Научный прогресс влияет на многие аспекты жизни человека, от методов передвижения и связи до одежды и продуктов питания. Консервы, к примеру, стали невероятно важным открытием, позволившим не просто долго хранить продукты питания, но и обеспечивать людей едой в местах, где ее добыть было бы сложно или невозможно. Конечно, ранние примеры использования не всегда были гладкими, Экспедиция Франклина тому яркое подтверждение, но со временем любой процесс пришлифовывался и совершенствовался. Порой новые методы обработки пищи становились более быстрой и выгодной заменой традиционным методам, которые обладали не только богатой историей, но и богатым вкусом. Ученые из Копенгагенского университета (Дания) провели детальное исследование необычного традиционного рецепта йогурта, ранее распространенного в Турции и Болгарии. Необычность заключается в использовании муравьев в качестве ферментаторов. Что удалось выяснить ученым, что именно делает муравьев столь эффективными ферментаторами, и вкусный ли такой йогурт? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.
Основа исследования
Ферментация молока в такие продукты, как йогурт, сыр и кефир, берет свое начало в древнейших практиках и оказала огромное влияние на развитие гастрономических культур во всем мире. Самые ранние археологические свидетельства молочного животноводства относятся к периоду около 9000 лет назад и обнаружены в Анатолии (на территории современной Турции). Предполагается, что доисторическая ферментация молочных продуктов могла происходить уже примерно 7000 лет назад — об этом свидетельствуют остатки жиров и белков, найденные в керамических сосудах, напоминающих ситечки для сыра. В последующие тысячелетия разнообразные практики позволили превращать молоко в продукт, который можно хранить, транспортировать и который обладает высокой питательной ценностью. Следовательно, ферментация молока стала неотъемлемой частью региональных кухонь и даже языков.
Йогурт — это кислый продукт брожения молока, который представляет собой функциональную культурную адаптацию, основанную на взаимодействии между людьми, домашними животными, окружающей средой и, что особенно важно, микроорганизмами. Именно микробы, попадая в молоко, с помощью своих ферментов запускают процессы брожения, превращая его в кислый и густой йогурт. Эти межвидовые связи отражены даже в турецком слове maya — «закваска», происхождение которого связано с идеей «взаимосвязей в широком полотне жизни», объединяющем микробы, животных, растения и человеческую культуру.
В начале XX века микробиологи впервые описали культуру йогурта, положив начало важному переходу — от разнообразия, присущего традиционному йогурту, к его упрощенной промышленной форме. Стамен Григоров и Илья Мечников выделили и популяризировали вид бактерии из болгарской закваски (maya) — Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus. Следуя за идеями Мечникова, промышленное производство йогурта сосредоточилось на использовании лишь нескольких бактериальных таксонов, главным образом L. delbrueckii subsp. bulgaricus и Streptococcus thermophilus. Оба вида относятся к молочнокислым бактериям, которые играют ключевую роль как в промышленных, так и в природных ферментациях — они способствуют сохранению продуктов, формированию вкуса и, возможно, приносят пользу здоровью. Однако концентрация на нескольких видах бактерий привела к утрате биоразнообразия, изначально присущего традиционным йогуртам, которые могли включать множество видов и штаммов микроорганизмов. Возвращение к биокультурным истокам ферментации йогурта открывает возможности для изучения этого разнообразия заквасочных культур, лучшего понимания взаимосвязанности пищевых систем и более глубокого осмысления истории йогурта и его культурных практик.
Бактерии, присутствующие в йогурте, происходят из многовидового состава традиционной закваски — maya. Обычно бактериальное сообщество, которое первым колонизирует молоко и формирует экосистему ферментации, может происходить из различных природных источников. После этого культуру йогурта поддерживают путем добавления небольшого количества готового или старого йогурта в свежее молоко — этот процесс называют «бекслоппинг» (от англ. Backslopping). Первыми источниками микробов, запускающих ферментацию, могут быть животное, дающее молоко, человек, который его обрабатывает, или окружающая среда — например, растительность, воздух, используемая посуда, а также определенные материалы для закваски. Так, в горных деревнях турецких провинций Кютахья и Эскишехир процесс сквашивания молока начинается с добавления шишек сосны, которые, как показано, вводят ключевые виды микробов, включая L. delbrueckii и S. thermophilus. Другие растительные материалы, применяемые для содействия ферментации молока в Турции и ряде других стран, включают цветы ромашки, липы и корни крапивы. В более широком контексте листья таких растений, как крапива, инжир и росянка, издавна использовались в традиционных практиках по всему миру для свертывания молока и последующей ферментации. Однако природные материалы, добавляемые для инициирования первой ферментации йогурта, не ограничиваются только растениями.
