Η ζύμωση, ή αλλιώς η καλλιέργεια μικροοργανισμών, αποτελεί μία από τις αρχαιότερες τεχνικές συντήρησης τροφίμων, η οποία προσδίδει πολυπλοκότερες γεύσεις, αρώματα και υφές στα παραγόμενα από αυτήν προϊόντα. Πρόκειται για φυσική βιοχημική διαδικασία, κατά την οποία ένα ωμό τρόφιμο μετασχηματίζεται μέσω των ενζύμων που παράγονται από μικροοργανισμούς που βρίσκονται είτε στο ίδιο το τρόφιμο είτε στο περιβάλλον του.
Στα τρόφιμα που έχουν υποστεί ζύμωση -βιοχημική ζύμωση για να είμαστε ακριβείς- παράγονται ουσίες, όπως η αιθανόλη (οινόπνευμα – αλκοόλη), διοξείδιο του άνθρακα, γαλακτικό οξύ, μεθανόλη, υδρογόνο, μεθάνιο, βουτυρικό οξύ, ακετόνη και οξικό οξύ. Εκτός του ότι δίνουν άρωμα και γεύση, οι ουσίες αυτές εμποδίζουν την ανάπτυξη ανεπιθύμητων μικροοργανισμών, συμβάλλοντας στη διατήρησή τους. Με άλλα λόγια θα λέγαμε ότι οι βιοχημικές ζυμώσεις των τροφίμων αποτελούν και βιολογική μέθοδο συντήρησης. Στην τεχνολογία τροφίμων με τον όρο ζυμώσεις εννοούνται οι δράσεις των μικροοργανισμών που οδηγούν στην παραγωγή προϊόντων διατροφής. Αυτές είναι:
- Η αλκοολική ζύμωση (κρασί, μπύρα, ψωμί με μαγιά, ή προζύμι)
- Η οξική ζύμωση (ξύδι)
- Η γαλακτική ζύμωση (γιαούρτι).
Το σημείο καμπής ήρθε όταν ο Louis Pasteur (1822-1895), από το 1850 έως το 1860, επανέλαβε τα πειράματα του Schwann και έδειξε ότι η ζύμωση ξεκίνησε από ζωντανούς οργανισμούς.
Το 1857, ο Pasteur ανακάλυψε ότι η ζύμωση του γαλακτικού οξέος προκαλείται από ζωντανούς οργανισμούς, ενώ το 1860 εντόπισε με ποιο τρόπο τα βακτήρια προκαλούν ξίνισμα στο γάλα, μια διαδικασία που μέχρι τότε θεωρείτο μια απλή χημική αλλαγή. Τα ευρήματα αυτά οδήγησαν αργότερα στη διαδικασία της παστερίωσης.
Η βιοχημική ζύμωση (fermentation) είναι μια σύνθετη διαδικασία κατά την οποία μικροοργανισμοί, όπως βακτήρια και μύκητες, διασπούν σάκχαρα με τη δράση των ενζύμων τους, απουσία οξυγόνου. Η διαδικασία αυτή δεν περιορίζεται σε μία ενιαία χημική αντίδραση, αλλά εξελίσσεται σε διαδοχικά στάδια, στα οποία παρατηρείται διαφοροποίηση των μικροοργανισμών ως προς την παρουσία και την αναλογία τους.
Αυτός είναι ένας από τους λόγους που οι εταιρείες τροφίμων φροντίζουν ιδιαίτερα να προστατεύουν τις συνταγές τους και να διατηρούν τις βιοτράπεζες μικροοργανισμών τους.
Η ζύμωση μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε φυσικά είτε ελεγχόμενα με την προσθήκη καλλιέργειας εκκίνησης.
Η φυσική ή αυθόρμητη ζύμωση πραγματοποιείται από τους μικροοργανισμούς που υπάρχουν φυσικά στο τρόφιμο, όταν επικρατούν οι κατάλληλες συνθήκες για την ανάπτυξή τους (π.χ. δημιουργία αναερόβιου περιβάλλοντος, όπως στην παραγωγή τουρσιών ή ελιών). Αυτό μπορεί να επιτευχθεί είτε με την εξάλειψη του οξυγόνου, είτε με την αναστολή της ανταγωνιστικής μικροχλωρίδας π.χ. με την προσθήκη άλατος ή ξυδιού στα ίδια προϊόντα.
Η ελεγχόμενη ζύμωση πραγματοποιείται μετά την προσθήκη ειδικής καλλιέργειας εκκίνησης (επιλεγμένοι μικροοργανισμοί) στο τρόφιμο. Είναι απαραίτητη όταν η πρώτη ύλη έχει παστεριωθεί (π.χ. παστεριωμένο γάλα) ή όταν οι επιθυμητοί μικροοργανισμοί της ζύμωσης δεν μπορούν εύκολα να επικρατήσουν έναντι των ανταγωνιστικών ειδών (π.χ. στη ζυθοποίηση, όπου άγριες ζύμες μπορεί να παρεμποδίσουν την αλκοολική ζύμωση από τους σακχαρομύκητες).
Τρόφιμα που μπορούν να υποστούν ζύμωση
Η βιομηχανία τροφίμων χρησιμοποιεί ευρέως τη ζύμωση σε πολλές μεθόδους παραγωγής, οδηγώντας σε μια μεγάλη ποικιλία ζυμωμένων προϊόντων. Παγκοσμίως καταγράφονται πάνω από 3.500 παραδοσιακά ζυμωμένα τρόφιμα.
Μερικά παραδείγματα ζυμωμένων τροφίμων είναι τα εξής:
- Γαλακτοκομικά προϊόντα: γιαούρτι, τυρί, κεφίρ, κουμίς (kummis)
- Προϊόντα από σόγια: μίσο (miso), τέμπε (tempeh), νάττο (nattō), σάλτσα σόγιας (soya sauce)
- Φρούτα: κρασί, ξύδι, μηλίτης
- Δημητριακά: μπύρα, ψωμί με προζύμι, κβας (kvass), όγκι (ogi)
- Προϊόντα κρέατος: ιταλικό σαλάμι, πεπερόνι, ξηρά λουκάνικα, παστράμι.
- Λαχανικά: τουρσί (λάχανο, αγγούρι, καρότο κ.ά.), κιμτσί (kimchi)
- Τσάι: κομπούχα (kombucha)
Οι κυριότερες ζυμώσεις των τροφίμων είναι:
- Αλκοολική ζύμωση
Κατά την αλκοολική ζύμωση, τα σάκχαρα μετατρέπονται σε αιθυλική αλκοόλη και διοξείδιο του άνθρακα με τη δράση ζυμομυκήτων:
Ζάχαρα + Ζυμομύκητες → Αλκοόλη + Διοξείδιο του άνθρακα
Οι κυριότερες εφαρμογές της αλκοολικής ζύμωσης περιλαμβάνουν την παραγωγή κρασιού, μπύρας και άλλων αλκοολούχων ποτών. Στην ίδια κατηγορία εντάσσεται και η ζύμωση που λαμβάνει χώρα κατά την παρασκευή ψωμιού. Το διοξείδιο του άνθρακα που παράγεται συμβάλλει στη διόγκωση (φούσκωμα) και στη διαμόρφωση της κυψελωτής δομής της ψίχας.
- Οξική ζύμωση
Κατά την οξική ζύμωση, η αιθυλική αλκοόλη (π.χ. από κρασί)μετατρέπεται σε οξικό οξύ (ξύδι) με τη δράση οξικών βακτηρίων και παρουσία οξυγόνου:
Αλκοόλη (κρασί) + Οξικά βακτήρια + Οξυγόνο → Οξικό οξύ (ξύδι)
Σε αντίθεση με τις ζύμες που συμμετέχουν στην αλκοολική ζύμωση, τα οξικά βακτήρια απαιτούν έντονη παροχή οξυγόνου για να αναπτυχθούν και να δράσουν αποτελεσματικά. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα οξικής ζύμωσης είναι η μετατροπή του κρασιού σε ξύδι.
• Γαλακτική ζύμωση
Ζάχαρα τροφίμου + Γαλακτικά βακτήρια → Οξέα + Διοξείδιοτου άνθρακα + άλλα προϊόντα
Τα παραγόμενα οξέα αυξάνουν την οξύτητα και μειώνουν το pH του τροφίμου, συμβάλλοντας στη συντήρησή του και στην ανάπτυξη χαρακτηριστικής γεύσης.
Κύριες εφαρμογές της γαλακτικής ζύμωσης είναι η παραγωγή τουρσιών και βρώσιμων ελιών -τα προϊόντα αυτά τοποθετούνται σε διάλυμα άλμης (6–8%), απ’ όπου τα σάκχαρα διαχέονται και ζυμώνονται από τα γαλακτικά βακτήρια, καθώς και η παραγωγή γαλακτοκομικών, όπως γιαούρτι και τυρί – Η λακτόζη (σάκχαρο του γάλακτος) ζυμώνεται από γαλακτικά βακτήρια, με αποτέλεσμα την παραγωγή γαλακτικού οξέος, το οποίο προκαλεί την οξίνιση και την πήξη του γάλακτος.
- Άλλες γνωστές μορφές ζύμωσης
Ορισμένες μορφές ζύμωσης συμβάλλουν είτε στη συντήρηση των τροφίμων είτε στη διαμόρφωση των οργανοληπτικών τους χαρακτηριστικών (γεύση, άρωμα, υφή). Τέτοια παραδείγματα είναι οι ζυμώσεις που λαμβάνουν χώρα κατά την ωρίμανση τυριών, όπως η παρμεζάνα, καθώς και σε προϊόντα κρέατος όπως το προσούτο.
Παράγοντες που επηρεάζουν την ζύμωση
Οι μικροοργανισμοί για να αναπτυχθούν χρειάζονται μια πηγή ενέργειας. Αρχικά επικρατούσε η άποψη ότι μοναδική πηγή ενέργειας για την ανάπτυξή των μικροοργανισμών είναι οι υδατάνθρακες. Σήμερα γνωρίζουμε ότι οι πρωτεΐνες και τα λίπη μπορούν να διασπαστούν από μικροοργανισμούς.
Η χαρακτηριστική γεύση των ώριμων τυριών οφείλεται όχι μόνο στη ζύμωση της λακτόζης (του σακχάρου του γάλακτος) από μικροοργανισμούς, αλλά και στη δράση ενζύμων που διασπούν τις πρωτεΐνες και τα λιπαρά του γάλακτος, δημιουργώντας πτητικές ενώσεις με έντονο άρωμα και γεύση.
Παράγοντες που επηρεάζουν τις ζυμώσεις
Η πορεία και το αποτέλεσμα μιας ζύμωσης επηρεάζονται από διάφορους παράγοντες, όπως η παρουσία ή απουσία οξυγόνου, η οξύτητα (pH) του υποστρώματος ή του τροφίμου, η θερμοκρασία, καθώς και η περιεκτικότητα σε αλάτι.
Η παρουσία ή απουσία οξυγόνου αποτελεί έναν από τους βασικότερους παράγοντες ελέγχου των ζυμώσεων. Οι περισσότεροι μικροοργανισμοί είναι αερόβιοι και απαιτούν οξυγόνο για την ανάπτυξή τους. Υπάρχουν όμως και μικροοργανισμοί που χαρακτηρίζονται ως προαιρετικά αερόβιοι, καθώς μπορούν να αναπτυχθούν τόσο με την παρουσία όσο και με την απουσία οξυγόνου.
Τα περισσότερα τρόφιμα παρουσιάζουν pH που κυμαίνεται από όξινο έως ελαφρώς όξινο. Τρόφιμα με ελαφρώς όξινο pH είναι το βοδινό και χοιρινό κρέας, το κοτόπουλο, το μπέικον, το γάλα.
Τρόφιμα με έντονα όξινο pH περιλαμβάνουν τους χυμούς φρούτων, τα προϊόντα ντομάτας, τα τουρσιά, γαλακτοκομικά προϊόντα όπως το γιαούρτι, η φέτα κ.ά.
Όλες οι βασικές ομάδες μικροοργανισμών (βακτήρια, ζύμες και μύκητες) προτιμούν για την ανάπτυξή τους pH ελαφρώς μικρότερο από το 7, δηλαδή ένα ελαφρώς όξινο περιβάλλον, έως και περίπου 5,3. Ανάμεσά τους, οι ζύμες και οι μύκητες εμφανίζουν μεγαλύτερη ανθεκτικότητα στα οξέα και στις χαμηλές τιμές pH.
Η θερμοκρασία είναι, ίσως, ο σημαντικότερος περιβαλλοντικός παράγοντας που επηρεάζει την ανάπτυξη των μικροοργανισμών. Για κάθε είδος μικροοργανισμού υπάρχουν τρεις βασικές τιμές θερμοκρασίας: η άριστη (η θερμοκρασία στην οποία η ανάπτυξη είναι μέγιστη), η ελάχιστη, και η μέγιστη.
Εκτός αυτών των ορίων, οι μικροοργανισμοί είτε σταματούν να αναπτύσσονται είτε, σε υψηλές θερμοκρασίες, καταστρέφονται. Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης, η θερμοκρασία πρέπει να διατηρείται στην ιδανική τιμή για το συγκεκριμένο μικροβιακό είδος που επιτελεί τη ζύμωση.
Επιπλέον, η ποσότητα του αλατιού στο υπόστρωμα αποτελεί καθοριστικό παράγοντα για το ποιοι μικροοργανισμοί μπορούν να επιβιώσουν και να αναπτυχθούν. Σε πολλές περιπτώσεις, το αλάτι ρυθμίζει την ίδια τη ζύμωση, αποκλείοντας ανεπιθύμητους μικροοργανισμούς και ευνοώντας συγκεκριμένες ομάδες.
Πλεονεκτήματα τροφίμων που έχουν υποστεί ζύμωση
Τα οφέλη των ζυμωμένων τροφίμων για την υγεία, σε συνδυασμό με τις γαστρονομικές δυνατότητες που προσφέρουν, έχουν ανανεώσει τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρον για τις ζυμώσεις. Oι ζυμώσεις συμβάλουν ουσιαστικά στην αντιμετώπιση του σημαντικού προβλήματος της σπατάλης τροφίμων, μετατρέποντας ευπαθή προϊόντα σε ασφαλή τρόφιμα μεγάλης διάρκειας.
Η παραγωγή τροφίμων μέσω ζύμωσης εξακολουθεί να έχει μεγάλη οικονομική σημασία, τόσο στον τομέα της επεξεργασίας όσο και στη βιομηχανία τροφίμων. Για την παρασκευή ζυμωμένων προϊόντων χρησιμοποιούνται τόσο παραδοσιακές τεχνικές όσο και σύγχρονες μέθοδοι, αξιοποιώντας την τεχνολογική πρόοδο και τη γνώση της μικροβιολογίας.
