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Während des Fermentationsprozesses von Kombucha wird aus gezuckertem Tee mithilfe einer Bakterien-Hefe-Kultur ein erfrischendes Getränk mit säuerlich-fruchtigem Aroma. Wie kann das Aroma durch den Einsatz der Mikroorganismen beeinflusst werden? Hier scheint vor allem deren Zusammensetzung entscheidend zu sein.
Kombucha, ein fermentiertes Teegetränk traditionellen Ursprungs, erfreut sich seit einigen Jahren zunehmender Beliebtheit. Die steigende Nachfrage und damit auch der zunehmende Bedarf industrieller Verfahren zur Herstellung von Kombucha und anderen sauer fermentierten Getränken ist vorrangig auf gesundheitsfördernde Eigenschaften zurückzuführen, welche solchen Produkten zugeschrieben werden. Studien, die sich mit den Eigenschaften sauer fermentierter Getränke, speziell Kombucha, beschäftigen, befassen sich zum Großteil mit den assoziierten Mikroorganismen und den damit verbundenen primären Inhaltsstoffen des finalen Produktes: Essigsäure und Ethanol. Obwohl Kombucha als alkoholfreies Getränk (unter 0,5 %vol. Alkoholgehalt) im Handel ist, spielt die Bildung von Ethanol während der Fermentation eine große Rolle. Hefen spalten in einem ersten Schritt Saccharose in Glucose und Fructose. Diese werden anschließend von den Hefen zu Ethanol umgewandelt. Der Alkohol wird im Anschluss in der aeroben Region der Fermentationsbrühe zu Essigsäure umgewandelt. Darüber hinaus wird die Glucose auch von den enthaltenen Essigsäurebakterien zu Cellulosefasern verarbeitet, welche in aggregierter Form an der Oberfläche schwimmen. In diesem häufig als Teepilz bezeichneten Gebilde sind auch die an der Fermentation beteiligten Mikroorganismen assoziiert. Das Konsortium aus Hefen und Bakterien, welches vor allem im traditionellen Herstellungsprozess undefiniert in Art, Spezies und Anzahl sowie Verteilung der Mikroorganismen ist, wird im Allgemeinen als SCOBY (symbiotic culture of bacteria and yeasts) bezeichnet. Für industrielle Prozesse ist ein solch undefiniertes und damit auch störanfälliges Konsortium an Mikroorganismen aus Sicht der Qualitätssicherung unerwünscht. Neuere Untersuchungen beschäftigen sich daher mit dem Einsatz von Reinkulturen als Starterkultur für die Herstellung von Kombucha. Entscheidend für die Verbraucherakzeptanz ist vor allem der organoleptische Eindruck, also Geruch, Geschmack und auch Aussehen des Getränkes. Dieser hängt nicht zuletzt vom eingesetzten Konsortium an Mikroorganismen ab, weshalb Untersuchungen zum Einfluss der Zusammensetzung der Hefen und Bakterien auf das Aroma von Kombucha unerlässlich sind.
Die eingesetzten Konsortien sind in ihrer Zusammensetzung nicht nur komplex, sondern auch äußerst divers in Abhängigkeit vom Ursprung, Alter und Fermentationsparametern, wodurch eine Vielzahl sensorisch höchst unterschiedlicher Produkte entsteht. Bisherige sensorische Untersuchungen befassten sich zumeist mit den primären Geschmackseindrücken süß und sauer, da die Balance dieser beiden Attribute entscheidend für den grundlegenden Charakter des Getränkes ist [1]. Bei genauerer Betrachtung wird jedoch schnell klar, dass weitere Deskriptoren notwendig sind, um der Vielfalt an Produkten gerecht zu werden. Im Rahmen der Untersuchungen an der Versuchs- und Lehranstalt für Brauerei in Berlin (VLB) wurden daher zunächst diverse Marktproben verkostet und auf Basis dieser ein möglichst breit anwendbares Bewertungsschema für sensorische Attribute erarbeitet. Hierbei war es wichtig, neben den klassischen gustatorischen Parametern wie süß, sauer und bitter auch taktile Parameter wie Mundgefühl und Rezenz sowie olfaktorische Parameter wie z.B. Fruchtigkeit aufzuführen. Optische Parameter wie z.B. Farbe und Trübung wurden in dem entwickelten Schema nicht berücksichtigt.
