Fermenteringsvetenskap

Transkript

1 Fermenteringsvetenskap Klara Junker Levande Kultur 22 oktober 2016 Uddebo, Sverige

2 Vem är jag? Magister i Medicinsk Biologi (Linköpings Universitet) Malaria (Australien, London, Boston ) Bryggeriteknik (Ludvika) Doktorand i jäst och fermentering (Carlsberg Research Laboratory, Köpenhamn) Teori vs praktik

3 Vad vill jag? Stilla lite nyfikenhet Exempel på vad forskare kan studera inom fermentering Inspirera er att: Experimentera Ifrågasätta Fortsätta leta efter svar! Inte sälja Carlsberg ;)

4 Periodic Table of Fermented Foods Periodic table Provided by Prof M. Gaenzle

5 Fermentering - definition Fermentation is a form of energy-yielding microbial metabolism where an organic substrate, usually a carbohydrate, is incompletely oxidized (Adams 1990) Fermentering: The term fermentation is derived from the Latin word fermentum, meaning to (Mikroorganismers) boil. Prescott and Dunn (1957) förändring defined fermentation in a broad sense as av organiska ämnen/mat, med hjälp av enzymer a process in which chemical changes are brought about in an organic substrate, whether carbohydrate or protein or fat or some other type of organic material, through the action of biochemical catalysts known as enzymes elaborated by specific types of living microorganisms. Campbell-Platt (1987) defined fermented foods as those foods that have been subjected to the action of micro organisms or enzymes so that desirable biochemical changes cause significant modification in the food.

6 Bröd Vin Öl Bröd = Kolsyra Vin = Alkohol Öl = Kolsyra + Alkohol

7 Viktiga historiska upptäckter Leeuwenhoek Första mikroskopet Pasteur Mikroorganismer fermenterar! och orsakar sjukdom Pastörisering, C 15 sek Emil Chr. Hansen Isolerade enskilda jästsvampar 1881

8 Mikroorganismer vi gillar olika Jäst, mögel och bakterier Temperatur Salt (osmotisk stress) ph Socker Vattenhalt (torkad malt, honung) Tid (generationstid) Syre!

9 Enzymer Proteaser (proteiner à aminosyror) Amylaser (stärkelse à socker) Lipaser (fetter à fria fettsyror) Svårt att äta stora proteiner 1. Spottar ut enzymer som klipper sönder proteinerna I mindre bitar 2. Plockar in proteinbitarna i cellen 3. Klipper ner proteinbitarna till sina byggstenar, aminosyror, för att kunna göra nya proteiner Exempel: proteinet casein i mjölk (koagulerat i ost) Koagulerar inte av värme Finns få fria aminosyror i mjölk Proteaser från bakterier skapar fria aminosyror i mjölk genom att bryta ner proteinet casein.

10 Fermenterings microbiota Förr: Endast odlingstekniker för att identifiera mikroorganimser Inte alla mikroorganismer går att odla i labbet! Komplexa interaktioner mellan arter Idag: DNA-baserade studier Gener som särskiljer mikroorganismer Tekniken för DNA-analys har blivit mycket snabbare och billigare

11 Mögel Penicillium roqueforti Blåmögelost Aspergillus oryzae Koji möglat ris bryter ner stärkelse till sockerarter Domesticerat mögel stängt av generna för aflatoxiner Rhizopus oryzae och oligosporus Tempe Fusarium venenatum Quorn TM Kräver hög luftfuktiget och C Amylaser och proteaser!

12 Jäst encelligt mögel Saccharomyces cerevisiae Kan leva med/utan syre MED syre nya jästceller UTAN syre alkohol och kolsyra Fenomenal sockerförmåga 16 olika sockertransportörer Kan börja jäsa vid höga sockerhalter OCH jäsa ut när bara lite socker kvar Inte så bra på att konsumera stärkelse Toppen att mältat korn innehåller amylas (stärkelse sockerarter) Kan spotta ut massa olika enzymer Proteaser (proteiner aminosyror) Amylaser (stärkelse socker) Lipaser (fetter fria fettsyror)

13 Mjölksyrebakterier STOR grupp Lactobacillus Lactococcus Leuconostoc Oenococcus Pediococcus Streptococcus Tetragenococcus Weissella Etc

14 Mjölksyrebakterier (Lactic Acid Bacteria) Socker mjölksyra och andra syror Gram-positiva Extra tjock cellvägg Salt-tåliga Med/utan syre Tål, och skapar, sura miljöer Homo- eller Heterofermentativa (Fermenterar socker #?) Homoferm: 1 produkt (ex mjölksyra) Heteroferm: >1 produkt (ex alkohol, kolsyra & mjölksyra) Petiga i maten

15 Ättiksyrebakterier (Acetobacter) Acetobacter och Gluconobacter Måste ha (liiite) syre Etanol eller socker ättiksyra Skapar biofilm/pellicle av ffa cellulosa som gör att de kan flyta på ytan (tillgång på syre) Kan triggas av närvaron av andra mikrober Identiskt med cellulos från träd och bomull Exempel: Fukuyama kurozu (vinäger av svart ris): 1. Stäkelse socker (av Koji mägel) 2. Socker alkohol (av jäst) + mjölksyra (av LAB) 3. Alkohol ättikssyra (av ättiksyrebakterier)

16 Salt Water goes where water ain t Salt orsakar osmotisk stress Torkar ut! Gram-positiva bakterier pallar trycket Salt gör syre mindre tillgängligt Skapar krispighet Farligare att undersalta än att översalta!