Целью рассматриваемого нами сегодня исследования было прояснить биологические катализаторы, лежащие в основе еще одной традиционной турецкой и болгарской практики приготовления йогурта — «муравьиного йогурта». Эта историческая техника заквашивания первого (основного) йогурта задокументирована на всем Балканском полуострове и в Турции. Во многих турецких традициях используются муравьиные яйца, личинки, куколки или материал из окружающего гнезда.
Так, этнограф Али Рыза Ялман отмечал:
Если кочевники хотят сделать йогурт, но не могут найти достаточного количества закваски, они разминают в ладонях крошечные яйца муравьев, укрывающихся под камнями. Когда это добавить в молоко […], оно превращается в йогурт.
Дополнительные устные свидетельства, собранные в горах Шарри на территории Албании и Северной Македонии, также упоминают использование муравьев в традиционной ферментации йогурта. Основное внимание в исследовании было уделено традиционной болгарской весенней практике, при которой йогурт ферментируется внутри колонии красных лесных муравьев. Следует также отметить, что Турция и Болгария исторически связаны культурными традициями, существовавшими задолго до установления современных государственных границ, что обеспечивает преемственность их кулинарных практик на протяжении тысячелетий. Этнографические данные о «муравьином йогурте», собранные в разных регионах, указывают на то, что муравьи могли играть недооцененную, но функционально важную роль в процессе ферментации.
Изображение №1
В данном исследовании была проверена гипотеза о том, что ферментация йогурта может быть инициирована «голообионтом муравья» — системой, включающей как самого муравья, так и присущие ему микробные сообщества. Предполагается, что голообионт муравья — и насекомое, и его микробы — может вносить в процесс ферментации кислоты и ферменты, играющие ключевую роль в превращении молока в йогурт (изображение №1). На первом этапе была исследована возможность использования красных лесных муравьев (Formica rufa и близкие виды) в качестве заквасочных культур для йогурта — как на основе этнографических данных, так и в контексте современных гастрономических практик. Затем было проведено микробиологическое профилирование сообществ, обитающих у видов F. rufa и F. Polyctena. Для оценки вклада голообионта муравья в ферментацию были приготовлены йогурты, полученные с использованием муравьев F. polyctena при контролируемых лабораторных условиях. Йогурты создавались с добавлением живых, замороженных и предварительно замороженных, а затем обезвоженных муравьев. Живые муравьи позволяют всем микробам, обитающим в их организме, участвовать в процессе ферментации. Замораживание и обезвоживание, напротив, часто применяются в кулинарных целях, поскольку позволяют уничтожить паразитов, которых могут переносить муравьи, однако такие обработки способны повлиять и на другие живые микроорганизмы.
Для полученных образцов йогурта были охарактеризованы бактериальные микробиомы, измерено содержание органических кислот, а также проанализированы протеазы и пептидазы, происходящие как от муравьев, так и от их бактерий. В целом, данное исследование рассматривает ранее не изученную экологическую нишу бактерий, связанную с традиционными практиками, которые, возможно, имели ключевое значение как для древних, так и для перспективных технологий ферментации пищевых продуктов.
Результаты исследования
Изображение №2
Для всестороннего понимания традиционного использования муравьев в качестве закваски для йогурта были проведены полевые исследования в Болгарии — в сообществе, где до сих пор сохраняются устные свидетельства об этой практике. Для эксперимента была использована колония муравьев, выбранная местными жителями; вид был определен как Formica rufa — один из четырех видов группы F. rufa, обитающих на территории Болгарии.
Процесс приготовления йогурта воспроизводил традиционный способ: в банку с теплым сырым молоком помещали четырех живых муравьев (2A), горлышко банки закрывали марлей, после чего банку оставляли бродить прямо внутри муравейника на одну ночь (2B). В этом процессе муравьи могли служить источником микроорганизмов (инокулятом), а сам муравейник — выполнять роль инкубатора, поскольку известно, что он выделяет тепло. Через сутки банку извлекали. Полученный продукт по кислотности, текстуре и вкусу соответствовал ранней стадии ферментации йогурта. Было отмечено, что молоко подкислилось до pH 5, свернулось и осело на дно сосуда (2C).
