Dr hab. inż. Anna Diowksz, prof. PŁ z Instytutu Technologii Fermentacji i Mikrobiologii na Wydziale Biotechnologii i Nauk o Żywności specjalizuje się w zagadnieniach związanych z technologią fermentacji, ze szczególnym uwzględnieniem technologii doskonalenia produkcji pieczywa. Jest m.in. autorką rozdziału „Traditional Polish Breads” umieszczonego w książce „Traditional European Breads” opublikowanej w 2023 roku przez wydawnictwo Springer.
Ta publikacja skłoniła „Życie Uczelni” do rozmowy z prof. Anną Diowksz na temat roli pieczywa w diecie i technologii jego produkcji na zakwasie, a także o efektach współpracy w projekcie COST o akronimie SOURDOMICS pomiędzy ośrodkami naukowymi zajmującymi się zakwasami, w którym Pani Profesor reprezentowała Polskę w Komitecie Zarządzającym.
Chleb znany jest od tysięcy lat. Co można doskonalić w tak tradycyjnej technologii, jaką jest produkcja pieczywa?
Rzeczywiście, chleb towarzyszy ludzkości od zarania dziejów. Człowiek intuicyjnie wybierał to, co dla niego najlepsze. Chleb nie tylko zaspokaja głód, ale jest także źródłem wielu składników odżywczych.
Polski tradycyjny chleb ma niepowtarzalny smak i zapach, którym trudno się oprzeć. Pachnąca, chrupiąca skórka, pulchny, elastyczny miękisz zachowujący świeżość przez długi czas, to walory, których brak większości wyrobów piekarskich produkowanych w innych rejonach świata. Dzieje się tak dzięki temu, że produkcja chleba w Polsce to w większości pieczywo mieszane pszenno-żytnie i żytnie, które produkuje się na zakwasie. I właśnie ta technologia, chociaż wypracowana przez pokolenia piekarzy, jest dla współczesnego przemysłu dużym wyzwaniem.
Czym jest zakwas piekarski?
W dużym uproszczeniu to poddana fermentacji mąka, w której dzięki umiejętnym zabiegom technologicznym stabilizuje się specyficzna mikrobiota składająca się zwykle z kilkunastu, kilkudziesięciu szczepów bakterii mlekowych i drożdży.
Można chyba zaryzykować twierdzenie, że nie tylko przeciętny „zjadacz chleba”, ale nawet wielu piekarzy nie wie, że zakwas piekarski był przez tysiąclecia, do pojawienia się produkowanych na skalę przemysłową drożdży piekarskich, jedynym znanym środkiem spulchniającym pieczywo.
Zatem skoro dzisiaj mamy już drożdże piekarskie, to po co nam ten „trudny” zakwas?
Wprowadzenie do piekarni w drugiej połowie XIX wieku drożdży piekarskich spowodowało, że wieloetapowa technologia produkcji pieczywa na zakwasie została w skali światowej niemal całkowicie wyparta przez nieporównywalnie prostszą i szybszą metodę wyrastania ciasta na drożdżach.
Stosowanie zakwasów ograniczyło się niemal wyłącznie do małych piekarni rzemieślniczych w tych rejonach Europy, gdzie dominowały uprawy żyta, bowiem technologia oparta na fermentacji zakwasu jest konieczna w przypadku ciasta chlebowego z mąki żytniej.
Różne rodzaje pieczywa na zakwasie
foto: Anna Diowksz
Pieczywo na zakwasie przeżywa obecnie swój renesans, także w krajach Europy Zachodniej. Z czego to wynika?
Na fali zainteresowania żywnością tradycyjną rośnie liczba producentów wracających do korzeni. Pieczywo na zakwasie to nie tylko polski chleb, to także tradycyjne wyroby pszenne, takie jak klasyczna francuska bagietka, włoska ciabatta i szereg wyrobów z małych piekarni, głównie w krajach Morza Śródziemnego. A walory smakowe, obok wartości żywieniowych takiego chleba sprawiają, że zyskuje ono coraz szersze grono amatorów.
Czyli to od procesu fermentacji zależy głównie jakość pieczywa?
