Mikrobiota, vekst og metabolismestudier av spontanfermenterte surdeiger av havre, bokhvete og quinoa

Abstract

De siste tiårene er det gjort utallige studier på tradisjonelle surdeiger av hvete og rug. Det er godt dokumentert at surdeigsfermentering blant annet øker holdbarheten, bedrer tekstur, senker den glykemiske indeksen, gir mer aroma og bedrer biotilgjengeligheten av næringsstoffene i melet. De senere årene har studier også vist at mange av disse fordelene kan overføres til produksjon av glutenfrie brød. Å bake med glutenfrie meltyper er svært utfordrende da disse blant annet mangler de viskoelastiske egenskapene til glutenproteinene. Lav sensorisk kvalitet og kort holdbarhet har vært en utfordring, men flere studier har vist at surdeigsfermentering kan være en metode for å øke kvaliteten på glutenfrie brød. I denne oppgaven ble surdeigskulturer laget, undersøkt og sammenlignet av de glutenfrie melsortene bokhvete, quinoa og to ulike havresorter. Dyrkningsavhengige og dyrkningsuavhengige metoder viste store forskjeller i den mikrobielle sammensetningen i de fire surdeigene. I surdeigene av havre ble det i den ene ikke funnet tilstedeværelse av gjær. Den var nesten helt dominert av bakterier fra Leuconostoc-slekten. Den andre havre-surdeigen etablerte en mikrobiota som er svært uvanlig for surdeig, da den var dominert av eddiksyrebakterier (Gluconobacter frauterii og Gluconobacter oxydans/roseus) og to gjærarter, som vanligvis ikke blir isolert fra tradisjonelle surdeiger (Clavispora lusitaniae og Cyberlindnera fabianii). Surdeigene av bokhvete og quinoa hadde en mikrobiota som ligner mer på tradisjonelle surdeiger av hvete og rug. Surdeigen av bokhvete var dominert av gjærarten Wickerhamomyces anomalus og melkesyrebakterien Pediococcus pentosaceus, mens quinoa-surdeigen var dominert av gjæren Torulaspora delbrueckii og melkesyrebakterien Levilactobacillus brevis (Lactobacillus brevis). Metabolismeforsøk viste også store forskjeller i konsentrasjoner og hvilke komponenter som ble produsert i de ulike surdeigene. Havre-surdeigene hadde lavest metabolsk aktivitet (lavest innhold av organiske syrer, CO2 og en del flyktige komponenter), mest sannsynlig på grunn av lavere tilgang på karbohydrater, mens quinoa-surdeigen etterfulgt av bokhvete-surdeigen, hadde høyest tilgang på maltose og glukose, og dermed høyest produksjon av organiske syrer, CO2 og flere flyktige komponenter. Ulikheter i den mikrobielle sammensetningen i de fire surdeigene, viser at substratet har stor påvirkning på hvilke økosystem som etableres i en surdeig, som igjen påvirker produksjonen av metabolitter. Forhold i melet som opprinnelige mikroorganismer til stede, næringsstoffer, antimikrobielle komponenter og endogene enzymer i melet er mest sannsynlig viktige faktorer til utviklingen av det mikrobielle økosystemet i en surdeig.

In recent decades, countless studies have been made on traditional sourdoughs of wheat and rye. It is well documented that sourdough fermentation, among other things, increases shelf life, improves texture, lowers the glycemic index, gives more aroma and improves the bioavailability of the nutrients in the flour. In recent years, studies have also shown that many of these benefits can be transferred to the production of gluten-free bread. Baking with gluten-free flour types is very challenging as these, among other things, lack the viscoelastic properties of the gluten proteins. Low sensory quality and short shelf life have been a challenge, but several studies have shown that sourdough fermentation can be a method to increase the quality of gluten-free bread.

In this thesis, sourdough cultures made from the gluten-free flour varieties buckwheat, quinoa and two different oat varieties were examined and compared. Culture-dependent and culture-independent methods showed large differences in the microbial composition of the four sourdoughs. In the sourdoughs of oats, the presence of yeast was not found in one. It was almost completely dominated by bacteria from the genus Leuconostoc. The second oat sourdough established a microbiota that is very unusual for sourdough, as it was dominated by acetic acid bacteria (Gluconobacter frauterii and Gluconobacter oxydans/roseus) and two yeast species, which are not usually isolated from traditional sourdoughs (Clavispora lusitaniae and Cyberlindnera fabianii). The sourdoughs of buckwheat and quinoa had a microbiota that is more similar to traditional sourdoughs of wheat and rye. The buckwheat sourdough was dominated by the yeast species Wickerhamomyces anomalus and the lactic acid bacterium Pediococcus pentosaceus, while the quinoa sourdough was dominated by the yeast Torulaspora delbrueckii and the lactic acid bacterium Levilactobacillus brevis (Lactobacillus brevis).