Μελέτη της βιοποικιλότητας ζυμών και γαλακτικών βακτηρίων σε παραδοσιακό ζυμάρι αρτοποιίας

Abstract

Το ψωμί θεωρείται το πιο παλιό επεξεργασμένο τρόφιμο. Η παρασκευή προζυμένιου ψωμιού, ξεκίνησε από τα παλιά χρόνια λόγω της απουσίας πρόσβασης σε ξηρή μαγιά, και μέχρι και σήμερα συστήνεται ως βασικό καθημερινό τρόφιμο της μεσογειακής διατροφής. Το προζύμι, είναι μια μάζα νερού και αλευριού, το οποίο περιλαμβάνει στη σύστασή του μια ενεργή καλά οργανωμένη και σταθερή μικροβιακή κοινότητα η οποία αποτελείται κατά κύριο λόγο από οξυγαλακτικά βακτήρια και ζύμες. Οι ζυμώμενες τροφές με βάση τα δημητριακά, όπως είναι το προζύμι, αποτελούν αντικείμενο μελέτης τεραστίου ενδιαφέροντος στην επιστήμη των τροφίμων. Η θρεπτική αξία του ψωμιού παραμένει αξιοσημείωτη χάρις τις ευεργετικές ιδιότητες που προσφέρει σε αυτό η προσθήκη προζυμιού. Οι παράγοντες που συμβάλουν στη σύσταση του, αφορούν την θερμοκρασία, την απόδοση της ζύμης, τις αρχικές καλλιέργειες των μικροοργανισμών που θα χρησιμοποιηθούν, τις καλλιέργειες αυτών που θα αναπτυχθούν κατά την διαδικασία της ζύμωσης και την οξύτητα αυτού. Στο προζύμι, συμβαίνουν επιθυμητές βιοχημικές αλλαγές μέσω της ανάπτυξης μικροοργανισμών και ενζύμων, τα μεταβολικά προϊόντα των οποίων είναι μη τοξικές ενώσεις που προσδίδουν άρωμα, γεύση, και ευεργετικές ιδιότητες στο τελικό προϊόν. Τα ψωμιά που περιέχουν προζύμι, μπορούν να συντηρηθούν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και να διατηρούν τις ιδιότητές τους. Τα ζυμώμενα τρόφιμα, όπως είναι το ψωμί με προζύμι, είναι τρόφιμα με τεράστια θρεπτική αξία, πλούσια σε βιταμίνες, πρωτεϊνες, αμινοξέα και λιπαρά οξέα, που χαρακτηρίζονται από μια ποικιλία γεύσεων και αρωμάτων. Τέλος, η αντιμικροβιακή και αντιμυκητιακή δράση του προζυμιού με την αποικοδόμηση των ανεπιθύμητων ουσιών που εμπλέκονται στην πεπτικότητα και τη διαθεσιμότητα των ιχνοστοιχείων, των πρωτεϊνών και των υδατανθράκων, το καθιστούν ένα πολύ ασφαλές τρόφιμο-θησαυρό για τον άνθρωπο. Στην παρούσα ερευνητική εργασία, μελετήθηκαν 16 ελληνικά παραδοσιακά προζύμια, από διάφορες περιοχές της Ελλάδας, τα οποία παρασκευάστηκαν την ημέρα της γιορτής της Ύψωσης του Τιμίου Σταυρού. Σκοπός της μελέτης αυτής αποτέλεσε η ταυτοποίηση των μικροοργανισμών που απομονώθηκαν από τα 16 δείγματα προζυμιού. Η απομόνωση και η ταυτοποίηση της βιοποικιλότητας αυτών πραγματοποιήθηκε με το συνδυασμό κλασικών τεχνικών, που εξαρτώνται από την καλλιέργεια των μικροοργανισμών με μη κλασικές μεθόδους, ανεξάρτητες της καλλιέργειας. Αναφορικά με τις κλασικές μεθόδους, εφαρμόστηκε η PCR-RAPD αντίδραση και η αλληλούχηση του γονιδίου του 16S-rRNA στην περίπτωση των βακτηρίων και 26 S-rRNA σε εκείνη των ζυμών. Από τα 250 βακτηριακά στελέχη που απομονώθηκαν, 90 ταυτοποιήθηκαν ως Lactobacillus. plantarum, 32 ως Lb. paralimentarius, 89 ως Lb. brevis, 1 Leuconostoc mesenteroides, 1 Lb. zymae, 1 Ln. citreum, 12 Lb. sanfranciscensis, 12 Lb. sakei, 6 Lb. curvatus, 3 Lactococcus lactis και 3 Enterococcus faecium. Στην περίπτωση των ζυμών, από τα 227 απομονωθέντα στελέχη 193 ταυτοποιήθηκαν ως Saccharomyces cerevisiae, 2 ως Kazachstania humilis, 5 Wickerhamomyces anomalus, 9 Pichia fermentans και 18 P. membranifaciens. Ως μη κλασική μέθοδος, επιλέχθηκε η τεχνική της PCR-DGGE ανάλυσης, με άμεση εκχύλιση DNA και RNA, και για τις δύο μικροβιακές ομάδες. Στην περίπτωση των ζυμών, επιβεβαιώθηκε η παρουσία σχεδόν όλων των ειδών που απομονώθηκαν με PCR-RAPD, ενώ στην περίπτωση των βακτηρίων ήταν αδύνατος ο διαχωρισμός μεταξύ των ειδών Lb. plantarum και Ln. mesenteroides, Lc. lactis και Lb. sanfranciscensis, Lb. brevis και Lb. zymae, Lb. sakei και Lb. curvatus λόγω μετατόπισης των ζωνών στο ίδιο επίπεδο. Τέλος, τόσο στην περίπτωση της άμεσης εκχύλισης του DNA όσο και του RNA βακτηρίων και ζυμών, τα αποτελέσματα ήταν σε συμφωνία μεταξύ τους, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις η ύπαρξη ενός ειδους επιβεβαιώθηκε μόνο με τη χρήση του DNA και όχι του RNA.

