи.

В результате исследования бактериальной микрофлоры заквасок установлено (рисунок 1), что во всех заквасках, за исключением №1, доминировали представители Firmicutes - молочно-кислые бактерии рода Lactobacillus, их содержание составляло до 85% от общего числа бактерий. В закваске №1 преобладающей микрофлорой являлись молочнокислые бактерии рода Weissella (около 80%). Филогенетически Weissella принадлежат к семейству Leuconostocaceae. Они имеют форму коротких палочек или коккобацилл в парах и цепочках. Являются облигатно гетероферментативными, то есть продуцируют молочную, уксусную кислоты и СО, в качестве основных конечных продуктов метаболизма [7, 8].

Рис.1. Видовое разнообразие бактериальной микрофлоры


В закваске №6 обнаружены молочнокислые бактерии рода Pediococcus (до 17%). Pediococcus - это род неспорообразующих грамположительных гомоферментативных молочнокислых бактерий, относящихся к семейству Lactobacillaceae, представляют собой располагающиеся парами или тетрадами кокки [8].

В заквасках №5, 6 были выявлены уксуснокислые бактерии рода Acetobacter (до 42%), которые не являются характерным видом заквасок для хлебопекарного производства. Acetobacter — род грамотрицательных аэробных каталазjположительных бактерий из семейства Acetobacteraceae. Клетки от эллипсоидных до палочковидных, прямые или слегка изогнутые, размером 0,6—0,8 х 1,0—4,0 мкм, одиночные, в парах или цепочках. Основное отличие — окисляют этанол до уксусной кислоты, а ацетат и лактат— до СО, и Н2О. Присутствие их в заквасках для хлебопекарного производства обусловливает выраженный уксусный запах [8].

В заквасках №3, 4, 6 и 7 в незначительном количестве (не более 2%) были обнаружены бактерии обширного семейства Enterobacteriaceae. Энтеробактерии также способствуют синтезу органических кислот и выживают в закваске благодаря определенной толерантности к кислотному стрессу [8].

Также в заквасках обнаружена ДНК, которая по базе данных геномных последовательностей 16S рРНК RDP (The Ribosomal Database) может быть отнесена к роду бактерий Paucibacter, представителей Proteobacteria. Однако согласно одной из наиболее полных общедоступных баз данных геномных последовательностей GenBank это может быть ДНК зерна злаков.

В результате исследования грибной микрофлоры заквасок, установлено (рисунок 2), что в заквасках доминировали дрожжи сахаромицеты. В закваске №3 обнаружены дрожжи рода Kazachstania, относящегося к семейству Saccharomycetaceae. Исследования, проводимые в последние десятилетия, привели к тому, что в род и кладу Kazachstania, вошли виды дрожжей, которые ранее принадлежали к роду сахаромицетов. Кроме того, было показано, что дрожжи Candida milleri и Candida humilis, характерные для заквасок, относятся к кладе Kazachstania [9].

Рис. 2. Видовое разнообразие грибной микрофлоры заквасок


В образцах заквасок №3 - №7 обнаружены плесневые грибы рода Alternaria (до 16%), которые встречаются на свежем хранящемся зерне. Так же обнаружены в незначительном количестве (не более 3%) грибы дотидеомицеты (Dothideomycetes) порядки Capnodiales, Pleosporales, Dothideales, являющиеся посторонней, не бродильной микрофлорой, источником которых могла быть мука или окружающая среда.

Таким образом, в результате исследований получены данные по разнообразию и соотношению различных групп микроорганизмов спонтанных заквасок. Установлено, что доминирующей микрофлорой спонтанных заквасок являлись молочнокислые бактерии не только широко известного в отечественном хлебопечении рода Lactobacilus, а также родов Weissella и Pediococcus‚ дрожжи из семейства Saccharomycetaceae.

Благодарность. Исследование проводилось при поддержке фонда РФФИ (проект №19-016-00085 «Исследование видового разнообразия и симбиотических взаимодействий в микробиомах крахмало-белковых гидроколлоидных систем (хлебных заквасок)»). Работа проводилась с использованием оборудования ЦКП «Геномные технологии, протеомика и клеточная биология» ФГБНУ ВНИИСХМ.

Литература[править | править код]

1.         Афанасьева, О. В. Микробиология хлебопекарного производства / О.В. Афанасьева; С. - Петер. Фил. Гос. НИИ хлебопекар. пром-ти (СПб ФГосниихп). - СПб.: Береста, 2003. – 220 c.

2.         Description of the micro ora of sourdoughs by culture-dependent and culture-independent methods/ L. lacumin, Cecchini, M.Manzano et al.//Food Microbiologi. - 2009. - № 226. - P. 128-135.

3.         Lactic Acid Bacterium and Yeast Microbiotas of 19 Sourdoughs Used for Traditional/ Typical Italian Breads: Interactions between Ingredients and Microbial Species Diversity/ F Minervini, R. Di Cagno, A. Lattanzi et al.//. Applied and Environmental Microbiology. - 2011. - № 278(4). - P 1251-1264.

4.         Occurrence and dominance of yeast species in sourdough / A. Pulvirenti, L. Solieri, M.Gullo et al.// Letters in Applied Microbiology. - № 238(2). - P. 113-117.

5.          Ecological parameters influencing microbial diversity and stability of traditional sourdough/ F.Minervini, M. De Angelis M, R.Di Cagno R et al.// International Journal Food Microbiology. - 2014. - № 2171. - 186-146.

6.         Mutually stimulating interactions between lactic acid bacteria and Saccharomyces cerevisiae in sourdough fermentation/ S. Sieuwerts, PA. Bron, E.J. Smid// Food Science and Technology. - 2018. - № 290 - P. 201-206.

7.         The genus Weissella: taxonomy, ecology and biotechnological potential/V. Fusco, G. M. Quero, G.-S. Cho et al.// Frontiers in Microbiology. - 2015. - № 86. doi:10.3389/fmicb.2015.00155.

8. Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology. Volume 3: The Firmicutes. - Vos, P. (et al.) - Springer-Verlag: NewYork, 2009. - 1450 p.

9. Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology. Volume 2: The Proteobacteria (Part C). - Ed. G. Garrity. - Springer-Verlag: NewYork, 2005. - 1388 p.

10. Kurtzman, C. P, Fell J.W., Boekhout. The Yeasts: a Taxonomic Study. 5th ed, Elsevier Scienc: USA, 2011. - 2080p.

Вложения

На этой странице еще нет вложений, но вы можете их добавить.