Изучение динамики микробных сообществ российских ржаных заквасок спонтанного брожения



Цитировать

Полный текст

Аннотация

Целью работы являлось изучение динамики микробных сообществ российских заквасок спонтанного брожения в процессе длительного их ведения. Объектами исследования были восемь заквасок спонтанного брожения: четыре густые ржаные и четыре жидкие ржаные закваски без заварки. Для приготовления заквасок были использованы четыре партии ржаной муки разных сортов ("обойная" и "обдирная"). Состав микробных сообществ определяли с помощью высокопроизводительного секвенирования фрагментов гена 16S рРНК. Было показано, что в процессе последовательных освежений заквасок доля протеобактерий уменьшается, а доля Firmicutes увеличивается. Изменения в составе бактериальных сообществ совпали со снижением рН заквасок, а также значительным изменением запаха заквасок с неприятного гнилостного на выраженный заквасочный. В зрелых заквасках преобладали представители Firmicutes, преимущественно представленные молочнокислыми бактериями семейства Lactobacillaceae. Было обнаружено, что в процессе последовательных освежений заквасок водно-мучными питательными смесями происходят значительные изменения таксономической структуры микробиома заквасок на уровне семейства Lactobacillaceae. Так, относительная численность родов Latilactobacillus, Levilactobacillus, Lactiplantibacillus, Weissella, Pediococcus, Leuconostoc, Lactococcus, Enterococcus, характерных для молодых заквасок спонтанного брожения, снижается, при одновременном увеличении доли Fructilactobacillus и Companilactobacillus в густых заквасках, Limosilactobacillus и Fructilactobacillus в жидких заквасках без заварки. Лактобациллы Fructilactobacillus sanfranciscensis и Companilactobacillus sp. доминировали в зрелых густых ржаных заквасках, Limosilactobacillus pontis - в жидких ржаных заквасках без заварки на обдирной муке, а на обойной муке - Limosilactobacillus pontis и Fructilactobacillus sanfranciscensis. В результате проведенных исследований статистически значимых различий в альфа- и бета-разнообразии между заквасками, выведенными с использованием разных сортов и партий муки, выявлено не было. Было показано, что параметры ведения российских заквасок (влажность, температура), которые отличаются от принятых зарубежом, оказывают решающее влияние на формирование микробиома заквасок спонтанного брожения на уровне видов лактобацилл. Целью работы являлось изучение динамики микробных сообществ российских заквасок спонтанного брожения в процессе длительного их ведения. Объектами исследования были восемь заквасок спонтанного брожения: четыре густые ржаные и четыре жидкие ржаные закваски без заварки. Для приготовления заквасок были использованы четыре партии ржаной муки разных сортов ("обойная" и "обдирная"). Состав микробных сообществ определяли с помощью высокопроизводительного секвенирования фрагментов гена 16S рРНК. Было показано, что в процессе последовательных освежений заквасок доля протеобактерий уменьшается, а доля Firmicutes увеличивается. Изменения в составе бактериальных сообществ совпали со снижением рН заквасок, а также значительным изменением запаха заквасок с неприятного гнилостного на выраженный заквасочный. В зрелых заквасках преобладали представители Firmicutes, преимущественно представленные молочнокислыми бактериями семейства Lactobacillaceae. Было обнаружено, что в процессе последовательных освежений заквасок водно-мучными питательными смесями происходят значительные изменения таксономической структуры микробиома заквасок на уровне семейства Lactobacillaceae. Так, относительная численность родов Latilactobacillus, Levilactobacillus, Lactiplantibacillus, Weissella, Pediococcus, Leuconostoc, Lactococcus, Enterococcus, характерных для молодых заквасок спонтанного брожения, снижается, при одновременном увеличении доли Fructilactobacillus и Companilactobacillus в густых заквасках, Limosilactobacillus и Fructilactobacillus в жидких заквасках без заварки. Лактобациллы Fructilactobacillus sanfranciscensis и Companilactobacillus sp. доминировали в зрелых густых ржаных заквасках, Limosilactobacillus pontis - в жидких ржаных заквасках без заварки на обдирной муке, а на обойной муке - Limosilactobacillus pontis и Fructilactobacillus sanfranciscensis. В результате проведенных исследований статистически значимых различий в альфа- и бета-разнообразии между заквасками, выведенными с использованием разных сортов и партий муки, выявлено не было. Было показано, что параметры ведения российских заквасок (влажность, температура), которые отличаются от принятых зарубежом, оказывают решающее влияние на формирование микробиома заквасок спонтанного брожения на уровне видов лактобацилл. 

