科學家探索酵母發酵劑中的微生物多樣性

當數百萬人在大流行期間被封鎖時，他們開始尋找新的家庭愛好來幫助消除無聊。其中包括製作酵母麵包。除了因其使用天然成分和可追溯到數千年前的古埃及的傳統方法而具有可持續性之外，它還因其營養價值而受到重視。

例如，研究表明，與許多其他類型的麵包相比，酸麵團含有更多的維生素、礦物質和抗氧化劑。對於對麩質輕度敏感的人來說，更容易消化，因為大部分麩質在消化過程中被分解。更何況還有很多酸麵團的基礎物種被認為是益生菌，與改善胃腸道健康有關。

醞釀多年的風味概況

製作酵母麵包的過程始於酵母發酵劑。這些發酵劑是微生物何時產生的？和酵母？這種野生酵母和細菌群落被稱為微生物組，是發酵麵包發酵的原因，並有助於其味道和質地。酸麵團與大多數麵包顯著不同，因為它依靠野生微生物發酵劑而不是麵包酵母包來幫助發酵。

許多酵母發酵劑經過幾代人的保存，其中一些樣本的歷史可以追溯到數千年前。為了維持酵母發酵劑，您需要從先前的麵團中提取樣本並將其與新的麵粉和水混合。透過足夠的酸麵團發酵劑轉移，微生物群落將由最適合酸麵團環境的酵母、乳酸菌 (LAB) 和醋酸菌 (AAB) 組成。不同酵母發酵劑的獨特之處在於產生獨特酸味的不同酵母和細菌菌株。

測試遺傳多樣性

定序技術的進步使研究人員能夠快速分析微生物群落，例如酵母微生物組。在雪城大學，生物學教授 Angela Oliverio 的實驗室成員一直在研究醋酸菌，以確定 AAB 的遺傳多樣性如何影響酸麵團群落。

雖然先前的研究更集中在乳酸菌和酵母上，但生態學、，且 AAB 在酵母菌中的功能貢獻仍然很大程度上未知。拉帕波特（Beryl Rappaport），博士奧利維奧小組的學生最近領導了一個研究發表在移動系統在這個過程中，她和其他酸麵團科學家，包括Oliverio、Oliverio 實驗室的Nimshika Senewiratne、SU 生物學教授Sarah Lucas 和塔夫茨大學的Ben Wolfe 教授，對500 多個酸麵團發酵劑中的29 個AAB 基因組進行了定序，並建構了合成發酵劑群落在實驗室中定義 AAB 塑造酸麵團的新興特性的方式。

拉帕波特說：“雖然醋酸菌在酸麵團中不像乳酸菌那麼常見，但它因其在醋和康普茶等其他發酵食品中的主導作用而聞名。” 「在這項研究中，我們有興趣跟進先前的研究結果，這些發現表明，當酸麵團中存在AAB 時，AAB 似乎會對關鍵特性產生強烈影響，包括氣味特徵和代謝產物的產生，從而影響整體風味的形成。

為了評估 AAB 對酵母發酵劑微生物組的新興功能的影響，他們的團隊測試了 10 種 AAB 菌株，其中一些親緣關係較遠，一些親緣關係非常密切。他們對這 10 種菌株進行了操作實驗，將每一種都添加到酵母和乳酸菌群落中。他們保留了一個僅由酵母和 LAB 組成的單獨群落作為對照。

「由於我們可以操縱進入這些合成酸麵團群落的微生物和微生物濃度，因此我們可以看到將每種 AAB 菌株添加到酸麵團中的直接影響，」Rappaport 說。 「正如我們預期的那樣，每種AAB 菌株都會降低合成酸麵團的pH 值（與酸味增加有關），因為它們會釋放乙酸和其他酸作為代謝過程的副產品。然而，出乎意料的是，關係更密切的AAB 並沒有釋放事實上，即使在同一物種的菌株之間，代謝物也存在很大差異，其中許多與風味形成有關。

Rappaport 認為，微生物群落中的菌株多樣性經常被忽視，部分原因是由於給定群落內微生物數量龐大，因此很難識別和操縱多樣性水平。光是人類腸道生物群落中就有大約 100 兆個細菌。透過放大實驗室中近親之間的多樣性，研究人員可以開始了解微生物組中的關鍵相互作用。

新的入門來源

在烘焙方面，她說他們的發現為麵包製造商提供了塑造酸麵團風味和質地的新方向。

「由於 AAB 可靠地酸化了我們使用的發酵劑並釋放出多種風味化合物，因此希望酸麵團更酸或創造新口味的麵包師可以嘗試採購含有 AAB 的發酵劑或嘗試自己捕獲 AAB，」Rappaport 說。 “我們希望這項研究有助於揭示酸麵團中微生物的多樣性及其重要的功能作用。”

他們的研究也可能對酵母麵包的健康益處產生影響。

在發酵過程中，AAB 會產生乙酸，它可以顯著幫助分解麩質和複合碳水化合物，從而提高酸麵團的消化率。透過檢查 AAB 的遺傳多樣性及其對乙酸生產的影響，研究人員可以開發出優化該過程的菌株。

更廣泛的影響

團隊使用酵母主要用作模型系統，因為酵母微生物組相對容易培養並用於實驗室的重複實驗。但他們的成果遠遠超出了烘焙範圍。

拉帕波特說：“我們的研究結果將與對更複雜的微生物群落（例如人類腸道或土壤）感興趣的人相關。”這是因為酸麵團系統可以用來提出有關生態和演化的問題，而對於更複雜的系統來說，這些問題會更難提出。

對於人類腸道來說，微生物群落可以幫助增強抵抗感染的能力，並提高分解複雜碳水化合物、纖維、蛋白質和脂肪的效率。就土壤而言，微生物有助於分解有機物並維持土壤生態系統的整體穩定性。然而，關於多個層次的遺傳多樣性如何影響這些過程，還有許多未知數。

透過認識菌株多樣性如何對微生物組產生全社區的影響，該團隊的見解可能對人類健康和環境永續性產生廣泛的好處。