Neben einem umfassenden Schema mit aussagekräftigen Deskriptoren ist auch das Verkostungspanel entscheidend für die Verlässlichkeit der Untersuchungen. Um die Attribute eines Produktes zuverlässig und objektiv bewerten zu können, muss die bei handelsüblichen Produkten zu erwartende Spannbreite für jeden einzelnen Deskriptor festgelegt werden. Weiterhin müssen einzelne Aromen und Fehlaromen gezielt trainiert werden, damit sie auch in einer komplexen Matrix sicher erkannt werden können. Regelmäßige Verkostungen und Panelabgleiche, wie sie an der VLB auch für sauer fermentierte Getränke stattfinden, sichern die Qualität der sensorischen Bewertung und ermöglichen einen Vergleich unterschiedlichster Kombucha-Produkte. Neben objektiven Kriterien können optional auch subjektive Parameter wie die Präferenz erfasst werden, was vor allem bei der Produktentwicklung von Interesse sein kann.
Abb. 1 Die Mikrobiologie bedingt Geruch und Geschmack von Kombucha. Erreichte Punkte für Präferenz von Geruch und Geschmack der verschiedenen Ansätze (1 = gefällt gar nicht, 5 = gefällt sehr). H1: B. bruxellensis, H2: B. anomalus, H3: P. membranifaciens, A1: A. lovaniensis, A2: A. tropicalis, G1: G. liquefaciens, G2: K. hansenii
Für die Untersuchung des Aromaprofils wurden zunächst Mikroorganismen aus traditionellen Kombucha-Getränken isoliert und identifiziert. Anschließend wurden häufig im Zusammenhang mit Kombucha beschriebene Organismen für Kombinationsversuche ausgewählt. Die Auswahl umfasste drei Hefen (Brettanomyces bruxellensis (H1), B. anomalus (H2), Pichia membranifaciens (H3)), sowie fünf Bakterien (Acetobacter lovaniensis (A1), A. tropicalis (A2), Gluconacetobacter liquefaciens G1, Komagataeibacter hansenii G2)). Als Getränkebasis diente mit 60 g/L Saccharose versetzter Schwarztee. Die Verkostung fand nach einer Fermentationsdauer von 14 Tagen bei 26 °C statt. Hierbei wurde zusätzlich zu den objektiven Deskriptoren auch die Präferenz, getrennt nach Geruch und Geschmack, erfasst.
Im Folgenden ist eine Auswahl der Ergebnisse dargestellt, welche die Besonderheiten von Aromabildung in Co-Kultur veranschaulichen. So ist beispielsweise die Präferenz ein äußerst subjektives Kriterium, gibt jedoch einen deutlichen Hinweis auf die Harmonie von Geruch und Geschmack. Die meisten der untersuchten Proben wiesen eine deutliche Abweichung des Aromas in Geruch und Geschmack auf (vgl. Abb. 1), was in der Praxis eher zu einer Abwertung der Produkte führt, da die unbewusst beim Riechen entwickelte Erwartungshaltung vom Geschmack nicht erfüllt wird. Bei fermentierten Getränken kann es durch Nährstoffmangel zudem zur Bildung von schwefelhaltigen, aromaaktiven Substanzen kommen, welche als Fehlaroma besonders stark im Geruch wahrgenommen werden.
