Ο μεταβολισμός  είναι το σύνολο των βιοχημικών αντιδράσεων που πραγματοποιούνται στα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών και περιλαμβάνει όλες εκείνες τις βιοχημικές διαδικασίες, που εμπλέκονται στην παραγωγή και στην απελευθέρωση της ενέργειας.  Με άλλα λόγια, ο μεταβολισμός είναι η διεργασία κατά την οποία η ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στις τροφές, μετατρέπεται σε κατάλληλη μορφή τόσο για να αποθηκευτεί στον οργανισμό όσο και  για την παραγωγή ωφέλιμου έργου από αυτόν.

Ο μεταβολισμός διακρίνεται σε δύο διεργασίες, τον καταβολισμό και τον αναβολισμό. Ο καταβολισμός περιλαμβάνει τις αντιδράσεις διάσπασης πολύπλοκων ουσιών σε απλούστερες, με παράλληλη συνήθως απόδοση ενέργειας. Ο αναβολισμός περιλαμβάνει τις αντιδράσεις σύνθεσης πολύπλοκων χημικών ουσιών. Για την πραγματοποίηση των αντιδράσεων σύνθεσης καταναλώνεται συνήθως ενέργεια. Οι καταβολικές, δηλαδή, αντιδράσεις αποδίδουν ενέργεια (εξώθερμες), ενώ οι αναβολικές απορροφούν ενέργεια (ενδόθερμες).

Η ενέργεια που παράγεται στα κύτταρα των οργανισμών αποθηκεύεται στους χημικούς δεσμούς των βιομορίων. Για να σχηματιστούν αυτοί οι δεσμοί απαιτείται ενέργεια την οποία αποδίδουν στο περιβάλλον.

Εν προκειμένω, όλες οι μεταβολικές αντιδράσεις πραγματοποιούνται σε διάφορα χρονικά στάδια, όπου δημιουργούνται ή διασπώνται βαθμιαία χημικές ενώσεις. Κάθε τέτοιο στάδιο της «μεταβολικής οδού» καταλύεται από διαφορετικό κάθε φορά ένζυμο, η δομή του οποίου φέρεται να κωδικοποιείται από συγκεκριμένο γονίδιο. Το δε τελικό προϊόν κάθε τέτοιας διαδικασίας ονομάζεται μεταβολίτης.

Ζύμωση

Η ζύμωση (fermentation) είναι μια μεταβολική διαδικασία που προκαλεί χημικές αλλαγές σε οργανικές  ουσίες  μέσω της δράσης των μικροοργανισμών και των ενζύμων. Στη βιοχημεία, ορίζεται στενά ως η εξαγωγή ενέργειας από υδατάνθρακες απουσία οξυγόνου. Στην παραγωγή τροφίμων, μπορεί να αναφέρεται ευρύτερα σε οποιαδήποτε διαδικασία κατά την οποία η δραστηριότητα μικροοργανισμών επιφέρει μια επιθυμητή αλλαγή σε ένα τρόφιμο ή ποτό. Η ζύμωση είναι μια φυσική διαδικασία που εφαρμόζεται κατά την παραγωγή του ψωμιού.

Η ζύμωση που συμβαίνει στην αρτοποίηση, είναι μια μεταβολική διαδικασία κατά την οποία ένας μικροοργανισμός μετατρέπει έναν υδατάνθρακα, όπως το άμυλο σε αλκοόλη ή οξύ. Πιο συγκεκριμένα, η μαγιά με τον σακχαρομύκητα S. Cerevisiae εκτελεί ζύμωση για να αποκτήσει ενέργεια μετατρέποντας τους υδατάνθρακες σε απλά σάκχαρα, αλκοόλη και διοξείδιο του άνθρακα. Εκτός από τη μαγιά, τα γαλακτικά και οξικά βακτήρια μπορούν να πραγματοποιήσουν ζύμωση, μετατρέποντας τους υδατάνθρακες σε γαλακτικό και οξικό οξύ.

Η χημική αντίδραση που συμβαίνει κατά τη μεταβολική δραστηριότητα των ζυμομυκήτων αναφέρεται με απλοποιημένο τρόπο παρακάτω:

C ₆ H ₁₂ O ₆ (γλυκόζη) → 2 C ₂ H ₅ OH (αιθανόλη) + 2 CO ₂ (διοξείδιο του άνθρακα)

Η απλοποιημένη χημική αντίδραση για την παραγωγή γαλακτικού οξέος ή οξικού οξέος από τη γλυκόζη και την αιθανόλη αντίστοιχα είναι:

C ₆ H ₁₂ O ₆ (γλυκόζη) → 2 CH ₃ CHOHCOOH (γαλακτικό οξύ)