Кулинарные применения муравьев вида Formica rufa были разработаны исследовательской командой ресторана «Alchemist», занимающего восьмое место в мировом рейтинге и отмеченного двумя звездами Мишлен. Этот ресторан известен своим научно-ориентированным подходом к гастрономии и экспериментальной кухне. Основой для разработанных рецептур послужили предыдущие опыты, в ходе которых было замечено, что добавление муравьев к молоку вызывает его свертывание. Предположительно, этот эффект обусловлен присутствием муравьиной кислоты, выделяемой F. rufa. Дополнительные сведения о традиционном использовании муравьев в молочных продуктах способствовали направлению исследований в кулинарную плоскость. Таким образом, разработанные инновации опираются на потенциал муравьиной кислоты, продуцируемой самими муравьями, и органических кислот микробного происхождения для свертывания молока.
Были разработаны три кулинарных применения с использованием живых муравьев, а также муравьев, предварительно замороженных и обезвоженных.
Первое блюдо, названное «муравьиный сэндвич» (от ant-wich), представляло собой мороженое из овечьего йогурта, приготовленного с использованием живых муравьев в качестве закваски (2D). Мороженое помещалось между гелем с экстрактом муравьев и тонким печеньем тюиль, после чего десерту придавалась форма муравья при помощи лазерной трафаретной резки. Муравьи придавали десерту ярко выраженную, острую кислотность, контрастирующую с жирностью молока, а температура подачи −11 °C создает идеальный баланс вкусов.
Вторым блюдом было «маскарпоне из козьего молока», для приготовления которого использовались обезвоженные муравьи в качестве катализатора свертывания молока (2E). Полученный продукт имел текстуру, сходную с коммерческим маскарпоне, но обладал насыщенным, острым ароматом, напоминающим выдержанный сыр пекорино.
Третьим блюдом стал молочный коктейль, вдохновленный старинным рецептом XVIII века. Классически такой напиток готовится путем свертывания молока кислотой цитрусовых с последующей фильтрацией, что дает прозрачный напиток с мягкой, бархатистой структурой. В данном случае обезвоженные муравьи выступали источником кислоты, вызывая свертывание и расслоение молока (2F). Полученный коктейль отличался фруктовыми нотами абрикосового ликера и бренди (изюм, инжир, карамелизированное яблоко) и шелковистой текстурой за счет сыворотки. Замена цитрусовых на муравьев придала напитку мягкую кислотность и уникальный вкус с дополнительными фруктовыми оттенками.
Крайне важно отметить, что несмотря на высокий потенциал представленных кулинарных инноваций, ученые подчеркивают, что их не следует применять в широкой практике, если только вы не специалист в области микробиологии или обладаете соответствующими знаниями и навыками, связанными именно с такими кулинарными традициями. Существует ряд факторов, связанных с пищевой безопасностью, которые необходимо учитывать.
Так, известно, что живые муравьи могут содержать паразита, способного вызывать неблагоприятные последствия для здоровья человека, хотя частота его встречаемости считается низкой. В кулинарных экспериментах с живыми муравьями насекомые раздавливались, смешивались с небольшим количеством молока, после чего смесь фильтровалась через сито с размером пор 100 мкм. Такая фильтрация должна удалять возможных паразитов (средний размер которых составляет около 332 × 221 мкм), при этом пропуская через фильтр бактерии и дрожжи, участвующие в ферментации.
Кроме того, замораживание показало эффективность в уничтожении данного паразита, поэтому в большинстве кулинарных применений муравьи используются именно в замороженном виде. Однако при последующем длительном хранении или инкубации при повышенной температуре, как это происходит при ферментации, может возникнуть риск размножения патогенных микроорганизмов.
Учитывая, что муравьи обладают широкими кулинарными возможностями, включая потенциал для инициации процессов ферментации — как в традиционных, так и в современных условиях — исследователи поставили цель глубже изучить роль муравьиного голобионта. Была выдвинута гипотеза, что голобионт муравья, включающий самого насекомого и связанных с ним микроорганизмов, способствует ферментации благодаря совместному действию бактерий, органических кислот и ферментов. Для проверки этой гипотезы были проведены эксперименты, в которых приготовлялись три варианта ферментированного молока — с использованием живых, замороженных и обезвоженных муравьев, аналогично современным гастрономическим подходам. Муравьев собирали в конце весны и начале осени, чтобы оценить, влияет ли сезон на состав микробиома и характер протекания ферментации. Хотя эти эксперименты не охватывают всего многообразия участников традиционных процессов брожения — будь то муравьи, микробы, человек или другие природные факторы, — они представляют собой первый важный шаг к пониманию биологических механизмов, лежащих в основе этого необычного типа ферментации.