Zdecydowanie. Szeroka gama metabolitów wytwarzanych przez bakterie mlekowe i drożdże w procesie fermentacji zakwasu sprzyja uzyskaniu znacznie bogatszego smaku i zapachu, gdyż taki chleb zawiera znacznie więcej związków lotnych, co przekłada się na lepszą smakowitość, a zakwaszenie ciasta sprzyja ich zatrzymaniu. Rzemieślniczy, lokalny charakter produkcji dodatkowo sprawia, że mikrobiota produkowanych zakwasów cechuje się ogromną bioróżnorodnościa, co bezpośrednio przekłada się na urozmaicenie wytwarzanego pieczywa.
Czy w tak tradycyjnej, liczącej kilka tysięcy lat technologii można coś jeszcze ulepszać?
Uzyskanie dobrej jakości zakwasu piekarskiego nie jest wcale sprawą prostą. Produkcja opiera się na fermentacji wywołanej przez drobnoustroje pochodzące głównie z mąki. Chociaż technologia produkcji chleba z wykorzystaniem długotrwałej spontanicznej fermentacji, co do zasady stała się podobna w każdej rzemieślniczej piekarni, to łatwo dostrzec regionalne różnice w jakości chleba, a nawet odmienność pieczywa wytwarzanego przez każdego z piekarzy. Różnice te wynikają z użycia innej mąki, sposobu prowadzenia wieloetapowej fermentacji, wreszcie z warunków środowiskowych.
Sterowanie tym procesem wcale nie jest łatwe, dlatego zakwas piekarski stał się w ostatnich dekadach przedmiotem intensywnych badań naukowych, a w centrum uwagi znalazła się mikrobiota zakwasów. Interakcje pomiędzy drobnoustrojami, a także między mikrobiotą i surowcem, użyte składniki i zastosowane parametry technologiczne wpływają w znacznej mierze na właściwości zakwasu. Aby zrozumieć złożoność tych procesów rozwinęły się wysoko wyspecjalizowane dziedziny wiedzy jak genomika, metabolomika, proteomika i biochemia, dla których w centrum uwagi pozostają kluczowe dla procesu fermentacji bakterie mlekowe.
Okładka książki, w której autorką rozdziału „Traditional Polish Breads” jest prof. Anna Diowksz
Zatem badania zakwasów piekarskich prowadzone są na szerszą skalę?
Tematyce zakwasów piekarskich poświęca się aktualnie wiele uwagi. Tym zagadnieniom dedykowany był m.in. kończący się obecnie projekt COST o akronimie SOURDOMICS, w którym miałam honor reprezentować Polskę w Komitecie Zarządzającym. Głównym celem projektu było wsparcie multilateralnej współpracy pomiędzy ośrodkami naukowymi zajmującymi się zakwasami. Zaangażowanych w jego realizację było aż 250 partnerów z 54 krajów z całego świata. W prace projektowe włączonych było także ponad 20 małych i średnich przedsiębiorstw oraz dużych producentów z Europy, Afryki i obu Ameryk.
Jak wskazuje tytuł projektu: Sourdough biotechnology network towards novel, healthier and sustainable food and bioprocesses (Sieć dedykowana biotechnologii zakwasów piekarskich ukierunkowana na nowatorską, zdrowszą i zrównoważoną żywność i bioprocesy) zakres tematyczny projektu obejmował szeroko rozumianą technologię zakwasów piekarskich, począwszy od zrównoważonej produkcji zbóż, poprzez procesy fermentacyjne, aż do zagospodarowania produktów ubocznych zgodnie z zasadami biogospodarki cyrkularnej.
Czym zajmują się naukowcy badający zakwasy piekarskie?
Realizatorzy projektu pracowali w zespołach specjalizujących się w badaniu nasion konwencjonalnych i niekonwencjonalnych zbóż, skriningu mikrobioty zakwasów, opracowywaniu kultur starterowych, pozyskiwaniu funkcjonalnych metabolitów, doskonaleniu procesów enzymatycznych, opracowywaniu innowacyjnych produktów, zagospodarowywaniu produktów ubocznych, bezpieczeństwie żywności, badaniach konsumenckich, aspektach ekonomicznych i zrównoważonym rozwoju.
Czy kończący się projekt spełnił zakładane cele?
Chociaż realizacja 4-letniego projektu w dużej mierze przypadła na czas pandemii, co znacznie ograniczyło możliwość bezpośrednich kontaktów i liczbę planowanych wcześniej szkoleń, staży, czy konferencji, to nawiązana została międzynarodowa współpraca badawcza. Jej efektem są już wspólne publikacje i wydawnictwa książkowe, m.in. kompendium poświęcone tradycyjnym europejskim chlebom, w którym nie zabrakło rozdziału poświęconego polskiemu chlebowi.