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Марина Николаевна Локачук

Санкт-Петербургский филиал ФГАНУ НИИ хлебопекарной промышленности, г. Санкт-Петербург

Email: m.lokachuk@gosniihp.ru
ORCID iD: 0000-0001-5074-2457
SPIN-код: 7622-8404
Россия

Олеся Александровна Савкина

Санкт-Петербургский филиал ФГАНУ НИИ хлебопекарной промышленности, г. Санкт-Петербург

Email: 1103savkina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2372-4277
SPIN-код: 7310-0439
Россия

Вадим Камильевич Хлесткин

ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

Email: dir2645@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9605-8028
SPIN-код: 6367-2970
Россия

Лина Ивановна Кузнецова

Санкт-Петербургский филиал ФГАНУ НИИ хлебопекарной промышленности, г. Санкт-Петербург

Email: l.kuznetcova@gosniihp.ru
ORCID iD: 0000-0002-1149-6043
SPIN-код: 9226-0790
Россия

Ольга Ивановна Парахина

1Санкт-Петербургский филиал ФГАНУ НИИ хлебопекарной промышленности, г. Санкт-Петербург

Автор, ответственный за переписку.
Email: o.parakhina@gosniihp.ru
ORCID iD: 0000-0002-0508-2813
SPIN-код: 1548-3089
Россия

