Niekonwencjonalne szczepy drożdży – przyszłość technologii żywności? Cykl „Poznaj świat nauk o żywności”.

Priorytetem na rynku produktów spożywczych powinno stać się zagwarantowanie konsumentom żywności o wysokiej jakości oraz wysokim stopniu bezpieczeństwa, która wpływa na zdrowie oraz decyduje o walorach smakowych. Pod pojęciem jakości żywności rozumie się jakość zdrowotną, która zależy od występujących w niej składników odżywczych i bioaktywnych oraz od obecności substancji obcych, które mogą być szkodliwe dla zdrowia oraz stanowić przyczynę wielu chorób. Do czynników w znacznym stopniu obniżających jakość żywności, a zarazem stanowiących poważne zagrożenie dla jej bezpieczeństwa należą grzyby strzępkowe i ich toksyczne metabolity tzw. mikotoksyny. Mikotoksyny są odporne na sterylizację i pasteryzację oraz większość czynników fizykochemicznych, więc ich eliminacja z produktu jest bardzo trudna.

Zagrożenie dla bezpieczeństwa zdrowotnego żywności związane z obecnością patogenicznych grzybów i ich toksycznych metabolitów skłania do poszukiwania nowych sposobów ograniczenia przedostawania się ich do łańcucha żywnościowego. Coraz większe zainteresowanie budzą metody biologiczne, w tym wykorzystanie mikroorganizmów jako czynników stanowiących element ograniczania patogenów już na etapie uprawy roślin oraz poszukiwanie nowych kultur starterowych o charakterze przeciwgrzybowym w różnych gałęziach przemysłu spożywczego. Liczną i niejednorodną grupę mikroorganizmów, które poprzez swoje różnorodne mechanizmy działania koncentrują coraz większą uwagę naukowców i przemysłu stanowią drożdże. Kultury starterowe antagonistycznych drożdży w stosunku do toksynotwórczych grzybów przyczyniają się do bezpieczeństwa produktu przede wszystkim poprzez hamowanie wzrostu niepożądanych patogenów podczas procesu fermentacji oraz uzupełnienia właściwości sensorycznych produktu i poprawy jego trwałości. W przemyśle spożywczym najczęściej wykorzystywane są drożdże Saccharomyces cerevisiae, które jako składnik zaczynu od wieków służą do wypieku chleba i ciast. Gatunek ten charakteryzuje się wysoką wydajnością fermentacji oraz wpływa na właściwości sensoryczne produktu. Oprócz odpowiednich cech technologicznych, S. cerevisiae posiadają również właściwości antagonistyczne w stosunku do wybranych gatunków bakterii i grzybów oraz zdolność do obniżania zawartości toksyn. Niestety drożdże piekarskie nie są „idealne”, a ich dominacja w procesach produkcyjnych ograniczyła różnorodność profili aromatycznych produktów końcowych.

Trwające obecnie intensywne poszukiwania nowych szczepów drożdży, zwanych również drożdżami niekonwencjonalnymi, sugerują że istnieje wiele gatunków o właściwościach zbliżonych do S. cerevisiae kwalifikujących je jako alternatywne szczepy piekarskie. Badania przydatności niekonwencjonalnych drożdży w ograniczaniu wzrostu patogenicznych grzybów stanowiących zagrożenie w piekarnictwie prowadzone są również w Katedrze Analizy i Oceny Jakości Żywności w projekcie finansowanym przez Narodowe Centrum Nauki, Miniatura 6 (2022/06/X/NZ9/00229).

