< Terug naar vorige pagina

Project

Optimalisatie van de ensetfermentatie: fysicochemische en microbiële dynamiek en ontwikkeling van starterculturen

Enset (Ensete ventricosum (Welw.) Cheesman, Musaceae) is een veelzijdig gewas dat op grote schaal wordt verbouwd in het zuiden, zuidwesten en midden van Ethiopië. De droogteresistentie van het gewas en het hoge opbrengstpotentieel per oppervlakte-eenheid zorgen ervoor dat het gewas een vitale rol speelt bij het waarborgen van de voedselzekerheid. De plant produceert geen eetbare vruchten, maar de gezwollen pseudostam en de wortelstok worden in een bodemput of bamboemand (erosa) verwerkt en gefermenteerd tot een zetmeelrijk voedselproduct, kocho. Het gistingsproces is echter voornamelijk gebaseerd op de kennis van de lokale bevolking en wordt al generaties lang zonder wetenschappelijke inbreng toegepast. Dit proefschrift had tot doel fundamentele kennis te verschaffen over de fysisch-chemische en microbiële dynamiek tijdens de fermentatie van de enset, rekening houdend met het ensetras en het fermentatiesysteem. Bovendien werden melkzuurbacteriestammen gescreend voor de ontwikkeling van specifieke startculturen voor de fermentatie.

Hiertoe werd aan het begin van het onderzoek een gedetailleerde rondvraag uitgevoerd om informatie te verkrijgen over de huidige traditionele gistingspraktijken van de ensetfermentatie. Dat leverde de eerste uitgebreide evaluatie op van de huidige praktijken in de Gamo-hooglanden en identificeerde de belangrijkste problemen die gepaard gaan met de huidige fermentatiesystemen. Het onderzoek wees uit dat het proces in de Gamo-hooglanden voornamelijk gebaseerd is op de empirische kennis van de lokale bevolking en sterk varieert tussen de dorpen. Het gistingsproces duurt meer dan twee maanden en er wordt in de hooglanden geen gestandaardiseerde startcultuur of ander traditioneel startmateriaal gebruikt. Dit zorgt voor variabiliteit in de sensorische kwaliteiten en marktprijzen van kocho.

Vervolgens werden de fysicochemische en microbiële dynamiek tijdens de fermentatie beoordeeld, rekening houdend met een aantal factoren die mogelijk van invloed zijn op de dynamiek, zoals het ensetras en het fermentatiesysteem. In alle gevallen daalde het vochtgehalte en de pH-waarde, terwijl de titreerbare zuurtegraad tijdens de fermentatie toenam. De biomassa wordt gedomineerd door een aanzienlijk aantal melkzuurbacteriën, zoals Leuconostoc, Lactobacillus en Weissella. Bovendien, zoals blijkt uit de Illumina MiSeq sequencing van 16S ribosomale RNA genen, wordt de bacteriële gemeenschap van fermenterende enset over het algemeen diverser naarmate de fermentatie vordert tot het einde. De trage start van de fermentatie bevordert echter de groei van ongewenste micro-organismen zoals Enterobacteriaceae, Clostridium en schimmels. De traditionele fermentatiesystemen (put en bamboemand) worden gekenmerkt door praktische problemen zoals het niet altijd perfect anaëroob zijn en contaminatie vanuit de omgeving, maar ze kunnen vervangen worden door fermentatie in een zuurkoolpot, zoals aangetoond in dit doctoraatsonderzoek. Dat verbetert de voedselveiligheid van de kocho.

In de derde plaats werd het gebruik van traditionele startmaterialen gekarakteriseerd in termen van bereiding en van microbiële samenstelling. In de meeste gebieden in Ethiopië waar de kweek van enset plaatsvindt, worden in de lokale huishoudens op ambachtelijke wijze traditionele starters bereid en aan de geschraapte enset toegevoegd om de fermentatie te bevorderen. In achttien districten (zeven zones) in het zuiden van Ethiopië werden stalen van dergelijke traditionele starters verzameld. De belangrijkste ingrediënten voor de bereiding van de starters waren over het algemeen dezelfde binnen een zone, maar varieerden van zone tot zone, wat een weerspiegeling is van het feit dat er weinig of geen informatie wordt uitgewisseld tussen de verschillende plaatsen. De pH-waarde van het verzamelde startmateriaal lag tussen de 3,68 en 5,62. Melkzuurbacteriën waren in grote aantallen aanwezig in alle monsters (tot 9,07 log cfu/g). Sequencing van de V4 regio van het 16S rRNA gen gaf ook aan dat Lactobacillus, Lactococcus en Leuconostoc de dominante LAB genera in de starters waren. Van deze isolaten werd verwacht dat ze goede kandidaten zouden zijn voor een gestandaardiseerde startcultuur voor de fermentatie van de enset en ze werden opgenomen in het verdere onderzoek. De universele aanwezigheid van Clostridium sporen in alle startmaterialen doet vragen rijzen over veiligheidsrisico's en is een goed argument voor de introductie en commercialisering van een gestandaardiseerde startcultuur.

Ten slotte werden de isolaten verkregen uit gefermenteerde enset en uit de traditionele starters onderzocht op hun biochemische en fysiologische eigenschappen. In het algemeen werden drie isolaten, namelijk Lactobacillus plantarum (FX 15 en SAM 6) en Leuconostoc mesenteroides (HM 53), geïdentificeerd als potentiële commerciële starters voor de fermentatie van de enset. Enset gefermenteerd met elk van de drie starters vertoonde een grotere pH-verlaging en een snellere kolonisatie door melkzuurbacteriën dan de niet-geïnoculeerde massa en de stammen hadden een positief effect op de smaak. Dit proefschrift leverde dus nieuwe mogelijkheden op om de traditionele verwerking van de gisting op twee manieren te optimaliseren: (1) door de invoering van een nieuw fermentatiesysteem, de zuurkoolpot, als een verbeterd, veiliger en praktischer alternatief voor de meest gebruikte traditionele fermentatiesystemen, de pit en de erosa, en (2) door het verkrijgen van drie isolaten die als (enkelvoudige) starter kunnen worden gebruikt. Het fermenteren van de enset met elk van deze isolaten versterkte de sensorische eigenschappen van zowel ongebakken als gebakken kocho, wat veelbelovend is voor de kochomarktwaarde en voor de commercialisering van het product naar de steden en buiten Ethiopië.

Datum:20 jan 2017 →  9 dec 2019
Trefwoorden:Enset, Fermentation, Microbial dynamics
Disciplines:Microbiologie, Systeembiologie, Laboratoriumgeneeskunde
Project type:PhD project