Изображение №3
В начале исследования ученые охарактеризовали бактериальный микробиом двух близкородственных видов рыжих лесных муравьев (Formica rufa и Formica polyctena) с помощью метабаркодинга 16S рРНК. Целью было понять, можно ли практику приготовления «муравьиного йогурта» переносить между разными видами муравьев и регионами. Эти два вида обитают в широком ареале, охватывающем Данию (где проводились эксперименты по приготовлению йогурта) и Болгарию или Турцию (где зафиксированы этнографические свидетельства традиционного использования муравьев) (3A). Оба вида встречаются на опушках сосновых лесов, строят гнезда-купола из хвои и имеют почти идентичные морфологические признаки. Эти сходства делают их практически неразличимыми в полевых условиях, даже для специалистов-мирмекологов. Следовательно, оба вида могли использоваться как в традиционных, так и в современных кулинарных практиках, связанных с ферментацией молока.
Микробиом двух видов Formica оказался преимущественно представлен молочнокислыми бактериями (Lactobacillaceae), уксуснокислыми бактериями (Acetobacteraceae) и облигатно внутриклеточными бактериями (Anaplasmataceae) (3A). Состав бактериальных семейств и родов соответствует микробиомам, характерным для муравьев рода Formica, распространенных по всему Северному полушарию. Так, у различных видов Formica в пределах клады обнаруживаются молочнокислые бактерии родов Lactobacillus или Fructilactobacillus (3B). Следовательно, хотя между отдельными колониями могут существовать различия, доминирующие бактерии на уровне рода остаются удивительно стабильными. Кроме того, было установлено, что микробиом муравьев Formica имеет сезонный характер. От весны к осени наблюдалось увеличение относительного количества молочнокислых и уксуснокислых бактерий, а также общей бактериальной биомассы (3A).
Затем была проверена гипотеза о том, что молочнокислые и уксуснокислые бактерии, обитающие у муравьев, могут передаваться в йогурт. Экспериментальные образцы муравьиного йогурта были приготовлены в лабораторных условиях с соблюдением стерильности, с использованием муравьев F. polyctena (живых, замороженных или обезвоженных). Целью было определить вклад муравьев в процесс ферментации. Следует отметить, что ферментация может протекать по-разному у разных видов муравьев, и нельзя с уверенностью утверждать, что близкородственные виды Formica обладают одинаковым потенциалом для ферментации. Например, молочнокислые бактерии могли коэволюционировать вместе с муравьями, адаптируясь к биологическим особенностям конкретного вида-хозяина. Тем не менее проведенные опыты представляют собой первый шаг к определению того, могут ли молочнокислые и уксуснокислые бактерии, присутствующие у муравьев, действительно способствовать процессу брожения.
На основании анализа 16S рРНК метабаркодинга экспериментальных йогуртов, приготовленных с использованием F. polyctena в стерильных условиях, была подтверждена гипотеза о том, что бактерии, обитающие у муравьев, действительно вносят вклад в микробиом йогурта. Способ подготовки муравьев заметно влиял на состав бактериальных сообществ в полученных образцах йогурта (3C).
Подобно самим муравьям, йогурты, приготовленные с использованием живых муравьев, стабильно характеризовались преобладанием молочнокислых и уксуснокислых бактерий. Неожиданно оказалось, что несмотря на существенные сезонные различия в микробиоме муравьев, состав микробиомов соответствующих йогуртов отличался незначительно, что указывает на возможность ферментации независимо от сезонных колебаний микробного состава у муравьев. Наиболее представленным бактериальным родом был Fructilactobacillus. Реальная численность Fructilactobacillus могла быть даже выше, поскольку положительный контроль метабаркодинга показал незначительное недооценивание доли молочнокислых бактерий в образцах.
В отличие от этого, йогурты, приготовленные с использованием обезвоженных муравьев, демонстрировали изменчивый микробный состав. В йогуртах с замороженными муравьями были обнаружены две группы бактерий: Bacillaceae, способные размножаться в йогурте, и Anaplasmataceae, которые являются облигатно внутриклеточными бактериями и, следовательно, не могут развиваться в йогурте. Очевидно, что замораживание и обезвоживание снижали жизнеспособность бактерий, что приводило к случайной сборке микробных сообществ или к преимуществу более устойчивых к холоду представителей Bacillaceae. Таким образом, устойчивое присутствие молочнокислых и уксуснокислых бактерий в йогуртах с живыми муравьями указывает на то, что именно живые муравьи являются наилучшим стартером для ферментации.