Abb. 2: Aromaprofil von Kombucha hergestellt mit definierten Co-Kulturen. Darstellung der Ergebnisse der beschreibenden Verkostung im Netzdiagramm für die Kombinationen mit (A) zwei und (B) vier Organismen. H1: B. bruxellensis, H2: B. anomalus, H3: P. membranifaciens, A1: A. lovaniensis, A2: A. tropicalis, G1: G. liquefaciens, G2: K. hansenii. 1 = nicht ausgeprägt, 5 = stark ausgeprägt
Obwohl bei der traditionellen Kombucha-Herstellung undefinierte Mischkulturen mit normalerweise mehr als vier verschiedenen Organismen eingesetzt werden, wiesen die Ansätze mit nur einer Hefe und einem Bakterium gleichermaßen ein komplexes, als recht angenehm bewertetes Aroma auf. Dies ist vor allem im industriellen Bereich von großem Interesse, da eine Reduktion der Anzahl (in Reinkultur) eingesetzter Mikroorganismen auch eine Reduktion der Produktionskosten bedeutet. Betrachtet man auch das Aromaprofil dieser reduzierten Ansätze genauer (siehe Abb. 2), so wird deutlich, dass die bakterielle Säurebildung direkt von der Hefe abhängig ist, während Hefearomen von der Säure maskiert werden. Obwohl die Essigsäurekonzentration in den Ansätzen mit H1+G2 und H2+G2 jeweils bei etwa 7 g/L lag, wurde der Ansatz H2+G2 als weniger sauer wahrgenommen, gleichzeitig traten hier die Hefearomen deutlicher hervor als in den anderen Ansätzen.
Bei Ansätzen mit vier Organismen kam es teilweise zu einer Stagnation der mikrobiellen Stoffwechselleistung, wodurch der ursprüngliche Teecharakter fast unverändert war. Um genau diese Phänomene besser zu verstehen liegt ein Schwerpunkt der derzeitigen Forschung am FIBW darin, die mikrobiellen Wechselwirkungen und potenzielle Nährstofflimitierungen während der komplexen Getränkefermentationen zu charakterisieren.
Da jeder Organismus in Reinkultur ein anderes Aroma bildet als in Co-Kultur, können bei ausreichend großer Datenlage dennoch nur begrenzt prädiktive Aussagen zur Aromabildung im Zusammenspiel mit anderen Mikroorganismen getroffen werden. Im Bereich Kombucha kommt hinzu, dass es sich hier um zweierlei Form der Co-Kultur handelt: so herrscht Konkurrenz zwischen den einzelnen Hefen und den einzelnen Bakterien, zwischen Hefen und Bakterien besteht jedoch eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Symbiose. Man geht heute davon aus, dass leichtflüchtige Substanzen der Kommunikation unter den Mikroorganismen dienen, weshalb Art und Menge der einzelnen Aromakomponenten stark abhängig sind von der Kombination der Mikroorganismen [2]. Gleichzeitig spielen auch weitere Parameter wie eingesetzte Rohstoffe (und damit die Nährstoffquelle und -verfügbarkeit) und technische Fermentationsparameter eine Rolle bei der Aromabildung.
Aus technologischer Sicht ist die Herstellung von Kombucha ein spannender Prozess, dessen Kontrolle durch verschiedene Strategien erreicht werden kann. Aus wissenschaftlicher Sicht bietet Kombucha eine große Menge an Untersuchungsparametern zum besseren Verständnis mikrobieller Metabolite in Co-Kultur. Aktuelle Forschungsvorhaben an der VLB fokussieren den Aufbau industriell nutzbaren Wissens rund um die Stoffwechselvorgänge von Hefen und Bakterien in Co-Kultur, um so die Brücke zwischen den beiden Feldern zu schlagen.
Die Autoren danken Katarzyna Woźniak für ihre tatkräftige und wertvolle Arbeit, welche die Grundlage der hier präsentierten Daten bildet, und Marie Ludszuweit für die freundliche Bereitstellung mikroskopischer Aufnahmen von Co-Kulturen in Kombucha.
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Kategorie: Lebensmittelbiotechnologie | Kombucha
Literatur:
[1] Tran T, Grandvalet C, Verdier F, Martin A et al. Microbiological and technological parameters impacting the chemical composition and sensory quality of kombucha. Compr Rev Food Sci Food Saf. 2020;19:2050-2070. DOI:10.1111/1541-4337.12574
[2] Bader J, Brigham CJ, Stahl U, Popović MK. 3 - Fermented Beverages Produced by Mixed Cultures, Pure Cultures, and Defined Cocultures. In Fermented Beverages, Volume 5: The Science of Beverages. Eds. Grumezescu, AM, Holban, AM. Woodhead Publishing. 2019;67-101. DOI:10.1016/B978-0-12-815271-3.00003-8
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