Hemming av muggvekst i brød ved tilsetting av LAB, PAB og kalsiumpropionat i surdeig; en studie om vekst, metabolisme og antimikrobiell effekt av organiske syrer og reduksjon i pH

Abstract

Brød og bakevarer står for en stor andel matsvinn årlig, noe som ofte skyldes muggvekst. Mugghemmende bakteriekulturer har fått stor oppmerksomhet som følge av forbrukernes ønske om naturlig mat uten kjemiske tilsetningsstoffer. Det er derfor av stor interesse å undersøke alternativer til kjemiske konserveringsmidler for industri tilknyttet bakerier. Selv om baketeknikk med surdeig er en gammel tradisjon, og det lenge har vært kjent at komponentene i surdeig har en hemmende effekt på mugg, så finnes det begrenset med forskning på hemming av mugg i surdeig ved benyttelse av propionsyrebakterier (PAB) og kalsium propionat. Hensikten med studien var å finne ut om melkesyrebakterier (LAB) og PAB i kombinasjon med hverandre eller alene kunne bidra til å hemme muggvekst på brød ved en synergistisk effekt. pH, organiske syrer og andre spesifikke mugghemmende metabolitter produsert av bakteriene har mest å si for den hugghemmende effekten observert i brødene. Innledningsvis ble vekst og metabolisme av 9 ulike LAB og 4 ulike PAB studert i buljong og et hvetemel hydrolysatmedium. Det ble analysert for evne til å omdanne karbohydrater til organiske syrer og senke pH. Forsøk med surdeig ble gjennomført for utvalgte PAB og LAB alene eller sammen med ulike vekstbetingelser. Brød ble bakt med gjær, surdeig med og uten LAB, surdeig med PAB, LAB og PAB som miks og LAB med kalsiumpropionat. Skivet brød ble inokulert med muggsoppene Aspergillus niger ATCC10577, Penicillium roqueforti, og Fusarium sp. Prøvene ble inkubert og observert visuelt i 21 dager ved 20 ℃. I alle prøvene bakt med surdeig ble det observert en stor økning etter fermentering i mengden melkesyre med mer enn >2718,3 mg/kg. Mengden eddiksyre produsert var lav for alle prøvene, med unntak av prøver med propionsyre eller kalsiumpropionat. Kalsiumpropionat produserte mest for alle prøveuttakene fra 2322 mg/kg ved første uttak 2401,2 mg/kg. Den mugghemmende aktiviteten var mest synlig i prøver tilsatt PAB alene og sammen med LAB, og aller best i prøver tilsatt kalsiumpropionat som fullstendig hemmet muggvekst i alle prøver inokulert med sporer fra Fusarium sp., og A. niger. P. roqueforti viste seg mest motstandsdyktig til mugghemming, og ble ikke hemmet av noen av de tilsatte LAB og PAB stammene, eller kalsiumpropionat. Resultatene viste best effekt av syngenetisk effekt mellom flere komponenter hvor surdeig sammen med LAB og kalsiumpropionat viste best hemmende effekt etterfulgt av prøver med surdeig tilsatt både PAB og LAB.

Bread and bakery products account for a significant amount of annual food waste, often due to mold growth. Antifungal components have received considerable attention due to consumers' desire for natural food without chemical additives. Therefore, it is of great interest to explore alternatives to chemical preservatives in bakery-related industries. While sourdough baking techniques are an ancient tradition and it has long been known that sourdough components have an antifungal effect on mold, there is limited research on mold inhibition in sourdough using propionibacterium (PAB) and calcium propionate. The aim of this study was to investigate whether lactic acid bacteria (LAB) and PAB in combination or alone could contribute to antifungal activity on bread through a synergistic effect. pH, organic acids, and other specific antifungal metabolites produced by bacteria play a crucial role in the observed mold inhibition in bread. Initially, the growth and metabolism of 9 different LAB and 4 different PAB were studied in broth and a wheat flour hydrolysate medium. The ability to convert carbohydrates into organic acids and lower pH was analyzed. Sourdough experiments were conducted for selected PAB and LAB alone or in combination with various growth conditions. Bread was baked with yeast, sourdough with and without LAB, sourdough with PAB, LAB and PAB in a mixture, and LAB with calcium propionate. Sliced bread was inoculated with the mold species Aspergillus niger ATCC10577, Penicillium roqueforti, and Fusarium sp. The samples were incubated at 20 ℃ and visually observed for 21 days. In all sourdough bread samples, a significant increase in the amount of lactic acid was observed after fermentation, exceeding 2718.3 mg/kg. The amount of acetic acid produced was low for all samples, except for samples with PAB or calcium propionate. Calcium propionate produced the highest amount among all sample extractions, ranging from 2322 mg/kg in the first extraction to 2401.2 mg/kg. The antifungal activity was most prominent in samples supplemented with PAB alone and in combination with LAB, and it was most effective in samples supplemented with calcium propionate, completely inhibiting mold in all samples inoculated with spores from Fusarium sp. and A. niger. P. roqueforti showed the highest resistance to antifungal activity and was not inhibited by sourdough, any of the added LAB and PAB strains, or calcium propionate. The results demonstrated the best effect of a synergistic interaction among multiple components, with sourdough together with LAB and calcium propionate exhibiting the strongest inhibitory effect, followed by samples with sourdough supplemented with both PAB and LAB.