Список литературы

  1. Gobbetti M, Minervini F, Pontonio E, et al. Drivers for the establishment and composition of the sourdough lactic acid bacteria biota. International Journal of Food Microbiology. 2016;239:3-18. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2016.05.022
  2. Montemurro M, Pontonio E, Gobbetti M, Rizzello CG. Investigation of the nutritional, functional and technological effects of the sourdough fermentation of sprouted flours. International Journal of Food Microbiology. 2019;302:47–58. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2018.08.005
  3. Lutter L, Jõudu I, Andreson H. Volatile organic compounds and their generation in sourdough. Agronomy Research. 2023;21(S2):504–536. doi: 10.15159/AR.23.017
  4. Easterbrook-Smith G. By bread alone: baking as leisure, performance, sustenance, during the COVID-19 crisis. Leisure in the Time of Coronavirus. 2022;43(1-2):164-170. doi: 10.1080/01490400.2020.1773980.
  5. Reese AT, Madden AA, Joossens M, Lacaze G, Dunn RR. Influences of ingredients and bakers on the bacteria and fungi in sourdough starters and bread. mSphere. 2020;5(1): e00950-19. doi: 10.1128/msphere.00950-19
  6. Corsetti A, Settanni L, López CC, et al. A taxonomic survey of lactic acid bacteria isolated from wheat (Triticum durum) kernels and non-conventional flours. Systematic and Applied Microbiology. 2007;30(7):561-571. doi: 10.1016/j.syapm.2007.07.001
  7. Calvert MD, Madden AA, Nichols LM, et al. A review of sourdough starters: Ecology, practices, and sensory quality with applications for baking and recommendations for future research. PeerJ.2021;9. doi: 10.7717/peerj.11389
  8. Martín-Garcia A, Riu-Aumatell M, López-Tamames E. Influence of process parameters on sourdough microbiota, physical properties and sensory profile. Food Reviews International.2023;39(1):334-348. doi: 10.1080/87559129.2021.1906698
  9. Lima TTM, de Oliveira Hosken B, Lindner JDD, et al. How to deliver sourdough with appropriate characteristics for the bakery industry? The answer may be provided by microbiota. Food Bioscience.2023;56:103072. doi: 10.1016/j.fbio.2023.103072
  10. De Vuyst L, González-Alonso V, Wardhana YR, Pradal I. Taxonomy and species diversity of sourdough lactic acid bacteria. In: Gobbetti M, Gänzle M, editors. Handbook on sourdough biotechnology. Cham: Springer International Publishing; 2023. P:97-160.
  11. De Vuyst L, Comasio A, Kerrebroeck SV. Sourdough production: fermentation strategies, microbial ecology, and use of non-flour ingredients. Critical reviews in food science and nutrition. 2023;63(15):2447-2479. doi: 10.1080/10408398.2021.1976100
  12. De Vuyst L, Van Kerrebroeck S, Leroy F. Microbial ecology and process technology of sourdough fermentation. Advances in applied microbiology. 2017;100:49-160. doi: 10.1016/bs.aambs.2017.02.003.
  13. Van Kerrebroeck S, Bastos FCC, Harth H, De Vuyst L. A low pH does not determine the community dynamics of spontaneously developed backslopped liquid wheat sourdoughs but does influence their metabolite kinetics. International Journal of Food Microbiology. 2016;239:54-64. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2016.07.019
  14. Arora K, Ameur H, Polo A, Di Cagno R, et al. Thirty years of knowledge on sourdough fermentation: A systematic review. Trends in Food Science & Technology. 2021;108:71-83. doi: 10.1016/j.tifs.2020.12.008
  15. Landis EA, Oliverio AM, McKenney EA, et al. The diversity and function of sourdough starter microbiomes. Elife.2021;10, e61644. doi: 10.7554/eLife.61644
  16. Costa LF, Kothe CI, Grassotti TT, et al. Evolution of the spontaneous sourdoughs microbiota prepared with organic or conventional whole wheat flours from South Brazil. Anais da Academia Brasileira de Ciências. 2022;94(suppl 4). doi: 10.1590/0001-3765202220220091
  17. Ercolini D, Pontonio E, De Filippis F, et al. Microbial ecology dynamics during rye and wheat sourdough preparation. Applied and Environmental Microbiology.2013;79(24):7827-7836. doi: 10.1128/AEM.02955-13.
  18. Minervini F, De Angelis M, Di Cagno R, Gobbetti M. Ecological parameters influencing microbial diversity and stability of traditional sourdough. International journal of food microbiology. 2014;171:136-146. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2013.11.021
  19. Harth H, Van Kerrebroeck S, De Vuyst L. Community dynamics and metabolite target analysis of spontaneous, backslopped barley sourdough fermentations under laboratory and bakery conditions. International Journal of Food Microbiology. 2016;228:22-32. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2016.04.011
  20. Oshiro M, Zendo T, Nakayama J. Diversity and dynamics of sourdough lactic acid bacteriota created by a slow food fermentation system. Journal of bioscience and bioengineering. 2021;131(4):333-340. doi: 10.1016/j.jbiosc.2020.11.007
  21. Alvarez-Sieiro P, Montalbán-López M, Mu D, Kuipers OP. Bacteriocins of lactic acid bacteria: extending the family. Applied microbiology and biotechnology. 2016;100:2939-2951. doi: 10.1007/s00253-016-7343-9
