6 دقیقه
روش آزمایشگاهی جدید بازتولید تخمیر مزرعه برای تولید شکلات با طعم ظریف و یکنواخت
پژوهشگران عوامل زیستی و فیزیکی که عطر و طعم پیچیدهٔ شکلات را می‌سازند، نقشه‌برداری کرده‌اند و از این دانش برای بازتولید تخمیر باکیفیت کاکائو در شرایط کنترل‌شدهٔ آزمایشگاهی استفاده کرده‌اند. اعتبار: Mimi Chu Leung
تخمیر کاکائو گام نخست حیاتی پس از برداشت است که پایهٔ شیمیایی طعم شکلات، پیچیدگی عطر و کاهش تلخی را تعیین میکند. تیمی از دانشکده علوم زیستی دانشگاه ناتینگهام در مطالعه‌ای منتشرشده در Nature Microbiology نشان دادند چگونه دما، pH و ترکیب میکروبیوم تخمیر با هم تعامل دارند تا نتایج طعمی «فاین-فلیور» در شکلات مشخص شود.
پیش‌زمینهٔ علمی: چرا تخمیر اهمیت دارد
تخمیر دانهٔ خام را به پیشمادههای طعمی تبدیل میکند که در حین رُست و کونچ توسعه مییابند. در مزارع، تخمیر معمولاً خودبه‌خود رخ می‌دهد: دانه‌های تازهٔ برداشت‌شده در جعبه‌ها، توده‌ها یا سبدها انباشته شده و در شرایط محیطی تخمیر می‌شوند. مخمرها، باکتری‌ها و قارچ‌های رشته‌ای طبیعی از محیط، پالپ و نیمه‌پختهٔ دانه‌ها را کلونیزه و قندها و سایر سوبسترات‌ها را متابولیزه میکنند و اسیدهای آلی، الکلها و ترکیبات فرّاری تولید میکنند که بعداً یادداشتهای مشخصهٔ شکلات را شکل میدهند.
اما تخمیرهای خودبه‌خودی متغیرند. عوامل غیرزیستی مانند دمای محیط و pH، همراه با این که کدام میکروبها غالب می‌شوند، بین برداشت‌ها، مزارع و مناطق تفاوت دارد. این نوسان باعث می‌شود کشاورزان و سازندگان شکلات نتوانند به‌طور قابل‌اعتمادی شکلات فاین-فلیور تولید کنند؛ موضوعی که تیم ناتینگهام در پی حل آن بود.
طرح مطالعه و تخمیر آزمایشگاهی: پیوند دادن دادههای مزرعه با یک جامعهٔ مصنوعی
پژوهشگران در کنار تولیدکنندگان کاکائوی کلمبیایی کار کردند و در حین ردیابی تخمیرهای مزرعهای، دمای دانه، pH و توالی جانشینی میکروبی را اندازه‌گیری کردند. پروفایلینگ میکروبی با وضوح بالا گونههای خاص باکتریایی و قارچی و ویژگی‌های متابولیکی را نشان داد که با ویژگی‌های حسی شکلات فاین-فلیور ارتباط قوی داشتند.
با استفاده از آن دادههای میدانی، تیم یک جامعهٔ میکروبی تعریف‌شده و مصنوعی — ترکیبی گزینشی از مخمرها، باکتری‌ها و قارچ‌ها — طراحی کرد و فرایند تخمیر را در آزمایشگاه با کنترل دقیق دما و pH بازتولید کرد. پروتکل آزمایشگاهی تبدیلهای متابولیکی کلیدی و نتایج حسی تخمیرهای سنتی مزرعه را تکرار کرد و نشان داد که شیمی اصلی شکلات فاین-فلیور را می‌توان به‌طور قابل‌پیش‌بینی مهندسی کرد.
جامعهٔ میکروبی و نشانگرهای متابولیکی
این مطالعه هم نشانگرهای زیستی و هم غیرزیستی را که پیش‌بینی‌کننده‌های پایدار رشد طعم عمل میکنند، برجسته میکند. برخی تاکسون‌های میکروبی و مسیرهای متابولیکی‌شان با ترکیبات فرّاری و پروفایل‌های طعمی مطلوب همبستگی قوی داشتند. هم‌زمان، بازههای هدف برای دما و pH بهعنوان شاخص‌های قابلتکرار پدیدار شدند که این فرایندهای متابولیکی را به سمت نتایج فاین-فلیور هدایت میکنند.