Dane z literatury potwierdzają, że wybrane szczepy wykazują wiele różnych zalet, m.in. tolerancję na zamrażanie i rozmrażanie, aktywność amylazy, czy zdolność do fermentacji cukrów złożonych. Niekonwencjonalne drożdże stwarzają nowe możliwości we współczesnym przemyśle piekarniczym zwiększając złożoność aromatu pieczywa oraz jako potencjalne czynniki zakwaszające. Wykazano, że gatunki niewykorzystywane do tej pory w piekarnictwie, tj. Torulaspora delbrueckii i Saccharomyces bayanus łączą zadowalającą fermentację ciasta z interesującym profilem smakowym końcowego produktu. Analiza sensoryczna i analiza HS-SPME-GCMS potwierdziły, że szczepy te wytwarzają profile aromatyczne, które znacznie różnią się od wytwarzanych przez komercyjny szczep piekarniczy. Co więcej, chleb wyprodukowany przy użyciu badanych drożdży został dobrze oceniony przez przeszkolony panel sensoryczny. Innymi niekonwencjonalnymi szczepami, które testowano jako alternatywne drożdże piekarskie były Kazachstania gamospora i Wickerhamomyces subpelliculosus. Oba gatunki wykazywały wyższą tolerancję na stres i szerszy profil aromatyczny niż konwencjonalne drożdże piekarskie. Zaobserwowano, że smaki: maślany, orzechowy i owocowy były zdecydowanie wyraźniejsze, gdy do wypieku zastosowano nowe szczepy. Ciekawym aromatem charakteryzował się także chleb wypieczony przy użyciu mieszanej kultury starterowej drożdży Meyerozyma guilliermondii CGMCC 17606 i Pichia kudriavzevii CGMCC 17607 w połączeniu z bakteriami Lactobacillus sanfranciscensis DSM20451T. Niekonwencjonalne szczepy oferują nie tylko złożoność profili smakowo-zapachowych wytworzonego przy ich użyciu produktu, ale też przyczyniają się do poprawy jego bezpieczeństwa. Dowiedziono, że niektóre gatunki drożdży mogą wytwarzać związki przeciwgrzybicze, a także skutecznie ograniczać występowanie mikotoksyn w żywności. Udowodniono, że gatunek Meyerozyma guilliermondii efektywnie ogranicza występowanie niwalenolu, zearalenonu i deoksyniwalenolu w pieczywie pszennym. Wykazano także skuteczność drożdży Kluyveromyces marxianus, Metschnikowia pulcherrima i Geothrix fermentans w usuwaniu aflatoksyny, zearalenonu i deoksyniwalenolu z mąki pszennej i paszy. Natomiast drożdże Kazachstania servazzii dodane do mleka znacząco zmniejszyły w nim zawartość ochratoksyny A, aflatoksyny B1 i zearalenonu.

Niestety większość doświadczeń nad zastosowaniem niekonwencjonalnych szczepów drożdży w produkcji żywności pozostaje w skali laboratoryjnej ze względu na krótką listę drożdży posiadających status GRAS (Generally Recognized as Safe), czy QPS (Qualified Presumption of Safety), które oznaczają bezpieczeństwo stosowania w produkcji żywności. Ich ograniczona rola aplikacyjna powoduje konieczność dalszych badań w celu zapewnienia bezpieczeństwa konsumentów. Popyt na produkty naturalne, mniej przetworzone, o zróżnicowanych aromatach to szansa dla nowych szczepów, które mogą stać się przyszłością w biokonserwacji żywności.

Bibliografia:

Aslankoohi E., Herrera-Malaver B., Rezaei M.N., Steensels .J, Courtin C.M,. Verstrepen K.J.: Non-conventional yeast strains increase the aroma complexity of bread. PLoS ONE, 2016, 11(10):e0165126.

Omieciuch J.: Jakość i bezpieczeństwo żywności w Polsce. Społeczeństwo i ekonomia 2016, 2 (6), 123-134.

Podgórska-Kryszczuk I.; Solarska E.; Kordowska-Wiater M.: Reduction of the Fusarium mycotoxins: deoxynivalenol, nivalenol and zearalenone by selected non-conventional yeast strains in wheat grains and bread. Molecules 2022, 27, 1578.

Podgórska-Kryszczuk I.; Solarska E.; Kordowska-Wiater M.: Biological control of Fusarium culmorum, Fusarium graminearum and Fusarium poae by antagonistic yeasts. Pathogens 2022, 11, 86.

Repečkienė J., Levinskaitė L., Paškevičius A., Raudonienė V.: Toxin-producing fungi on feed grains and application of yeasts for their detoxification. Polish Journal of Veterinary Sciences 2013,16, 391–393.

Taheur F. B., Fedhila K., Chaieb K., Kouidhi B., Bakhrouf A., Abrunhosa L.: Adsorption of aflatoxin B1, zearalenone and ochratoxin A by microorganisms isolated from Kefir grains. International Journal of Food Microbiology 2017, 251, 1–7.

Xu D., Zhang H., Xi J., Jin Y., Chen Y., Guo L., Jin Z., Xu X.: Improving bread aroma using low-temperature sourdough fermentation. Food Bioscience 2020, 37, 100704.

Zhou, N.; Semumu, T.; Gamero, A. Non-conventional yeasts as alternatives in modern baking for improved performance and aroma enhancement. Fermentation 2021, 7, 102.

Zhou, N.; Schifferdecker, A.J.; Gamero, A.; Compagno, C.; Boekhout, T.; Piškur, J.; Knecht, W. Kazachstania gamospora and Wickerhamomyces subpelliculosus: two alternative baker’s yeasts in the modern bakery. Int. J. Food Microbiol. 2017, 250, 45–58.

Tekst i zdjęcia: dr inż. Izabela Podgórska-Kryszczuk
Katedra Analizy i Oceny Jakości Żywności
Wydział Nauk o Żywności i Biotechnologii

[Cykl „Poznaj świat nauki o żywności” to seria artykułów popularnonaukowych przygotowywanych przez naukowców z Wydziału Nauk o Żywności i Biotechnologii Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie].