Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Таксономическая структура бактериальных сообществ в хлебных заквасках спонтанного брожения

https://doi.org/10.18699/VJGB-22-47

Полный текст:

Аннотация

Статья посвящена исследованию микробиома хлебных заквасок спонтанного брожения. Цель работы – изучение влияния технологических параметров ведения заквасок на таксономическую структуру микробиома хлебных заквасок спонтанного брожения. Объектами исследования являлись две закваски спонтанного брожения – густая ржаная и жидкая ржаная без заварки, приготовленные с использованием одной партии муки ржаной обдирной. Для изучения таксономической структуры заквасочного микробиома в динамике применяли метод высокопроизводительного секвенирования фрагментов генов 16S рРНК микроорганизмов. Показано, что технологические параметры ведения заквасок (влажность, температура) не оказывают влияния на таксономический состав микробиома густой ржаной и жидкой ржаной заквасок на уровне филумов/классов/родов (но не видов). Установлено, что в течение первых трех суток ведения в микробном сообществе доминировали бактерии из филумов Proteobacteria и Firmicutes. В филуме Proteobacteria большую долю занимали микроорганизмы из порядка Enterobacterales, которые сохранялись в течение трех суток ведения заквасок. Филум Firmicutes был представлен молочнокислыми бактериями родов Weissella, Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus, Lactococcus. Классическими микробиологическими методами установлено, что через одни сутки брожения количество клеток молочнокислых бактерий было значительно выше в жидкой ржаной закваске по сравнению с густой, однако при дальнейшем ведении заквасок количество клеток было сопоставимым, при этом происходили существенные изменения на уровне родов и видов. Выявлено, что по мере увеличения относительной численности молочнокислых бактерий рода Lactobacillus происходило постепенное вытеснение кокковых форм Lactococcus, Leuconostoc, Weissella, Pediococcus. При дальнейшем ведении заквасок через 10 суток положение доминирующих групп бактерий занимали представители филума Firmicutes – молочнокислые бактерии рода Lactobacillus. Показано влияние режима и параметров ведения заквасок на видовой состав лактобацилл, который демонстрировал низкое бактериальное разнообразие. В первые трое суток ведения в обеих заквасках доминировали лактобациллы L. curvatus, L. brevis и Lactiplantibacillus sp. Через месяц ведения в густой ржаной закваске доминировали Fructilactobacillus sanfranciscensis и Companilactobacillus sp., а в жидкой ржаной – L. pontis.

Об авторах

В. К. Хлесткин
Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения сельскохозяйственных животных – филиал Федерального исследовательского центра животноводства – ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста
Россия

Пушкин, Санкт-Петербург



М. Н. Локачук
Санкт-Петербургский филиал Научно-исследовательского института хлебопекарной промышленности
Россия

Пушкин, Санкт-Петербург



О. А. Савкина
Санкт-Петербургский филиал Научно-исследовательского института хлебопекарной промышленности
Россия

Пушкин, Санкт-Петербург



Л. И. Кузнецова
Санкт-Петербургский филиал Научно-исследовательского института хлебопекарной промышленности
Россия

Пушкин, Санкт-Петербург



Е. Н. Павловская
Санкт-Петербургский филиал Научно-исследовательского института хлебопекарной промышленности
Россия

Пушкин, Санкт-Петербург



О. И. Парахина
Санкт-Петербургский филиал Научно-исследовательского института хлебопекарной промышленности
Россия

Пушкин, Санкт-Петербург



Список литературы

1. Auerman L.Ya. Technology of Bakery Production. Saint-Petersburg, Professiya Publ., 2009. (in Russian)

2. Baek H.W., Bae J.H., Lee Y.G., Kim S.A., Min W., Shim S., Han N.S., Seo J.Н. Dynamic interactions of lactic acid bacteria in Korean sourdough during back-slopping process. J. Appl. Microbiol. 2021; 131(5):2325-2335. DOI 10.1111/jam.15097.

3. Bates S.T., Berg-Lyons D., Caporaso J.G., Walters W.A., Knight R., Fierer N. Examining the global distribution of dominant archaeal populations in soil. ISME J. 2010;5:908-917. DOI 10.1038/ismej.2010.171.

4. Bӧcker G., Stolz P., Hammes W.P. Neue erkenntnisse zum okosystem sauerteig und zur physiologie der sauerteigtypischen stamme Lactobacillus sanfrancisco und Lactobacillus pontis. Getreide Mehl. und Brot. 1995;49:370-374.

5. Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics. 2014;30(15):2114-2120. DOI 10.1093/bioinformatics/btu170.