C ₂ H ₅ OH (αιθανόλη) → CH3COOH (οξικό οξύ) + (H2O) νερό

Σχήμα 1: Μεταβολισμός υδατανθράκων

Προζύμι

Το προζύμι αποτελεί τον αρχαιότερο τρόπο φυσικής ζύμωσης του ψωμιού. Η διόγκωση των αρτοσκευασμάτων που παρασκευάζονται αποκλειστικά με προζύμι βασίζεται στη δράση της “άγριας ​​μαγιάς” που δεν είναι τίποτα άλλο από αυτόχθονες ή προ υπάρχοντες  μικροοργανισμούς, και όχι στην παρουσία της εμπορικής μαγιάς.

 Προσδιορισμός του όρου «προζύμι»

Ένα προζύμι βασίζεται στη ζύμωση που λαμβάνει χώρα σε ένα μείγμα από αλεύρι και νερό. Η ζύμωση επιτυγχάνεται από τη φυσική μικροχλωρίδα του αλεύρου και του  περιβάλλοντος. Η αρχική μικροχλωρίδα απαρτίζεται από  έναν  μεγάλο αριθμό βακτηρίων και ζυμομυκήτων (De Vuyst and Neysens, 2005).

Μικροοργανισμοί βρίσκονται παντού στη φύση, στον αέρα, στο έδαφος, στα φυτά, στις φλούδες των φρούτων. Σε αδρανή μορφή είναι δυνατόν να υπάρχουν στο ίδιο το αλεύρι καθώς και στο κουτάλι με το οποίο ανακατεύουμε τη ζύμη.

Το προζύμι είναι μία συμβιωτική καλλιέργεια βακτηρίων και ζυμομυκήτων. Υπάρχουν καταγεγραμμένα τουλάχιστον 1500 είδη μικροοργανισμών. Οι κυριότεροι μικροοργανισμοί που βρίσκονται στο προζύμι είναι ο σακχαρομύκητας (Saccharomyces Cerev) και τα βακτήρια (Lactid acid και Acetic acid bacteria). Ο σακχαρομύκητας είναι υπεύθυνος για τη διόγκωση, με την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και αιθανόλης. Τα βακτήρια είναι υπεύθυνα για τη δημιουργία των οξέων και των αρωμάτων.

Μεταξύ αυτών των μικροοργανισμών διαδραματίζονται  πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις, όπου σταδιακά επέρχεται ισορροπία στη δραστηριότητα αυτών μέσα στο προζύμι,  και στη συνέχεια καθιερώνεται σε ώριμα προζύμια.

Τα πολύπλοκα όξινα και γλυκά αρώματα που αγαπάμε σε ένα προζυμένιο ψωμί, είναι υποπροϊόντα της ζύμωσης. Ουσιαστικά, τα βακτήρια παράγουν οργανικά οξέα όπως το γαλακτικό οξύ και το οξικό οξύ που προσδίδουν όξινη γεύση στο προζυμένιο ψωμί ενώ οι ζύμες παράγουν κυρίως CO2 και άλλες πτητικές ενώσεις, όπως εστέρες και ανώτερες αλκοόλες. Και οι δύο ομάδες μικροοργανισμών τόσο οι ζύμες όσο και τα βακτήρια συμβάλλουν στη σύνθεση πολύπλοκων αρωματικών ενώσεων που χαρακτηρίζουν το προζύμι.

Ωστόσο, αυτή είναι μια  υπερβολικά απλοποιημένη περιγραφή και κρύβει μια σειρά από σύνθετες και περίπλοκες βιοχημικές και μεταβολικές διαδικασίες. Τα βακτήρια και οι ζυμομύκητες που συνυπάρχουν μέσα στο προζύμι λαμβάνουν μέρος σε μεταβολικές διεργασίες οι οποίες επηρεάζουν τα τελικά οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των προϊόντων που παράγονται από αυτό.

Η αρχική μικροχλωρίδα του προζυμιού περιέχει ένα μεγάλο αριθμό βακτηρίων και ζυμομυκήτων. Ωστόσο, μόνο ορισμένα είδη  μικροοργανισμών θα παραμείνουν μετά από μερικά αναπιάσματα του προζυμιού.  Ανάπιασμα του προζυμιού αποκαλείται η παρέμβαση που γίνεται από τον αρτοποιό με τακτική προσθήκη νερού και αλεύρου στο αρχικό προζύμι για την παροχή νέων θρεπτικών συστατικών σε αυτό, ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Τα διαδοχικά αναπιάσματα βοηθούν στη σταθεροποίηση του οικοσυστήματος του προζυμιού και στην καθιέρωση μια συγκεκριμένης μικροχλωρίδας.