  22. Sadiq FA, Yan B, Tian F, et al. Lactic acid bacteria as antifungal and anti‐mycotoxigenic agents: a comprehensive review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety.2019;18(5):1403-1436. doi: 10.1111/1541-4337.12481
  23. Darbandi A, Asadi A, Mahdizade Ari M, et al. Bacteriocins: properties and potential use as antimicrobials. Journal of Clinical Laboratory Analysis. 2022;36(1). doi: 10.1002/jcla.24093
  24. Gänzle MG, Zheng J. Lifestyles of sourdough lactobacilli–Do they matter for microbial ecology and bread quality? International Journal of Food Microbiology.2019;302:15-23. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2018.08.019
  25. Collection of modern bakery technologies / under total. ed. A.P. Kosovan. - Moscow: Moscow Printing House No. 2, 2008. (in Russ).
  26. Bessmeltseva M, Viiard E, Simm J, Paalme T, Sarand I. Evolution of bacterial consortia in spontaneously started rye sourdoughs during two months of daily propagation. PLoS One. 2014;9(4). doi: 10.1371/journal.pone.0095449
  27. McKenney EA, Nichols LM, Alvarado S, et al. Sourdough starters exhibit similar succession patterns but develop flour-specific climax communities. PeerJ. 2023;11, e16163. doi: 10.7717/peerj.16163
  28. Boreczek J, Litwinek D, Żylińska‐Urban J, et al. Bacterial community dynamics in spontaneous sourdoughs made from wheat, spelt, and rye wholemeal flour. Microbiology Open. 2020;9:e1009. doi: 10.1002/mbo3.1009
  29. Afanasyeva O.V. Microbiological control of bakery production. Moscow, 1976 (in Russ).
  30. Khlestkin VK, Lokachuk MN, Savkina OA, Kuznetsova LI, Pavlovskaya EN, Parakhina OI. Taxonomic structure of bacterial communities in sourdoughs of spontaneous fermentation. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2022;26(4),385-393. doi: 10.18699/VJGB-22-47
  31. Lokachuk MN, Frolova JM. Study of the microbiota species composition and biotechnological properties of spontaneous sourdough during propagation. In: Proceedings of the International scientific and practical conference of young scientists and specialists "Current issues and modern solutions in food systems"; 2022 Sept 20-22; Moscow. Available from: https://elibrary.ru/item.asp?edn=lpjone&ysclid=me12ni027m38833245. EDN: LPJONE. (in Russ).
  32. Kuznetsova LI, Parakhina OA, Savkina OA, Burykina MS. Starting compositions of microorganisms for sourdoughs. Bakery and confectionery forum.2021;49:54-57 (in Russ).
  33. Afanasyeva O.V. Microbiology of bakery production. СПб, 2003(in Russ).
  34. Picozzi C, Gallina S, Fera TD, Foschino R. Comparison of cultural media for the enumeration of sourdough lactic acid bacteria. Annals of microbiology. 2005;55(4):317-320
  35. Gobbetti M, Rizzello CG, editors. Basic methods and protocols on sourdough. Springer; 2024. doi: 10.1007/978-1-0716-3706-7
  36. Bates ST, Berg-Lyons D, Caporaso JG, et al. Examining the global distribution of dominant archaeal populations in soil. ISME J. 2010;5:908-917. doi: 10.1038/ismej.2010.171
  37. Bolger AM, Lohse M, Usadel B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics. 2014;30(15):2114-2120. doi: 10.1093/bioinformatics/btu170.
  38. McMurdie PJ, Holmes S. phyloseq: An R Package for Reproducible Interactive Analysis and Graphics of Microbiome Census Data. PLoS ONE. 2013;8(4):e61217. doi: 10.1371/journal.pone.0061217.
  39. Wright ES. Using DECIPHER v2.0 to Analyze Big Biological Sequence Data in R. The R Journal. 2016;8(1), 352-359. doi: 10.32614/RJ-2016-025
  40. Caporaso JG, Kuczynski J, Stombaugh J, et al. QIIME allows analysis of highthroughput community sequencing data. Nat Methods. 2010;7(5):335-336. doi: 10.1038/nmeth.f.303
  41. Menezes LAA, Sardaro MS, Duarte RTD. Sourdough bacterial dynamics revealed by metagenomic analysis in Brazil. Food microbiology. 2020;85,103302. doi: 10.1016/j.fm.2019.103302
  42. von Gastrow L, Michel E, Legrand J, et al. Microbial community dispersal from wheat grains to sourdoughs: A contribution of participatory research. Molecular Ecology.2023;32(10):2413-2427. doi: 10.1111/mec.16630
  43. Bilska A, Wochna K, Habiera M, Serwańska-Leja K. Health Hazard Associated with the Presence of Clostridium Bacteria in Food Products. Foods. 2024;13(16): 2578. doi: 10.3390/foods13162578
  44. Liu X, Zhou M, Jiaxin C, et al. Bacterial diversity in traditional sourdough from different regions in China, LWT. 2018; 96(2):251-259.doi: 10.1016/j.lwt.2018.05.023
  45. Oleinikova Y, Amangeldi A, Zhaksylyk A, et al. Sourdough Microbiota for Improving Bread Preservation and Safety: Main Directions and New Strategies. Foods. 2025; 14(14):2443. doi: 10.3390/foods14142443
  46. Ceresino EB, Juodeikiene G, Schwenninger SM, da Rocha JMF. Sourdough microbiota and starter cultures for industry. Springer International Publishing AG; 2024. doi: 10.1007/978-3-031-48604-3
  47. Van Kerrebroeck S, Maes D, De Vuyst L. Sourdoughs as a function of their species diversity and process conditions, a meta-analysis. Trends in Food Science & Technology.2017;68:152-159. doi: 10.1016/j.tifs.2017.08.016

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор,


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 89324 от 21.04.2025.