Czy współpraca w ramach projektu miała także charakter badawczy?
Sama idea projektów COST nie obejmuje finansowania badań, ale wymiernym efektem skupienia uwagi na zakwasach piekarskich są prowadzone obecnie na szeroką skalę prace ukierunkowane na izolowanie i identyfikację szczepów charakterystycznych dla zakwasów i tworzenie wyspecjalizowanych biobanków, w których są deponowane.
Trzeba zdać sobie sprawę, że atrakcyjność tradycyjnych wyrobów na zakwasie wynika w dużej mierze z ich różnorodności, a za nią stoi bioróżnorodność drobnoustrojów identyfikowanych w dojrzałych zakwasach. Jak dowodzą żmudne badania mikrobiologiczne prowadzone na całym świecie, w tym szczególnie liczne w krajach europejskich, choć wszędzie typową mikrobiotę zakwasów tworzą bakterie mlekowe i drożdże tworzące złożone wieloskładnikowe konsorcja, to już ich różnorodność gatunkowa jest specyficzna dla poszczególnych regionów.
Różne rodzaje pieczywa na zakwasie
foto: Anna Diowksz
Z czego to wynika?
Z pewnością ma na to wpływ położenie geograficzne i panujący miejscowo mikroklimat, rodzaj użytego do produkcji chleba surowca, jego skład chemiczny, jak również stan mikrobioty mąki, ale szczególne znaczenie mają praktyki piekarzy rzemieślników typowe dla tradycji danego regionu. Doświadczeni piekarze potrafią tak zarządzać procesem fermentacji, aby uzyskać najbardziej pożądany efekt. Cel osiąga się poprzez zastosowanie odpowiedniej konsystencji ciasta oraz zachowanie optymalnych temperatur i czasu fermentacji na każdym etapie procesu.
Co jednak w sytuacji, kiedy jakość zakwasu nie jest zadawalająca? Albo kiedy producent pieczywa uzna, że nie jest w stanie podołać trudnemu procesowi odnawiania zakwasu, chociażby ze względu na brak dobrze przygotowanej kadry?
W takich przypadkach pomocne mogą być kultury starterowe, czyli preparaty wyselekcjonowanych drobnoustrojów, które dodane do świeżej porcji mąki i wody inicjują proces fermentacji. I tu wracamy do idei tworzenia biobanków. Aby osiągnąć zakładane korzyści z zastosowania starterów fermentacyjnych niezbędny jest odpowiedni dobór szczepów, wyselekcjonowanych pod kątem pożądanego efektu technologicznego, ale jednocześnie takich, które w konkurencji z obecnymi już w środowisku piekarni drobnoustrojami zdominują mikrobiotę i przejmą kontrolę nad procesem fermentacji.
Jak tworzy się takie startery?
Kompozycja kultur starterowych na potrzeby przemysłu opiera się na ściśle sprecyzowanych uzdolnieniach metabolicznych drobnoustrojów, co umożliwia projektowanie starterów na konkretne potrzeby danego producenta, dokładnie charakteryzującego oczekiwaną jakość produktu finalnego.
Do pozyskiwania mikroorganizmów na potrzeby konstruowania kultur starterowych najciekawszy materiał badawczy stanowią z pewnością zakwasy wykorzystywane w piekarniach rzemieślniczych o długich tradycjach, słynących z wysokiej jakości chleba. Takie podejście nie tylko zapobiega utracie schedy po poprzednich pokoleniach piekarzy, ale też może zapewnić zachowanie regionalnej specyfiki.
A co jeszcze można badać w pieczywie?
Tematów badawczych z zakresu technologii piekarstwa nie brakuje. Dużo uwagi poświęca się opracowywaniu nowych receptur, w tym wzbogacaniu pieczywa w związki bioaktywne, gdyż chleb jako produkt spożywany powszechnie i codziennie jest ich dobrym nośnikiem. Bardzo dużo badań prowadzi się obecnie z zakresu produkcji pieczywa bezglutenowego, co jest dużym wyzwaniem technologicznym. Na marginesie, odrębną kwestią jest tu zbyt pochopne stosowanie diety bezglutenowej przez część konsumentów lub też całkowite wykluczanie pieczywa z diety, ale jest to chyba temat na inną rozmowę.