Οι μικροοργανισμοί κατά τη ζύμωση θρέφονται από τα συστατικά του αλεύρου που ήδη υπάρχουν ή παράγονται κατά την αρτοποίηση. Καθώς μάχονται για να επιβιώσουν, μετατρέπουν τα απλά σάκχαρα σε διοξείδιο του άνθρακα (το οποίο φουσκώνει το ψωμί) και διάφορα οξέα δημιουργώντας ένα πολύπλοκο μικροσκοπικό και τεράστιας θρεπτικής αξίας οικοσύστημα.

Η δημιουργία αυτού του οικοσυστήματος απαιτεί ώρες ή και μέρες ζύμωσης προκειμένου να υλοποιηθεί. Το οικοσύστημα συνεχίζει να εξελίσσεται με την πάροδο του χρόνου μέχρι να σταθεροποιηθεί. Οι μικροοργανισμοί που είναι ικανοί να προσαρμοστούν σε αυτό το οικοσύστημα, επιβιώνουν και επιφέρουν αλλαγές σε αυτό.

Ένα μεγάλο μέρος των αρχικών μικροοργανισμών δεν επιβιώνουν λόγω των συνθηκών που δημιουργούνται (χαμηλό ρΗ και αύξηση οξύτητας). Συνήθως, οι μικροοργανισμοί που επιβιώνουν είναι είτε αυτοί που δεν ανταγωνίζονται μεταξύ τους αλλά συμβιώνουν αρμονικά ως προς τις συνθήκες διαβίωσης και ανάπτυξή τους, είτε αυτοί που συνεργάζονται μεταξύ τους ως προς την παραγωγή υποστρωμάτων όπως συμβαίνει μέσω του βακτηριακού μεταβολισμού κατά τον οποίο παράγονται ουσίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από ορισμένες ζύμες. Για παράδειγμα, τα δύο μόρια γλυκόζης που προκύπτουν από την υδρόλυση της μαλτόζης από τον Lactobacillus sanfranciscensis μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τον ζυμομύκητα  Candida humilis (Lhomme et al., 2016). Παρόμοιες συνεργασίες μεταξύ των μικροοργανισμών συμβαίνουν επίσης στο πλαίσιο του μεταβολισμού του αζώτου όπου τα αμινοξέα που παράγονται από την υδρόλυση των πεπτιδίων από τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος, όπως ο Lactobacillus plantarum, χρησιμοποιούνται από ορισμένες ζύμες, όπως Saccharomyces cerevisiae.

Από τον  μεταβολισμό του αζώτου, προκύπτουν ένζυμα που είναι βασικά για τη διάσπαση της γλουτένης και ονομάζονται πρωτεάσες.   Αυτές διασπούν τους πεπτιδικούς δεσμούς της γλουτένης και το αποτέλεσμα είναι ότι τα αμινοξέα που προκύπτουν αποτελούν τροφή για τους ζυμομύκητες. Στην πράξη αυτά τα ένζυμα, μειώνουν τους χρόνους ανάμειξης αυξάνοντας την ταχύτητα απορρόφησης νερού, η οποία με τη σειρά της αυξάνει την εκτακτότητα της ζύμης αλλά και μειώνει τη συνοχή της ζύμης.

Αυτή η αλληλουχία διάσπασης είναι αναπόσπαστη για την ανάπτυξη της γεύσης και επηρεάζει το προφίλ πτητικών ενώσεων. Τα αμινοξέα που έχουν διασπαστεί από τις πρωτεΐνες της γλουτένης αλληλοεπιδρούν μέσω της αντίδρασης Maillard με τη  γλυκόζη, με αποτέλεσμα τα πραγματικά νόστιμα γευστικά συστατικά της κόρας και του χρώματος στο προζυμένιο ψωμί. Οι διαδικασίες που αναφέρθηκαν είναι ιδιαίτερα αργές και ένας από τους λόγους για τους οποίους το  ψωμί με προζύμι έχει πολυπλοκότερα χαρακτηριστικά ως προς τη γεύση και το άρωμα.

Τα είδη των μικροοργανισμών που καταφέρνουν να αναπτυχθούν με επιτυχία στο προζύμι είναι κυρίως εκείνα που μπορούν να αξιοποιήσουν αποτελεσματικότερα τα θρεπτικά συστατικά που ήδη υπάρχουν και απαιτούνται για την παραγωγή της ενέργειας που θα χρειαστούν. Οι μικροοργανισμοί που μπορούν να μεταβολίσουν τη μαλτόζη που αποτελεί τον κύριο υδατάνθρακα του αλεύρου, είναι αυτοί οι οποίοι θα υπερισχύσουν.