6. Boreczek J., Litwinek D., Żylińska-Urban J., Izak D., Buksa K., Gawor J., Gromadka R., Bardowski J.K., Kowalczyk M. Bacterial community dynamics in spontaneous sourdoughs made from wheat, spelt, and rye wholemeal flour. MicrobiologyOpen. 2020;9(4):1-13. DOI 10.1002/mbo3.1009.

7. Caporaso J.G., Kuczynski J., Stombaugh J., Bittinger K., Bushman F.D., Costello E.K., Fierer N., Peña A.G., Goodrich J.K., Gordon J.I., Huttley G.A., Kelley S.T., Knights D., Koenig J.E., Ley R.E., Lozupone C.A., McDonald D., Muegge B.D., Pirrung M., Reeder J., Sevinsky J.R., Turnbaugh P.J., Walters W.A., Widmann J., Yatsunenko T., Zaneveld J., Knight R. QIIME allows analysis of highthroughput community sequencing data. Nat. Methods. 2010; 7(5):335-336. DOI 10.1038/nmeth.f.303.

8. De Vuyst L., Neysens P. The sourdough microflora: biodiversity and metabolic interactions. Trends Food Sci. Technol. 2005;16(1-3): 43-56. DOI 10.1016/j.tifs.2004.02.012.

9. De Vuyst L., Van Kerrebroeck S., Leroy F. Microbial ecology and process technology of sourdough fermentation. Adv. Appl. Microbiol. 2017;100:49-160. DOI 10.1016/bs.aambs.2017.02.003.

10. Ercolini D., Pontonio E., De Filippis F., Minervini F., La Storia A., Gobbetti M., Di Cagno R. Microbial ecology dynamics during rye and wheat sourdough preparation. Appl. Environ. Microbiol. 2013; 79(24):7827-7836. DOI 10.1128/AEM.02955-13.

11. Gänzle M., Ehmann M.R., Hammes W. Modeling of growth of Lactobacillus sanfranciscensis and Candida milleri in response to process parameters of sourdough fermentation. Appl. Environ. Microbiol. 1998;64(7):2616-2623. DOI 10.1128/AEM.64.7.2616-2623.1998.

12. Hammes W.P., Brandt M.J., Francis K.L., Rosenheim J. Microbial ecology of cereal fermentations. Trends Food Sci. Technol. 2005; 16(1-3):4-11. DOI 10.1016/j.tifs.2004.02.010.

13. Kosovan A.P. (Ed.). Collection of Modern Bakery Technologies. Moscow, 2008. (in Russian)

14. Kuznetsova L.I., Parakhina O.A., Savkina O.A., Burykina M.S. Starting compositions of microorganisms for sourdoughs. Khlebopekarnyy i Konditerskiy Forum = Bakery and Confectionery Forum. 2021; 49:54-57. (in Russian)

15. Landis E.A., Oliverio A.M., McKenney E.A., Nichols L.M., Kfoury N., Biango-Daniels M., Shell L.K., Madden A.A., Shapiro L., Sakunala S., Drake K., Robbat A., Booker M., Dunn R.R., Fierer N., Wolfe B.E. The diversity and function of sourdough starter microbiomes. Elife. 2021;10:e61644. DOI 10.7554/eLife.61644.

16. Lokachuk M.N., Khlestkin V.K., Savkina O.A., Kuznetsova L.I., Pavlovskaya E.N. Changes in the microbiota of dense rye sourdough during long-term propagation. Khleboprodukty = Bread Products. 2020;11:33-37. DOI 10.32462/0235-2508-2020-29-11-33-37. (in Russian)

17. Menezes L.A.A., Sardaro M.L.S., Duarte R.T.D., Mazzon R.R., Neviani E., Gatti М., De Dea Lindner J. Sourdough bacterial dynamics revealed by metagenomic analysis in Brazil. Food Microbiol. 2020;85:103302. DOI 10.1016/j.fm.2019.103302.

18. Meroth C.B., Hammes W.P., Hertel C. Monitoring the bacterial population dynamics in sourdough fermentation processes by using PCRdenaturing gradient gel electrophoresis. Appl. Environ. Microbiol. 2003;69(1):475-482. DOI 10.1128/AEM.69.1.475-482.2003.

19. Minervini F., Lattanzi A., De Angelis M., Di Cagno R., Gobbetti M. Influence of artisan bakery- or laboratory-propagated sourdoughs on the diversity of lactic acid bacterium and yeast microbiotas. Appl. Environ. Microbiol. 2012;78(15):5328-5340. DOI 10.1128/AEM.00572-12.

