Isolierung universell einsetzbarer und mikrobiologisch stabiler Sauerteigstarterkulturen durch spontane Fermentationen mit Amaranth.

Abstract

Spontaneous fermented sourdoughs prepared from five amaranth flours were screened for the presence of lactic acid bacteria (LAB) that predominate the autochthonous microbiota and thus may be suitable as starter cultures. The doughs were fermented with daily backslopping on the laboratory scale for 10 days with a dough yield of 200 at 30°C. Every 24 hours, the pH-values and total titratable acidity degrees were determined and samples were analyzed for the presence of LAB and yeasts by cultural methods. The identity of the isolates was traced during the fermentation with RAPD-PCR and two different primers, and the strains were identified by sequence analysis of the 16S rDNA genes. The strains Lactobacillus plantarum RTa12, L. sakei RTa14, and Pediococcus pentosaceus RTa11 were selected and applied as starters in further laboratory fermentations. All strains were predominant in repeated experiments, both, as single strains and in combination. During the first 24 h, L. plantarum RTa12 and P. pentosaceus RTa11 grew quite similar. The pH-value dropped earlier with P. pentosaceus RTa11, while both strains gave the same pH-values after 10 h of fermentation. In the challenge test with the autochthonous mikrobiota both strains overgrew the other LAB of the spontaneous fermented dough within the first eight hours, and were therefore considered dominant over the resident microbiota. Influences of the incubation temperature on the fermentation characteristics were mainly assessed in the viable cell counts, the pH-values and the titratable acidity degrees at 25°C. The pH-values for both strains were at high incubation temperatures (30 and 35°C) during the fermentation lower than at 25°C, respectively. However, after 24 h of fermentation both strains reached a pH-value of approximately 4.0 after 24 h. Further sugar, organic acid, mannitol and ethanol profiles of fermented doughs were determined with HPLC. Mainly analyzed metabolites in the doughs were glucose, sucrose, lactate, and acetate. To compare the potential starter cultures with commercial available startercultures, fermentations with two industrial startercultures were performed for 24 h at 30°C and a dough yield of 200. Both strains were able to compete with the commercial available starter cultures concerning viable cell counts, total titratable acidity and pH-values. Because of the dominance of both strains in sourdough fermentations with amaranth, the ability for acidification in a short time, the capacity to compete with the autochthonous mikrobiota, the robustness against lesser effects of the environment, e. g. variation of the temperature, and at least because of the ability to compete with commercial available startercultures, thus, the characterized strains L. plantarum RTa12 and P. pentosaceus RTa11 are interesting candidates as starter cultures for amaranth sourdoughs.

Spontan fermentierte Sauerteige, hergestellt aus fünf Amaranthmehlen, wurden auf die Präsenz von Milchsäurebakterien (MSB), welche in der autochthonen Mikrobiota im Mehl vorherrschten, überprüft. Die vorherrschenden Stämme wurden als Starterkulturen für Amaranthsauerteige in Erwägung gezogen. Die Teige wurden mit täglichem Anfrischen im Labormaßstab für zehn Tage bei 30°C und einer TA 200 fermentiert. Alle 24 Stunden wurden pH-Werte und Säuregrade bestimmt sowie Proben für die Keimzahlbestimmung von MSB und Hefen mit kulturabhängigen Methoden gezogen. Die Isolate wurden während der Fermentation mit RAPD-PCR mit zwei unterschiedlichen Primern auf Stammebene und mittels Sequenzierung der 16S rDNA auf Speziesebene identifiziert. Die Stämme Lactobacillus plantarum RTa12, L. sakei RTa14 und Pediococcus pentosaceus RTa11 wurden ausgewählt und in weiteren Laborfermentationen als Starterkulturen verwendet. Die Stämme L. plantarum RTa12 und P. pentosaceus RTa11 waren in diesen Experimenten vorherrschend, sowohl als Einzel- oder Mehrstammstarter, und wurden für weitere Versuche aufgrund guter Fermentationseigenschaften ausgewählt. Während der ersten 24 h wuchsen die Stämme L. plantarum RTa12 und P. pentosaceus RTa11 ziemlich ähnlich. Die pH-Werte fielen bei P. pentosaceus RTa11 etwas früher, während beide Stämme nach 10 h Fermentation die gleichen Werte zeigten. Es wurde die Wettbewerbsfähigkeit der beiden Stämme gegenüber der autochthonen Mikroflora evaluiert. Hier überwuchsen beide Stämme die anderen MSB der spontan fermentierten Teige innerhalb der ersten acht Stunden und waren somit über die residierende Mikrobiota dominant. Der Einfluss der Temperatur auf die Fermentationscharakteristika konnte für die MSB-Keimzahlen, die pH-Werte und die Säuregrade während der Fermentation vor allem bei 25°C beobachtet werden. Tendenziell konnten bei höheren Fermentationstemperaturen von 30 und 35°C höhere MSB-Keimzahlen erreicht werden als bei niedrigen Fermentationstemperaturen von 25°C. Die pH-Werte waren bei höheren Fermentationstemperaturen (30 und 35°C) während der Fermentation bei beiden Stämmen jeweils niedriger als bei 25°C, jedoch erreichten sie nach 24 h denselben Wert von etwa pH 4,0. Von dieser Vielzahl an Fermentationen wurden von repräsentativen Teigproben mittels HPLC-Analysen Stoffwechselprofile für Kohlenhydrate, organische Säuren, Mannitol und Ethanol erstellt. Hauptmetabolite waren hier vor allem Glukose, Saccharose, Laktat und Acetat. Um die potentiellen Starterkulturen mit kommerziell schon verfügbaren Starterkulturen zu vergleichen wurden in diesem Rahmen Fermentationen über 24 h bei 30°C durchgeführt. Beide Stämme konnten sowohl bezüglich der MSB-Keimzahlen, der pH-Werte als auch der Säuregrade mit den kommerziellen Starterkulturen konkurrieren. Aufgrund der Dominanz der beiden Stämme in Amaranthfermentationen, dem Säuerungsvermögen in kurzer Zeit, der Wettbewerbsfähigkeit gegenüber der autochthonen Mikrobiota, der Robustheit gegenüber kleineren Umwelteinflüssen, wie z. B. Temperaturschwankungen, und die Konkurrenzfähigkeit gegenüber kommerziell erhältlichen Sauerteigstartern sind die Stämme L. plantarum RTa12 und P. pentosaceus RTa11 interessante Kandidaten für die industrielle Anwendung als Starterkulturen in Amaranthsauerteigen.