Wissenschaftler aus den Vereinigten Staaten führten eine groß angelegte Studie mit Proben von Brotsauerteig aus Europa, Amerika und Australien durch. Sie fanden heraus, dass die Zusammensetzung des Mikrobioms der Starterkultur aus dem geografischen Standort der Bäckerei nicht vorhergesagt werden kann. Gleichzeitig beeinflusste die Wechselwirkung der Mikroben untereinander im Sauerteig den Geschmack des Brotes. Die Arbeit wurde in eLife veröffentlicht.
Brot wird traditionell mit einem Sauerteig zubereitet, dessen Mikrobiom aus Hefen und Bakterien besteht. Hefe, Milchsäurebakterien und Essigsäurebakterien setzen Kohlendioxid frei, das das Brot aufgehen lässt. Darüber hinaus setzt das Mikrobiom organische Säuren und Enzyme frei, die das Aroma, die Textur, die Haltbarkeit und den Nährwert des Brotes beeinflussen.
Sauerteigbrot kann man durch Fermentieren einer Mischung aus Mehl und Wasser von Grund auf zubereiten, oder man bekommt es fertig von Freunden oder kauft es. Die Fermentation von Sauerteigbrot zu Hause ist in vielen Gemeinden eine alte Tradition. Hefebakterien (Saccharomycetales) und Milchsäurebakterien (Lactobacillales) gelten als die Hauptakteure in der Kultur, während Essigsäurebakterien (Rhodospirillales) in der Forschung oft nicht berücksichtigt werden.
Trotz der wirtschaftlichen und historischen Bedeutung des Brotsäuers wurden noch keine großen interkontinentalen Studien zur Zusammensetzung seines Mikrobioms durchgeführt. Es wird angenommen, dass die Biodiversität von Starterkulturen mit ihrer geografischen Herkunft, unterschiedlichen Umweltbedingungen und Lagermethoden zusammenhängt.
Ein Forscherteam der Tufts University unter der Leitung von Benjamin Wolfe sammelte 500 Proben, hauptsächlich aus den Vereinigten Staaten (n = 429) und Kanada (n = 29), europäischen Ländern (n = 24), Australien und Neuseeland (n = 17). und Thailand um eine Probe. Starterkulturen unterschieden sich stark in Alter, Herkunft (hausgemacht und in der Produktion verwendet), Getreidebasis (Weizen, Roggen, unterschiedlicher Grad der Getreideverarbeitung) und Pflegebedingungen.
Verteilung der Proben in Abhängigkeit von Lagertemperatur, Häufigkeit der Fütterung der Starterkultur, Alter und Herkunft
Wissenschaftler haben die qualitative Zusammensetzung des Mikrobioms mittels Sequenzierung bestimmt. Im Durchschnitt machten Milchsäure- und Essigsäurebakterien mehr als 97 Prozent der Bakterien-Reads aus und Hefen machten über 70 Prozent der Pilz-Reads aus. Die Forscher wurden auf die hohe Prävalenz von Essigsäurebakterien in Proben selbstgemachter Starterkulturen aufmerksam gemacht. Der Rest der beobachteten Bakterien und Pilze waren gewöhnliche Schimmelpilze, Pflanzenpathogene und Mikroben, die die menschliche Haut, das Trinkwasser und den Boden bewohnen. Sie wurden in der Studie nicht weiter berücksichtigt.
Die meisten mikrobiellen Gemeinschaften wurden von einer Pilzart und zwei oder drei Bakterienarten dominiert. S. cerevisiae machte beispielsweise mehr als 50 Prozent der Reads in 77 Prozent der Proben aus. Das Milchsäurebakterium L. sanfranciscensis war dominant und korrelierte negativ mit der Verteilung von L. plantarum und L. brevis in den Proben (p < 0,001).
Als nächstes untersuchten die Wissenschaftler, wie sich die geografische Herkunft und die Pflegebedingungen der Starterkultur auf das Mikrobiom auswirken. Sie verwendeten den statistischen Test Mantel, der in der Ökologie häufig verwendet wird, um die Korrelation der genetischen Variation von Organismen mit ihrer geografischen Entfernung voneinander zu beurteilen. Global wurde die taxonomische Zusammensetzung der Hefe durch die Herkunft der Starterkultur schlecht vorhergesagt (Korrelationskoeffizient = 0,07; p 0,05).
Wissenschaftler haben Daten zu weiteren 33 Aspekten der Arbeit mit der Starterkultur gesammelt: Alter der Starterkultur, Lagerort, Häufigkeit der „Fütterung“, Eigenschaften der Räumlichkeiten, klimatische Bedingungen und mehr. Zusammengenommen könnten diese Faktoren nur 10 Prozent der Variabilität sowohl in Bakterien- als auch in Pilzgemeinschaften vorhersagen. Nur wenige ausgewählte Arten waren in Abhängigkeit von bestimmten Faktoren besser vertreten. Beispielsweise dominierten in jungen Starterkulturen oft die Milchsäurebakterien L. plantarum und L. brevis (p < 0,001), während wie in alten Starterkulturen L. sanfranciscensis (p = 0,01) und P. parvulus (p < 0, 001).
Als nächstes wählten die Wissenschaftler 40 repräsentative Proben aus einem ersten Probensatz und maßen zwei Parameter, die für das Backen wichtig sind: die Freisetzung von flüchtigen organischen Verbindungen (die den Geschmack des Brotes beeinflussen) und die Fähigkeit des Teigs, aufzugehen. Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie ermöglichte es, 123 flüchtige Verbindungen zu identifizieren, darunter Ethylalkohol, Essigsäure, Ethylacetat und andere. Neben der Befragung der Besitzer der Starterkulturen wurde die Geruchsanalyse mit Hilfe von zur Geruchsunterscheidung geschulten Spezialisten durchgeführt. Sie konnten in den Proben 14 dominante Gerüche wie Hefe, Essigsäure, grüner Apfel und andere unterscheiden. Die Ausgangszusammensetzung des Mikrobioms korrelierte stark mit der Zusammensetzung der ermittelten flüchtigen organischen Verbindungen (Korrelationskoeffizient = 0,19; p ≤ 0,01). Konkret wurden die emittierten flüchtigen Stoffe durch den Anteil der Essigsäurebakterien in der Starterkultur beeinflusst (Korrelationskoeffizient = 0,73; p < 0,01) und erklärten auch die Geruchsunterschiede (p < 0,05). Und dieselben Essigsäurebakterien korrelierten negativ mit dem Grad der Testverbesserung (Korrelationskoeffizient = -0,51; p <0,001). Wissenschaftler schlugen vor, dass die von ihnen produzierten Substanzen, darunter Essigsäure, das Wachstum von Milchsäurebakterien im Sauerteig hemmen und so das Aufgehen des Teigs verhindern. So beeinflussten Essigsäurebakterien trotz ihres geringen Anteils an Sauerteigen stark die Struktur und den Geschmack des Brotes.
Die Autoren der Arbeit weisen darauf hin, dass der Einfluss der geografischen Herkunft der Starterkultur auf ihre biologische Zusammensetzung durch die weit verbreitete Praxis des Austauschs und Verkaufs von Starterkulturen stark eingeschränkt werden kann. Darüber hinaus legt Mehl – eine der Quellen für Mikroben – auch im Handel weite Strecken zurück.
Seit der Antike nutzt der Mensch Mikroorganismen zur Fermentation. Vor nicht allzu langer Zeit war es möglich, Sauerteigbrot aus von Ägyptologen gesammelten irdenen Töpfen zu backen, die vor 4500 Jahren im täglichen Leben verwendet wurden.