20. Müller M., Wolfrum G., Stolz P., Ehrmann M., Vogel R. Monitoring the growth of lactobacillus species during rye flour fermentation. Food Microbiol. 2001;18:217-227. DOI 10.1006/fmic.2000.0394.

21. Oshiro M., Tanaka M., Zendo T., Nakayama J. Impact of pH on succession of sourdough lactic acid bacteria communities and their fermentation properties. Biosci. Microbiota Food Health. 2020;39(3): 152-159. DOI 10.12938/bmfh.2019-038.

22. Picozzi C., Gallina S., Dell Fera T., Foschino R. Comparison of cultural media for the enumeration of sourdough lactic acid bacteria. Ann. Microbiol. 2005;55(4):317-320.

23. Puchkova L.I. Laboratory Workshop on the Technology of Bakery Production. Saint-Petersburg: GIORD Publ., 2004. (in Russian)

24. Rizzello C.G., Cavoski I., Turk J., Ercolini D., Nionelli L., Pontonio E., De Angelis M., De Filippis F., Gobbetti M., Di Cagno R. Organic cultivation of Triticum turgidum subsp. durum is reflected in the flour-sourdough fermentation-bread axis. Appl. Environ. Microbiol. 2015;81(9):3192-3204. DOI 10.1128/AEM.04161-14.

25. Robert H., Gabriel V., Fontagné-Faucher C. Biodiversity of lactic acid bacteria in French wheat sourdough as determined by molecular characterization using species-specific. Int. J. Food Microbiol. 2009; 135(1):53-59. DOI 10.1016/j.ijfoodmicro.2009.07.006.

26. Rogalski E., Ehrmann M.A., Vogel R.F. Role of Kazachstania humilis and Saccharomyces cerevisiae in the strain-specific assertiveness of Fructilactobacillus sanfranciscensis strains in rye sourdough. Eur. Food Res. Technol. 2020;9:1817-1827. DOI 10.1007/s00217-020-03535-7.

27. Settanni L., Ventimiglia G., Alfonzo A., Corona O. An integrated technological approach to the selection of lactic acid bacteria of flour origin for sourdough production. Food Res. Int. 2013;54(2):1569- 1578. DOI 10.1016/j.foodres.2013.10.017.

28. Siragusa S., Di Cagno R., Ercolini D., Minervini F., Gobbetti M., De Angelis M. Taxonomic structure and monitoring of the dominant population of lactic acid bacteria during wheat flour sourdough type I propagation using Lactobacillus sanfranciscensis starters. Appl. Environ. Microbiol. 2009;75(4):1099-1109. DOI 10.1128/AEM.01524-08.

29. Van der Meulen R., Scheirlinck I., Van Schoor A., Huys G., Vancanneyt M., Vandamme P., De Vuyst L. Population dynamics and metabolite target analysis during laboratory fermentations of wheat and spelt sourdoughs. Appl. Environ. Microbiol. 2007;73(15):4741- 4750. DOI 10.1128/AEM.00315-07.

30. Van Kerrebroeck S., Maes D., De Vuyst L. Sourdoughs as a function of their species diversity and process conditions, a meta-analysis. Trends Food Sci. Technol. 2017;68:152-159. DOI 10.1016/j.tifs.2017.08.016.

31. Viiard E., Bessmeltseva M., Simm J., Talve T., Aaspõllu A., Paalme T. Diversity and stability of lactic acid bacteria in rye sourdoughs of four bakeries with different propagation parameters. PLoS One. 2016;11(2):e0148325. DOI 10.1371/journal.pone.0148325.

32. Vogel R.F., Pavlovic M., Ehrmann M.A., Wiezer A., Liesegang H., Offschanka S., Voget S., Angelov A., Böcker G., Lieb W. Genomic analysis reveals Lactobacillus sanfranciscensis as stable element in traditional sourdoughs. Microb. Cell Factories. 2011;10(Suppl. 1): 1-11. DOI 10.1186/1475-2859-10-S1-S6.

33. Vogelmann S.A., Hertel C. Impact of ecological factors on the stability of microbial associations in sourdough fermentation. Food Microbiol. 2011;28(3):583-589. DOI 10.1016/j.fm.2010.11.010.

34. Weckx S., Van der Meulen R., Maes D., Scheirlinck I., Huys G., Vandamme P. Lactic acid bacteria community dynamics and metabolite production of rye sourdough fermentations share characteristics of wheat and spelt sourdough fermentations. Food Microbiol. 2010; 27(8):1000-1008. DOI 10.1016/j.fm.2010.06.005.


Рецензия

Просмотров: 88


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)