Wissenschaftler aus Shanghai entdecken, dass organische Säuren das Hefewachstum und die Ethanolproduktion bei der Huangjiu-Fermentation steigern

Forscher des Shanghai Institute of Microbiology haben neue Erkenntnisse darüber veröffentlicht, wie organische Säuren die mikrobiellen Gemeinschaften während der Gärung von Huangjiu, einem traditionellen chinesischen Reiswein, beeinflussen. In der Studie, die in der Zeitschrift npj Science of Food veröffentlicht wurde, kamen fortschrittliche Techniken wie Flavoromics und Metatranscriptomics zum Einsatz, um 44 Verbindungen zu analysieren, die den Gärungsprozess beeinflussen.

Huangjiu wird durch die Fermentation von Klebreis hergestellt, und seine Qualität hängt stark von der Aktivität verschiedener Mikroorganismen ab. Bisher war jedoch die spezifische Rolle der organischen Säuren bei der Gestaltung dieser mikrobiellen Gemeinschaften nicht gut bekannt. Das Forschungsteam verglich zwei Gruppen von Huangjiu-Fermentationen: eine mit einem hohen Gehalt an organischen Säuren (H-Gruppe) und eine mit einem niedrigen Gehalt (L-Gruppe). Die Proben wurden bei einem großen Hersteller in der Provinz Zhejiang in verschiedenen Stadien einer 35-tägigen Fermentationsperiode entnommen.

Die Analyse ergab, dass der Gesamtzuckergehalt in der H-Gruppe schneller abnahm, während der Ethanolgehalt nach der ersten Woche schneller anstieg und am Ende der Gärung 23,1 % erreichte - höher als in der L-Gruppe. Auch der Gesamtsäuregehalt war in der H-Gruppe um 14,71 % höher als in der L-Gruppe. Der Stickstoffgehalt der Aminosäuren blieb in beiden Gruppen ähnlich.

Mit Hilfe der Gaschromatographie-Massenspektrometrie identifizierten die Forscher 44 flüchtige Aromastoffe in beiden Gruppen. Während sich die meisten Verbindungen nicht signifikant zwischen den Gruppen unterschieden, wurden einige - wie Isoamylalkohol und Ethylbutyrat - in der H-Gruppe am Ende der Gärung in höheren Konzentrationen gefunden.

Die Analyse der mikrobiellen Gemeinschaft ergab, dass in beiden Gruppen Milchsäurebakterien dominierten, deren Häufigkeit sich jedoch im Laufe der Zeit unterschied. Was die Pilze anbelangt, so waren Saccharomyces und Thermomyces in der H-Gruppe stärker vertreten, während Aspergillus in der L-Gruppe häufiger vorkam.

In der Studie wurde untersucht, wie sich bestimmte organische Säuren auf diese wichtigen Mikroorganismen auswirken. Es wurde festgestellt, dass Bernsteinsäure eine positive Korrelation mit den Saccharomyces- und Thermomyces-Populationen aufweist. Laborexperimente bestätigten, dass die Zugabe von Bernsteinsäure in niedrigen Konzentrationen das Wachstum von Saccharomyces cerevisiae förderte und die Ethanolproduktion um bis zu 32 % erhöhte. Im Gegensatz dazu hemmten hohe Konzentrationen von Milchsäure und Weinsäure das Hefewachstum.

Eine metatranskriptomische Analyse lieferte weitere Erkenntnisse darüber, wie diese Säuren die Genexpression während der Fermentation beeinflussen. In der H-Gruppe wurden Gene, die am Zuckerstoffwechsel und der Ethanolproduktion beteiligt sind, hochreguliert, insbesondere solche, die mit der Glykolyse und dem Tricarbonsäurezyklus (TCA) zusammenhängen. Diese Hochregulierung war mit höheren Bernsteinsäurespiegeln und größerer Stoffwechselaktivität in Saccharomyces cerevisiae verbunden.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass endogene organische Säuren eine regulierende Rolle bei der Gestaltung der Struktur und Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft während der Huangjiu-Fermentation spielen. Wenn die Hersteller diese Wechselwirkungen verstehen, könnten sie möglicherweise den Gehalt an organischen Säuren steuern, um die mikrobielle Sukzession zu kontrollieren, die Fermentationsleistung zu optimieren und die Produktqualität zu verbessern.

Die Studie zeigt auch mögliche Anwendungen für andere traditionelle fermentierte Getränke auf, an denen komplexe mikrobielle Gemeinschaften beteiligt sind. Die Autoren weisen darauf hin, dass ihre Experimente zwar unter kontrollierten Laborbedingungen durchgeführt wurden, dass aber weitere Forschungsarbeiten erforderlich sind, um diese Ergebnisse im industriellen Maßstab zu validieren und die Kausalität durch gezielte Stoffwechseluntersuchungen nachzuweisen.

Diese Forschungsarbeiten eröffnen neue Perspektiven für ein präzises Management von Fermentationsprozessen, indem sie sich auf die Regulierung organischer Säuren konzentrieren, anstatt sich ausschließlich auf Umweltfaktoren wie Temperatur oder Feuchtigkeit zu verlassen. Solche Ansätze könnten dazu beitragen, die mikrobiellen Gemeinschaften zu stabilisieren, das Risiko des Verderbs zu verringern und Huangjiu mit konsistenteren sensorischen Profilen zu produzieren.

Die Daten, die diese Ergebnisse belegen, sind auf Anfrage bei den entsprechenden Autoren erhältlich. Die Studie wurde durch mehrere öffentliche Projekte und Universitätsgelder in der Provinz Zhejiang und der Stadt Shaoxing unterstützt.