17 Temperatur Generellt lägre temperatur = långsammare tillväxt Hög temperatur kan döda För köld-tåliga mikroorganismer är steriliserad mjölk mums ;)

18 Syre Giftigt!!! Reagerar med allt Kan orsaka skada Ger energi/atp Aeroba = behöver syre Antioxidanter Anaeroba = tål inte syre Förstör deras enzymer Faktultativa vs obligata

19 Förjäsbara sockerarter Mögel och vissa jästsorter kan bryta ner stärkelse till socker mha amylas Öl: amylas från mältat korn klipper ner stärkelse till socker Jäst är supereffektiva sockerkonsumenter Kan bli FÖR mycket socker

20 Koldioxid/Kolsyra När koldioxid bildas skapas en anaerob (syrefri) miljö Skyddar mot aeroba (syre-krävande) bakterier ex ättikssyrebakterier Koldioxid löst i vatten = kolsyra

21 Smörsyra (diacetyl) Luktar smör Vanligt förekommande vid ölbryggning Har antimikrobiella egenskaper mot: Listeria, Salmonella, E.coli etc Gram-negativa mer känsliga mot diacetyl än gram-positiva Krävs dock höga halter för att ge effekt Ger då även starka dofteffekter!

22 Mjölksyra och ättikssyra Organisk syror Sänker ph = Skapar en selektiv barriär mot non-acidophiles ( ickesyra-älskande ) Antimikrobiell effekt: kan störa cellmembran Människans näsa väldigt bra på att identifiera dessa syror, ffa ättikssyra!

23 Ex: Monokultur vs. multikultur Endast Lactobacillus plantarum: 1. Glukos mjölksyra 2. SEN Citronsyra ättikssyra och kolsyra 3. Surt! Både Lactobacillus plantarum och Saccaromyces cerevisiae 1. S. cerevisiae äter upp glukos före L. plantarum 2. Färre L. plantarum 3. L. plantarum citronsyra ättikssyra och kolsyra 4. Inte lika surt

24 Mältat korn C, 1h Gelatinisering α-amylas β-amylas

25 Humle Innehåller syror och essentiella oljor

26 Jäst O2 38 ATP O2 2 ATP + acetyl CoA + organic acid

27 Öl: Hur bildas smaker? och varför?

28 Öl: Hur bildas smaker? 1. Högre alkoholer: Mer komplexa än etanol smak till destillerade drycker (Finkelolja) 2. Organiska syror: SMÅ ättikssyra, citronsyra, äppelsyra och bärnstenssyra 3. Aldehyder & Ketoner: Molekyler "på väg" till alkoholer (Diacetyl smörsmak) 4. Estrar: Blommiga & fruktiga locka insekter? 5. Svavelföreningar: (kokt) kål, blomkål och vitlök - biprodukter 6. Terpener: Bildas av växter, kan frisätts av jäst 7. Laktoner: cykliska estrar, finns mest i fermentering av frukt, mejeriprodukter och kött. Bildas av att jästceller kortar ner fettsyror.

29 Kimchi välstudeat exempel

30 Kimchi: ph När det man fermenterar blir surare och surare, varför? Grafen visar ett samband mellan antal aktiva bakterier (cirklar) och ph (trianglar) i kimchi

31 Kimchi: metaboliter Metaboliter = Biprodukter vid konsumtion Fruktos ( )ê Glucose() èî Lactate (n) é Etanol (u) è

32 Kimchi: vilka bakterier är aktiva? Metatranscriptomic analysis Titta på vilka gener olika bakterier uttrycker (à vilka protein de tillverkar) Gener är unika, berättar vilken bakterie genen kommer från Se vilka bakterier som är aktiva. Hittar bara de man känner till/kan (se # others )

33 Kimchi: Chili Chili selekterar! utan chili: mest Leuconostoc & Lactobacillus med chili: mest Weissella UTAN Chili: VITT MED Chili: SVART Chili à långsammare start på fermentering UTAN Chili: MED Chili:

34 Kombucha Ättikssyrebakterier och jäst

35 Kefir Mjölksyrebakterier och jäst

36 Mikroskopi-bilder

37 Spadet av fermenterade kikärtor 100X

38 Mjölk- kefir- gryn 40X 40X 40X 100X

39 Kombucha spad (övre raden, vänster) och scoby (övriga) 100X 10X 40X 40X

40 Människans mikrobiota

41 Favoritforskning just nu Beer yeast domestication (White Labs/Verstrepen lab i Cell) Tittat på öl-jästens genom (DNA) Förbättra kakao-fermentering (Verstrepen lab) Godare choklad Ostmikrobiologi-ekologi Wolfe lab i Boston David Asher (@theblacksheepschool) ost etc från kefir Samevolution och hur microbial communities bildas Wolfe lab i Boston Gammal sanning att vi består av 10 ggr fler bakterier än människoceller. Nya rön = 1:1,25

42 Levande, döda eller metaboliter? Hälsoeffekter? INTE EXPERT!!

43 Lyssningstips Gastropod Bacteriofiles Delicious revolution Spel: Gut Check

44 TACK för uppmärksamheten! Jästhuset Instagram Frågor? Feedback?