Каждый, кто приготовил в своей жизни хотя бы одно блюдо, знает, что замена одного ингредиента может существенно изменить вкус, цвет и другие характеристики блюда. Особенно это касается продуктов, создаваемых из небольшого числа ингредиентов.

Каким образом современная наука может помочь хлебопечению или пивоварению? Люди пекут хлеб и варят пиво на протяжении тысячелетий, и открыть что-то фундаментально новое в этих областях вроде бы сложно. Но это не так: методы изготовления этих традиционных продуктов постоянно совершенствуются, чтобы сделать их дешевле, стабильнее при хранении и при этом вкуснее.

Одним из важнейших компонентов хлеба являются дрожжи ― естественный разрыхлитель, придающий хлебу пышность и его неповторимый аромат. Для выпечки используют дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae. Эти же микроорганизмы позволяют суслу бродить, превращая его в пиво.

Но что если дрожжи, сохраняя эти функции, смогут давать продуктам новые свойства? Можно ли подобрать такой штамм дрожжей, который будет способен предотвратить преждевременную порчу хлеба? Исследователи Университета ИТМО предположили, что таким многофункциональным аналогом классических хлебопекарных дрожжей могут выступить родственные микроорганизмы ― Saccharomyces cerevisiae var. boulardii.

«Это тропический штамм дрожжей, который был открыт французским микробиологом Анри Буларом в начале 1920-х годов, ― рассказывает доцент мегафакультета биотехнологий и низкотемпературных систем Университета ИТМО Елена Соболева. ― Во время путешествия по Индокитаю он изучал эпидемию холеры и увидел, что местное население лечилось с помощью фруктов. Потом, когда он более тщательно изучил вопрос, он обнаружил, что дело не в самих фруктах, а в микроорганизмах, живущих на их поверхности. Он выделил ранее неизвестный штамм дрожжей, назвал его Saccharomyces boulardii и запатентовал его как средство от диареи».

Однако с развитием филогенетических анализов удалось выяснить, что Saccharomyces boulardii ― это вариация вида Saccharomyces cerevisiae.

Сегодня эти дрожжи используются в качестве пробиотика, восстанавливающего микрофлору кишечника. Также, как рассказывают ученые, недавние исследования показали, что эти дрожжи имеют свойства антиоксидантов и позволяют организму лучше усваивать полезные микроэлементы и витамины группы B.

Хлеб, который сам себя лечит

Одной из проблем хлебопеков является так называемая картофельная болезнь, вызываемая бактериями Bacillus licheniformis и Bacillus subtilis. Эти микроорганизмы могут попасть в зерно из почвы, оказавшись в итоге в хлебе. Обнаружить споры этих микроорганизмов сложно даже при самом тщательном контроле качества.

«Иногда можно услышать такое мнение, что хлеб после выпекания в печи становится стерильным, но на самом деле это не так, ― рассказывает Елена Соболева. ― Так, к примеру, вегетативные клетки картофельной палочки при выпекании погибают, однако спорам удается пережить температурную обработку. Сами по себе они безвредны, однако при определенных условиях (например, при высокой влажности и температуре) в хлебе может развиться так называемая картофельная или тягучая болезнь. У хлеба появляется сладковатый запах переспелой дыни, по мере развития болезни мякиш становится липким и тянущимся. Такой хлеб в пищу употреблять, конечно, нельзя».

Для предотвращения развития картофельной болезни есть много способов ― химические, физические, биологические. В частности, картофельная палочка плохо переносит кислую среду, поэтому для производства хлеба используют закваски. Однако, как выяснилось, защитить хлеб от спор Bacillus licheniformis можно и с помощью дрожжей Saccharomyces boulardii.

В ходе исследования установлено, что они обладают антагонистической активностью по отношению к бактериям B. subtilis, B. licheniformis, оказывают бактериостатическое воздействие на возбудителей картофельной болезни хлеба.

«Они способны выделять антибиотические вещества, которые препятствуют активности спор картофельной палочки, при этом они работают как обычные дрожжи, ― рассказывает Елена Соболева. ― Мы провели несколько исследований с применением разных технологий производства хлеба. Для гарантированного возникновения картофельной болезни после выпекания создавались благоприятные условия для развития болезни ― влажная среда и тепло. Использование дрожжей позволило замедлить развитие картофельной болезни хлеба. В результате, развитие болезни было отсрочено до трех дней, что для такого продукта значительно».

Пиво со свойствами пробиотика

Однако на экспериментах с хлебом работы ученых не заканчиваются. Если Saccharomyces boulardii сами по себе используются как пробиотик, то почему бы не придать это свойство пиву.

В Университете ИТМО есть экспериментальная лаборатория по производству напитков брожения. Здесь планируется создать нефильтрованное пиво с применением данных дрожжей.

«Мы рассчитываем, что пиво приобретет пробиотическую и антиоксидантную активность, также использование дрожжей S. boulardii позволит получать пиво с меньшим содержанием этилового спирта», ― рассказывает аспирант факультета пищевых биотехнологий и инженерии (ФПБИ) Университета ИТМО Артём Морозов.

Как ожидается, данная работа будет идти уже во втором семестре, после снятия ограничений, принятых в связи с эпидемией коронавируса.

Фундаментальная часть работы

Однако работа над возможностями по применению Saccharomyces boulardii в пищевой промышленности ― лишь один из этапов. Чтобы эти работы имели реальный выход на рынок, необходимо показать не только преимущество использования данных дрожжей, но и эффективный способ их культивирования.

Дело в том, что одними из особенностей метаболизма Saccharomyces boulardii является оптимальная температура роста при 37 °C и устойчивость к низким значениям кислотности (pH 3,2-4), тогда как для классических дрожжей ― около 30 °C и pH 4-6. В настоящее время ученые работают над созданием оптимальных условий, которые будут давать максимальный выход дрожжей при минимальных затратах.