Επιστημονικές έρευνες έχουν δείξει ότι τα ζυμωμένα τρόφιμα προσφέρουν πολλαπλά πλεονεκτήματα, όπως:
- Φυσική συντήρηση τροφίμων: Κατά τη ζύμωση, οι μικροοργανισμοί παράγουν οξέα ή αλκοόλες που αναστέλλουν την ανάπτυξη βακτηρίων υπεύθυνων για την αλλοίωση των τροφίμων, συμβάλλοντας έτσι στη φυσική τους διατήρηση
- Βελτιωμένη πέψη: Δύσπεπτα πολυμερή –ιδιαίτερα εκείνα που προέρχονται από φυτικά τρόφιμα– διασπώνται από εξωένζυμα των μικροοργανισμών, καθιστώντας τα πιο εύπεπτα και ευκολότερα απορροφήσιμα από το έντερο
- Μειωμένη περιεκτικότητα σε επιβλαβείς ουσίες: Ορισμένα επιβλαβή συστατικά, όπως οι μυκοτοξίνες των δημητριακών, αποικοδομούνται από μικροοργανισμούς κατά τη διάρκεια της ζύμωσης (π.χ. στη ζυθοποίηση), μειώνοντας την τοξικότητα των τροφίμων
- Υψηλή περιεκτικότητα σε βιταμίνες: Οι μικροοργανισμοί συνθέτουν, για τις δικές τους ανάγκες, ουσίες που το ανθρώπινο σώμα αξιοποιεί ως βιταμίνες (όπως του συμπλέγματος Β), ενισχύοντας, έτσι, τη διατροφική αξία των τροφίμων
- Ανώτερα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά (άρωμα και γεύση): Τα μικρόβια συνθέτουν ουσίες που είναι εύγευστες και εύοσμες για τις ανθρώπινες αισθήσεις.
Η σημασία των πλεονεκτημάτων των τροφίμων που έχουν υποστεί ζύμωση έχει αλλάξει σημαντικά κατά τη διάρκεια των αιώνων. Σήμερα, οι καταναλωτές επιθυμούν τρόφιμα με ποικιλία γεύσεων, υψηλή θρεπτική αξία και οφέλη για την υγεία. Αντίθετα, στο παρελθόν, οι λόγοι για την κατανάλωση ζυμωμένων τροφίμων είχαν να κάνουν κυρίως με την επιβίωση. Ειδικότερα, στην αρχαιότητα, η ανάγκη αποθήκευσης τροφίμων για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα ήταν κρίσιμη, ώστε να υπάρχουν αποθέματα κατά τη διάρκεια των χειμερινών μηνών, όταν η διαθεσιμότητα τροφίμων ήταν περιορισμένη.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
1. Γαρδέλη Χρ., Γαρδάκα Αιμ., Μαλλίδης Κωνστ., Ταραντίλης Πετ. (2015). Αρχές Επεξεργασίας Τροφίμων. Εκδόσεις Υπουργείου Παιδείας και Θρησκευμάτων / ΙΤΥΕ – Διόφαντος.
2. Κασταμποξάκης Κων., Κεγαγιάς Χρ., Παπαναστασίου Δημ., Χαϊκάλη Μ. (2015). Εισαγωγή στην Τεχνολογία Τροφίμων. Εκδόσεις Υπουργείου Παιδείας και Θρησκευμάτων / ΙΤΥΕ – Διόφαντος.
3. Wikipedia. Fermentation. Ανακτήθηκε από: https://en.wikipedia.org/wiki/Fermentation
4. Γιαβάσης Ιωάννης (2019). Σημειώσεις Θεωρίας Τεχνολογίας & Ποιοτικού Ελέγχου Ζυμωμένων Τροφίμων. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, Τμήμα Επιστήμης Τροφίμων και Διατροφής.
5. MedNutrition. Ποια τρόφιμα έχουν υποστεί ζύμωση. Ανακτήθηκε από: https://www.mednutrition.gr/portal/lifestyle/diatrofi/17601-poia-trofima-exoun-ypostei-zymosi
6. Bennion, Marion (1980). The Science of Food. Wiley, N.Y.
7. Tay, Andy, PhD (Jul 18, 2019). The Science of Fermentation: How modern technologies make your favorite fermented food tastier. Ανακτήθηκε από: https://www.labmanager.com/the-science-of-fermentation-1432
8. Science Notes. What is Fermentation? Definition and Examples. Ανακτήθηκε από: https://sciencenotes.org/what-is-fermentation-definition-and-examples/
9. Wikipedia. List of Fermented Foods. Ανακτήθηκε από: https://en.wikipedia.org/wiki/list_of_fermented_foods
10.Steinkraus, Keith H. (1997). Classification of Fermented Foods: Worldwide Review of Household Fermentation Techniques. Food Control, Vol. 8, No. 5/6, pp. 311-317. Elsevier Science Ltd.