Bread is considered the oldest processed food. The production of sourdough bread started in the early past due to the lack of access to baker’s yeast, and until today is recommended as a basic daily food of the Mediterranean diet. Sourdough is a mass of dough that contains water and flour. This dough contains an active well-organized and stable microbial community consisting mainly of lactic acid bacteria and yeasts. Fermented cereal-based foods, such as sourdough, have a great interest in food science. The nutritional value of the bread remains remarkably high thanks to the beneficial properties offered by the addition of sourdough. The factors that contribute to its formation and composition are temperature, yeast yield, the starter cultivation of the microorganisms that are going to be used, the cultivation of those that will grow during the fermentation process and its acidity. In sourdough, desired biochemical changes occur through the development of micro-organisms and enzymes, the metabolic products of which are non-toxic compounds that give and improve the flavor, the taste, and the beneficial properties of the final product in general. Breads made of sourdough can be preserved longer and retain their properties. Fermented foods, such as sourdough bread, are enormously nutritious and rich in vitamins, proteins, amino acids and fatty acids, and totally characterized by a variety of flavors and aromas. Last but not least, the antimicrobial and antifungal activity of sourdough by degradation of the undesirable substances involved in the digestibility and availability of trace elements, proteins and carbohydrates make sourdough bread an absolutely safe food for humans. In the present study, 16 traditional greek sourdough, from different regions of Greece were studied. The samples were prepared on the day of Elevation of the Holy Cross. The aim of this study was to identify the microorganisms that constitute the microflora in the 16 samples of sourdough. Isolation and identification of the biodiversity was achieved by the combination of both culture-dependent and independent methods. Regarding culture-dependent methods, PCR-RAPD technique and sequencing of 16S-rRNA gene in case of bacteria and 26S-rRNA gene in case of yeasts, were applied. From the 250 bacterial strains that were isolated, 90 were identified as Lactobacillus plantarum, 32 as Lb. paralimentarius, 89 as Lb. brevis, 1 as Leuconostoc mesenteroides, 1 as Lb. zymae, 1 as Ln. citreum, 12 as Lb. sanfranciscensis, 12 as Lb. sakei, 6 as Lb. curvatus, 3 as Lactococcus lactis and 3 as E. faecium. From the 227 isolated yeast strains, 193 were identified as Saccharomyces cerevisiae, 2 as Kazachstania humilis, 5 as Wickerhamomyces anomalus, 9 as Pichia fermentans and 18 as P. membranifaciens. As far as the culture-independent approach, PCR-DGGE analysis was the one selected, by direct extraction of DNA and RNA, for both groups of microbes. In the case of yeast, the presence of almost all species isolated by PCR-RAPD was confirmed, whereas in the case of bacteria it was impossible the differentiation between the species Lb. plantarum and Ln. mesenteroides, Lc. lactis and Lb. sanfranciscensis, Lb. brevis and Lb. zymae, Lb. sakei and Lb. curvatus due to the migration of zones at the same distance in the DGGE fingerprint. Last but not least, in both groups of microbiota, the results of direct extraction of DNA and RNA were in agreement with each other, and in some cases the existence of one species was confirmed only by the use of DNA rather than RNA.