Ο χρόνος παίζει πολύ σημαντικό ρόλο, καθώς, είναι απαραίτητος προκειμένου να λάβουν χώρα όλες οι απαραίτητες βιοχημικές διεργασίες που καταλήγουν στα πολύπλοκα αρώματα ενός σωστά ωριμασμένου προζυμένιου ψωμιού. Καθώς οι ζυμομύκητες κατά τη διάρκεια της ζύμωσης, συνεχίζουν να θρέφονται από τα διαθέσιμα σάκχαρα, αυξάνεται και το διοξείδιο του άνθρακα που παράγουν. Αυτή η διαδικασία όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι υψηλή (30 – 35 °C) πραγματοποιείται με γρήγορο ρυθμό, ενώ σε χαμηλότερες θερμοκρασίες με πιο αργό ρυθμό. Η παραγωγή του διοξειδίου του άνθρακα παγιδεύεται στο πλέγμα που δημιουργεί η γλουτένη, φουσκώνοντας τη ζύμη. Όταν το ψωμί ψήνεται, φουσκώνει ακόμη περισσότερο καθώς εξακολουθεί να παράγεται διοξείδιο, έως ότου τελικά, οι μικροοργανισμοί πεθαίνουν.

Σχήμα 2: Διαδρομή του μεταβολισμού της μαγιάς και των γαλακτοβάκιλων σε ένα συνηθισμένο προζύμι

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω τα βακτήρια είναι υπεύθυνα για τα όξινα και γλυκά αρώματα που αναπτύσσονται στο προζυμένιο ψωμί. Στα οξικά οξέα οφείλεται η χαρακτηριστική ¨όξινη¨ γεύση και άρωμα  του προζυμιού, ενώ στα γαλακτικά οξέα τα βουτυρώδη αρώματα.

Αυτό εξηγεί γιατί τα προζυμένια ψωμιά έχουν γευστικό προφίλ που γέρνει προς τη μία ή την άλλη πλευρά. Κάτι τέτοιο βέβαια ξεκινά από το είδος των μικροοργανισμών που υπάρχουν στο προζύμι. Στόχος της παρασκευής του προζυμιού πρέπει να είναι η επίτευξη της ιδανικής αναλογίας γαλακτικών και οξικών οξέων καθώς επίσης και η ανάπτυξη των ζυμομυκήτων της άγριας μαγιάς. Σε ένα υγιές προζύμι, οι μικροοργανισμοί συμβιώνουν αρμονικά μεταξύ τους.

Κάθε οικοσύστημα έχει τη δική του πορεία στον μεταβολισμό και στην παραγωγή ουσιών. Με λίγα λόγια, το προφίλ της μικροχλωρίδας που καθιερώνεται σε ένα προζύμι επηρεάζεται σημαντικά από το  μεταβολικό δυναμικό βακτηρίων και ζυμομυκήτων. Ως μεταβολικό δυναμικό εννοείται η ικανότητα χρήσης ορισμένων υποστρωμάτων από τους μικροοργανισμούς του προζυμιού και η σύνθεση ορισμένων προϊόντων.

Γνωρίζοντας σε βάθος τις μεταβολικές διεργασίες των μικροοργανισμών που συμβιώνουν σε ένα προζύμι είναι δυνατόν να γνωρίζουμε και το επιθυμητό αποτέλεσμα ως αναφορά το αρωματικό προφίλ και τα λειτουργικά του χαρακτηριστικά. Η χρήση των προζυμιών στην αρτοποιία διασφαλίζει τη βελτίωση της υφής της ψίχας των αρτοσκευασμάτων, την αύξηση της διατηρησιμότητά τους και τη δημιουργία ιδιαίτερων  χαρακτηριστικών όσον αφορά τη γεύση και το άρωμα.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%9C%CE%B5%CF%84%CE%B1%CE%B2%CE%BF%CE%BB%CE%B9%CF%83%CE%BC%CF%8C%CF%82

2. Lesaffre Technical Library Controlling taste mechanism in bread making.
3. Lesaffre Technical Library Sourdough metabolism.
4. Marion Bennion – (1980 ) THE SCIENCE OF FOOD-WILEY N. Y
5. Lesaffre Technical Library 1293. Sourdough microbiology
6. Lesaffre Technical Library 1302_3. Ferments for sourdough production
7. Lesaffre Technical Library Sourdough fermentation predictive method. 

Δημήτρης Μποσδίκος

Τεχνολόγος Τροφίμων

ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ:

Αντικατάσταση ζωικού γάλακτος στην παραγωγή παγωτού

Cranberries: το χρώμα στα αρτοσκευάσματα

OURSE, υψηλή ζαχαροπλαστική με γαλλική φινέτσα