Fermentering og starter-kulturer
En detaljeret forståelse af mikrobiota i vores fødevarer har stor betydning for optimering af fødevarekvalitet, forbedret holdbarhed og fødevaresikkerhed. De økologiske og metaboliske studier, der gennemføres på Institut for Fødevarevidenskab, faciliterer den bevidste brug af mikroorganismer til forbedring af sensoriske egenskaber, design af nye produkter, forbedring af sundhed eller forebyggelse af udvikling af sygdomsfremkaldende bakterier.
Inden for forskningsområdet Fermentering og starterkulturer på Institut for Fødevarevidenskab på Københavns Universitet (KU FOOD) fokuserer vi på biodiversitet på bakteriestammeniveau, bio-beskyttelse, mikrobielle interaktioner og optimering af starterkulturer. Vi forsker i fødevarebårne bakterier, gær, skimmelsvampe og bakteriofager (fager), samt deres interaktioner med råvarer, fødevarematricer og forarbejdningsudstyr. Det kræver en detaljeret viden om enzymatisk aktivitet, smagsdannelse og mikrobiel konkurrence i form af positive og negative interaktioner.
Vores forskning har stor betydning for at løse flere globale udfordringer. Fermentering kan ses som en omkostningseffektiv måde at bearbejde fødevarer på, der resulterer i fødevarer med øget næringsværdi, bedre smag og forlænget holdbarhed. Optimerede fermenteringer forebygger tab af råvarer og kan gøre uspiselige råvarer spiselige. Den danske fødevare-, ingrediens-og bioteknologiske sektor fremstiller fremragende produkter, der alle er afhængige af en optimal ydeevne af mikrobielle kulturer. Disse produkter er en vigtig del af Danmarks globale eksport.
At udforske mikrobielle forskelle og isolation af nye arter med nye teknologiske egenskaber er helt afgørende for nye opdagelser inden for det bioteknologiske område. Vi følger fx diversiteten og udviklingen af fager i ostemejerier ved hjælp af traditionelle såvel som meta-virome tilgange for at forstå udviklingen af nye fager, der forårsager forsyringsproblemer samt defekter i forhold til smag og udseende, og som lejlighedsvis skaber mulighed for udvikling af patogener eller organismer, der medfører fordærv. Der er en betydelig mangel på viden om de sensormekanismer, der foregår på det mikrobielle niveau under fødevareproduktion. I vores forskning samarbejder vi med mikrobielle miljøforskere og forskere inden for det medicinske område for at styrke vores viden om mikrobiel "smalltalk".
Mangfoldigheden af fødevarebårne mikroorganismer er enorm, herunder både prokaryoter, bakterier og eukaryoter, gær og skimmelsvampe. Ofte ses der væsentlige belastningsvariationer i stammers evne til at vokse i fødevarematrix samt deres metaboliske træk og produktion af sekundære metabolitter. For at kunne anvende og spore fødevarebårne mikroorganismer skal deres taksonomiske position og metaboliske aktiviteter være kendte. Hvis man vil sikre funktionaliteten af de anvendte starterkulturer i fødevareindustrien, kræver det en forståelse af mikrobiel kondition og overlevelse i ekstreme og fluktuerende tilstande.
Med Afrika som et kommende kontinent for økonomisk vækst har vi en stor interesse i at hjælpe med at opskalere fødevareområdet. For nylig har vi etableret mikrobielle kultursamlinger i Ghana, Benin og Burkina Faso, som giver vores vestafrikanske partnere mulighed for at bevare deres mikrobielle kulturarv til fremtidig brug på fødevareområdet. Vi ser også de afrikanske fermenterede fødevarer som et nyt fokusområde for gastronomisk udvikling og som et kommende forskningsområde for optimering af menneskers sundhed og trivsel.
Forståelsen af dynamikken mellem bakterievært og fag i relation til fødevarer, som fx i forbindelse med ostefermentering og i relation til tarmmikrobiota, er vigtig. Vores forskning fokuserer på at udvikle nye molekylærbaserede teknikker som fx metavirom-isolation i fødevarer og tarmprøver, karakterisering af metaviromer ved Next Generation Sequencing og ved high-throughput qPCR, phag genome sequencing fra enkeltplader ved hjælp af Next Generation Sequencing. Med disse metoder skaber vi store datamængder, der hjælper os med at forstå dynamikken i fag-vært interaktionen og giver os mulighed for at forudsige, hvornår manglende/mislykket fermentering forventes at dukke op, eller hvilke phager, der skal bruges for at ændre tarmmikrofloraen på en ønsket måde.
Vores forskning fokuserer på fysiologien af gær og bakterier, der finder sted i fermenteringer af øl, vin og lignende drikkevarer (fx cider og kombucha). Vi analyserer præstationen af eksisterende og nye stammer i forskellige urter og druesafter for at fastslå hvilke parametre, der har størst indflydelse på det færdige produkt. Vi undersøger også blandede kulturer af flere gær og bakterier for at vurdere samspillet mellem kulturerne. I den forbindelse udnytter vi fluorescens-mikroskopi og bioimaging til at kvantificere populations-heterogenitet samt anvende flowcytometri til højkapacitetsanalyser.
En bæredygtig måde at forlænge holdbarheden af fødevarer på er ved at bruge "helt naturlige" konserveringsteknologier i form af bio-konservering. Det har et kæmpe potentiale og bio-konservering kan i sidste ende bane vej for produktionen af minimalt forarbejdede fødevarer og øge stabiliteten af fødevarer, der opbevares uden for kølekæden. Effekterne af nye bio-konserveringsteknologier, baseret på mikrobielle stammer eller enzymer, herunder mikrobiel produktion af naturlige konserveringsmidler, udforskes på enkeltcelleniveau under hensyntagen til celledifferentiering, der undersøges af up-front molekylære biologiske teknikker. Grundlæggende studier overføres til rigtige fødevarematricer under hensyn til samspillet mellem mikrobielle celler og fødevarematrix samt etablering af mikrokolonier.
Kontakt
Susanne Knøchel
Professor
Food Microbiology, Gut Health, and Fermentation
Lene Jespersen
Professor
Food Microbiology, Gut Health, and Fermentation
Dennis Sandris Nielsen
Professor
Food Microbiology, Gut Health, and Fermentation
Niels Arneborg
Lektor
Food Microbiology, Gut Health, and Fermentation
Henrik Siegumfeldt
Lektor
Food Microbiology, Gut Health, and Fermentation