Viljan mikrobiologinen muokkaus juomia varten

Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää uusi terveellinen juomatuote fermentoimalla humaloimatonta täysmallasvierrettä. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin erilaisia viljapohjaisia, fermentoimalla valmistettuja ruokia ja juomia sekä yleisesti fermentointiprosessien terveysvaikutuksia. Erityisesti tarkasteltiin vierteen hapattamisen hyötyvaikutuksia. Kokeellisessa osassa tutkittiin kahden eri hiivan (Saccharomyces sp. ja Pichia sp.) ja kahden eri maitohappobakteerin (Lactobacillus sp. ja Lactococcus sp.) vaikutuksia täysmallasvierteen fermentoimiseen. Fermentoinneissa tutkittiin mikrobien vaikutuksia vierrepohjan makuun ja biologisiin ominaisuuksiin. Tavoitteena oli vierrejuoman säilyvyyden parantaminen ja foolihappopitoisuuden nostaminen luonnollisen mikrobikäymisen avulla. Tutkimuksessa laadittiin matemaattiset vastepintamallit, kun vierrettä fermentoitiin eri hiivoilla ja maitohappobakteereilla. Malleilla pystyttiin onnistuneesti kuvaamaan mikrobien solupitoisuuden, vierteen pH:n ja etanolipitoisuuden muuttuminen kasvatusajan ja -lämpötilan funktiona. Käytännön toteutuksen kannalta jatkotutkimusten fermentointilämpötilaksi valittiin 25°C. Kaikki Lactococcus sp. -bakteerilla suoritetut fermentoinnit laskivat vierteen pH:n mikrobiologisesti turvallisen tason (pH 4,0) alapuolelle jo ensimmäisten 24 - 48 h aikana. Lactococcus sp. -solut tuottivat parhaimmillaan n. 2,0 g/l L-maitohappoa. Lactococcus sp. -fermentointien lopputuotteilla todettiin lisäksi olevan hyvät antimikrobiset ominaisuudet. Saccharomyces sp.- ja Pichia sp. -hiivoilla saatiin vierteen makua muokattua miellyttävämmäksi poistamalla vierremäisyyttä ja vähentämällä karbonyyliyhdisteiden pitoisuutta. Vierteen foolihappopitoisuus ei muuttunut fermentointien vaikutuksesta, vaan vaatisi solunsisäisen foolihapon vapauttamisen. Tutkimuksessa selvitettiin lisäksi hiivojen ja maitohappobakteerien vaikutuksia yhteis- ja peräkkäisfermentoinneissa. Tulokset osoittivat, että Lactococcus sp.- ja Saccharomyces sp. -solujen yhteisfermentoinneissa Lactococcus-solut kuolivat nopeasti, johtuen hiivan tuottaman etanolin ja bakteerin tuottaman maitohapon yhteisvaikutuksesta. Muilla mikrobeilla suoritetuissa yhteisfermentoinneissa solupitoisuus ei merkittävästi eronnut verrattaessa yksittäisellä mikrobilla fermentoituihin vierrenäytteisiin. Peräkkäisfermentoinneissa hiivojen kasvu ei häiriintynyt, vaikka vierre hapatettiin ennen hiivafermentointia. Tutkimus osoitti, että lupaavin tuote saavutettiin, kun vierre hapatettiin ensin Lactococcus-soluilla ja fermentoitiin sen jälkeen hiivalla. Diplomityössä tutkittiin myös vierteen hapatusta immobilisoiduilla Lactococcus-soluilla. Immobilisoinneissa käytettiin kahta eri kantaja-ainetta: haapalastuja ja DEAE-selluloosakuituja. Bakteerisolut sitoutuivat hyvin molempiin kantaja-aineisiin. Immobilisointikolonnien ulosvirtauksesta määritetyt näytteet olivat 48 h ajon jälkeen hyvin tasalaatuisia solupitoisuuden (n. 107 pmy/ml) ja pH:n (3,7) sekä sokeri- ja karbonyyliprofiilien suhteen. Immobilisoidulla maitohappobakteerilla valmistetun hapanvierteen makua oli mahdollista muokata vielä erillisen hiivakäymisen avulla.