کشف‌های کلیدی و پیامدها برای تولید شکلات
پیشرفت اصلی دو وجهی است: نخست، شناسایی نشانگرهای قابلاندازهگیری (امضای میکروبی، بازههای pH و دما) که مسیرهای طعمی را به‌طور قابل‌اعتماد پیشبینی میکنند؛ دوم، نشان دادن این که یک جامعهٔ استارتر تعریف‌شده و شرایط تخمیر کنترل‌شده می‌توانند شیمی و ویژگی‌های حسی شکلات فاین-فلیور را بازتولید کنند.
دکتر دیوید گوپاولچان، نویسندهٔ مسئول مطالعه، اشاره میکند که گذار از تخمیرهای غیرقابل‌پیش‌بینی و خودبه‌خودی به رویکردی استاندارد و مبتنی‌بر داده میتواند فرآوری کاکائو را متحول کند. تولیدکنندگان می‌توانند از فرهنگهای استارتر و پارامترهای کنترل‌شدهٔ تخمیر برای کاهش نوسان بین بچ‌ها، بازکردن پروفایل‌های طعمی جدید و افزایش ارزش محصولات خود استفاده کنند — دقیقاً همان‌گونه که فرهنگهای استارتر در صنعت آبجو و پنیر موجب استاندارسازی و بهبود یکنواختی شدند.
فناوری‌های مرتبط و چشم‌اندازهای آینده
این پژوهش مسیرهایی برای ابزارهای کاربردی مانند فرهنگهای استارتر بهینه‌شده، کنترل‌های تخمیر مبتنی‌بر حسگر و مدل‌های پیشبینی که دادههای میکروبیوم را با سری‌های زمانی دما و pH ترکیب میکنند، باز میکند. برای تولیدکنندگان شکلات صنعتی و دست‌ساز، این فناوری‌ها میتواند امکان تولید محصولات فاین-فلیور قابلتکرار و طراحی طعم تجربی را با انتخاب کنسرسیوم‌های میکروبی و پروفیل‌های فرآوری فراهم آورد.
چالش‌های بالقوه‌ای در دسترسی و پذیرش برای کشاورزان کوچکمالک باقی می‌ماند: اجرای فرهنگهای استارتر و تجهیزات پایش نیاز به آموزش، کنترل کیفیت و تنظیمات زنجیرهٔ تأمین دارد. با این حال، روش جدید مبتنی‌بر آزمایشگاه نقشهای برای مقیاسدهی و دمکراتیزه کردن بهبود کیفیت طعم در بخش کاکائو فراهم میآورد.
دیدگاه کارشناسی
دکتر النا مارسکز، میکروبیولوژیست غذا و مروج علمی، اظهار میکند: «این مطالعه پل بین اکولوژی میدانی و علم کاربردی تخمیر را برقرار می‌سازد. با جدا کردن اهرم‌های میکروبی و فیزیکوشیمیایی که شیمی طعم را هدایت میکنند، امکان طراحی پروتکل‌های تخمیری که هم قابلتکرار و هم قابل‌سازگاری با شرایط محلی باشند، پدید می‌آید. گام بعدی اجرای آزمایشی این سیستم‌های استارتر در مزرعه است تا اطمینان حاصل شود که در خارج از آزمایشگاه نیز کارایی دارند.»
نتیجه‌گیری
تحقیقات تیم دانشگاه ناتینگهام نشان می‌دهد که طعم شکلات نباید بر عهدهٔ شانس گذاشته شود. با شناسایی گونههای میکروبی، ویژگی‌های متابولیکی و پنجره‌های دقیق دما و pH که شکلات فاین-فلیور را تولید میکنند و بازتولید آن شرایط با یک جامعهٔ استارتر تعریف‌شده در آزمایشگاه، دانشمندان زیرساخت استانداردسازی تخمیر کاکائو را بنیان گذاشته‌اند. این رویکرد نویدبخش تولید شکلات با کیفیت بالاتر و یکنواخت‌تر، نوآوری در طعم و ابزارهایی برای کمک به پرورش‌دهندگان و تولیدکنندگان در بهینه‌سازی ارزش محصول در حالی است که فرصت‌هایی برای سازگاری محلی حفظ می‌شود.
منبع: sciencedaily
.avif)
نظرات