© 2024 SURF
Fermentobiomics
Gefermenteerde voedingsproducten zoals desembrood, kefir en kombucha worden de laatste jaren steeds populairder. Deze fermentatieproducten worden bereid met behulp van complexe samenlevingen van micro-organismen. Bedrijven hebben behoefte aan grip op het productieproces, zodat er een constante kwaliteit van het eindproduct kan worden geboden.
Tijdens dit project gebruikten we diverse kweektechnieken (culturomics) en sequencingtechnieken (metagenomics) om de microbiële samenstellingen (fermentobiomen) gedurende het fermentatieproces te identificeren en werden smaakbepalende componenten zoals suikers, vetzuren, en organische zuren gemeten (metabolomics). Geavanceerde bio-informatica methoden maakten het mogelijk om inzicht te krijgen in de relaties tussen grondstoffen, fermentatieomstandigheden, de microbiële samenstelling en smaakbepalende componenten.
Uit ons onderzoek blijkt dat dat gebruikte grondstoffen, zoals het specifieke type tarwe indesem, een belangrijke rol spelen in de beginfase waarin microbiële samenlevingen zich nog moeten vormen. Zodra deze microbiële samenlevingen eenmaal zijn gevormd blijven ze relatief stabiel en onderdrukken ze de aanwezigheid van externe micro-organismen, zoals bijvoorbeeld de pathogene micro-organismen uit rauwe melk tijdens kefir fermentatie). De verhoudingen tussen de micro-organismen binnen deze microbiele samenlevingen, worden echter wel sterk beïnvloed door de temperatuur en de pH-waarde (zuurgraad). Schommelingen in de temperatuur en de start pH bij de producenten bleken een belangrijke de oorzaak te zijn van ongewenste smaakveranderingen in de producten doordat sommige micro-organismen dominanter worden bij specifieke fermentatietemperaturen. Verder is aangetoond dat het drogen en invriezen van de fermentatieproducten effect heeft op de micro-organismen wat tot ongewenste veranderingen in smaak kan leiden.
Samenvattend zijn er belangrijke verbanden gevonden tussen de microbiële samenstelling, fermentatieomstandigheden en de resulterende metabolieten en smaken. Deze inzichten geleid tot specifieke aanbevelingen voor het mkb, waarmee zijn hun fermentatieprocessen verder kunnen standaardiseren.
Gefermenteerde voedingsproducten zoals desembrood, kefir en kombucha worden de laatste jaren steeds populairder. Bedrijven die deze producten produceren moeten opschalen en hebben daardoor meer behoefte aan grip op het productieproces, zodat er een constante kwaliteit van het eindproduct kan worden geboden. De fermentatieproducten worden bereid met behulp van een complexe samenleving van micro-organismen. Deze complexiteit maakt het lastig om het fermentatieproces te monitoren en zo bijvoorbeeld effecten van grondstoffen en fermentatieomstandigheden te onderzoeken.
Omics-technieken stellen ons in staat om het complexe fermentatieproces goed in kaart te brengen. Een goed voorbeeld hiervan is het monitoren van de microbiële samenstelling (fermentobioom) gedurende het fermentatieproces m.b.v. metagenomics; nanopore sequencing en de ontwikkeling van geavanceerde bio-informatica methoden geven dieper inzicht in de samenstelling en potentiële functionaliteit van het fermentobioom. Klassieke kweektechnieken (culturomics) benadrukken de aanwezigheid van de geprofileerde micro-organismen en geven informatie over specifieke kweekomstandigheden en functies. Metabolomics bevestigen niet alleen de voorspelde eigenschappen van de gevonden micro-organismen, maar bepalen de aanwezigheid van o.a. smaakbepalende componenten als suikers, vetzuren, organische zuren, phenolen en aminozuren. Hiermee zijn ze een waardevolle aanvulling op de metagenomics-resultaten. Een pilotstudie bij het Leiden Centre for Applied Bioscience waarbij Nanopore sequencing en metabolomics zijn ingezet voor onderzoeken naar de microbiële samenstelling tijdens de fermentatie van kombucha leverde al bruikbare resultaten op.
In dit RAAK-mkb-project willen we bovengenoemde technieken verder toepassen en integreren om het complexe fermentatieproces van kefir, kombucha en desem te analyseren en deze verkregen kennis toegankelijk maken voor bedrijven die complexe fermentatieproducten produceren. In dit project zijn producenten van verschillende complexe fermentatie producten actief betrokken en er wordt samengewerkt met kennisinstellingen en kenniscentra, zoals de Universiteit Leiden, GrainLabs en Broodheeren. Dit onderzoek zal resulteren in de ontwikkeling van de onderzoekslijn Fermentobiomics.