Была проведена оценка стабильности состава бактериального микробиома в разных образцах йогурта. Для этого использовались показатели альфа- и бета-разнообразия:
Альфа-разнообразие отражает число бактериальных штаммов в одном образце (ASV от amplicon sequence variants, т. е. варианты ампликонных последовательностей);
Бета-разнообразие показывает различия в составе штаммов между образцами, с учетом их относительной численности.
Подготовка муравьев оказала значительное влияние на альфа- и бета-разнообразие йогуртов. Альфа-разнообразие йогуртов с живыми муравьями оказалось средним (3D), а бета-разнообразие — очень низким (3E). Это означает, что йогурты с живыми муравьями имели практически одинаковый состав и виды бактерий от одной пробы к другой, что соответствует требованиям предсказуемой и контролируемой ферментации.
Изображение №4
Ученые предположили, что бактерии из голобионта муравья способны расти в молоке, способствуя процессу ферментации. Для оценки роста проводили измерение бактериальной нагрузки в муравьях и йогуртах с помощью количественной ПЦР (qPCR от quantitative PCR) и идентификацию жизнеспособных бактерий через культуру и секвенирование 16S рРНК по методу Сэнгера.
Было установлено, что живые муравьи вносили молочнокислые бактерии, которые активно размножались в йогурте. Весной йогурты содержали большее количество молочнокислых бактерий, чем изначально было внесено муравьями в качестве закваски (4A). Однако осенью наблюдалась противоположная тенденция (4A), что указывает на то, что не все молочнокислые бактерии муравьев попадают в молоко, или что бактерии, ассоциированные с осенними муравьями, меньше размножаются. Хотя молочнокислые бактерии доминировали в йогуртах с живыми муравьями и в культурах йогурта, в йогуртах с замороженными и обезвоженными муравьями их доля в бактериальной нагрузке была небольшой.
Йогурт, приготовленный с живыми муравьями, содержал несколько видов культивируемых молочнокислых бактерий (4B). В соответствии с доминированием Fructilactobacillus в анализе микробиома, был выделен F. sanfranciscensis — бактерия, ассоциированная не только с муравьями, но и с ферментацией заквасочного хлеба. Кроме того, был выделен Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, типичный для ферментированных молочных продуктов. Наконец, были выделены уксуснокислые бактерии Oecophyllibacter saccharovorans, ранее описанные в ассоциации с родами муравьев, близкими к Formica. Таким образом, разнообразие культивируемых молочнокислых бактерий указывает на перекрытие экологических ниш муравьев и ферментированных продуктов питания.
На основе распространенности (Fructilactobacillus, 4B) и относительной численности ученые охарактеризовали метаболический потенциал выделенного F. sanfranciscensis. Изолят выращивали на различных углеродных субстратах, а катаболизм каждого из них количественно оценивали.
Было установлено, что штамм, ассоциированный с муравьями, катаболизировал десять различных субстратов (4C), при этом наиболее быстро усваивались ɑ-D-глюкоза, D-фруктоза и 2-дезокси-D-рибоза. Штаммы F. sanfranciscensis, встречающиеся в заквасочных хлебах, также способны метаболизировать глюкозу, фруктозу и рибозу. Кроме того, штамм из муравьев способен разлагать дихидроксиацетон, который известен как продукт деятельности уксуснокислых бактерий O. saccharovorans, также найденных у муравьев и в йогурте. Это указывает на то, что F. sanfranciscensis в муравьином йогурте метаболизирует доступные сахара и кислоты, затем использует нуклеиновые кислоты и белки, что объясняет медленный рост по сравнению с обычными йогуртовыми штаммами.
Примечательно, что метаболизм лактозы (основного сахара молока), а также сахарозы и мальтозы, характерных для заквасочных штаммов, не наблюдался. Вероятно, в нише муравьев поддерживать эти функции не требуется. Однако при адаптации к ферментированным пищевым нишам бактерии могут приобрести гены, позволяющие метаболизировать углеводы в йогурте или закваске, что может объяснять различия между изученными бактериями и типичными штаммами ферментированных продуктов.
В йогуртах, приготовленных с обезвоженными и замороженными муравьями, бактериальная нагрузка преимущественно формировалась спорообразующими бактериями из семейства Bacillaceae. Примечательно, что в самих муравьях биомасса Bacillaceae почти отсутствует, особенно по сравнению с йогуртами (4D), и эти бактерии не размножались в йогуртах с живыми муравьями. Были выделены несколько видов Bacillaceae, главным образом происходящих из обезвоженных или замороженных муравьев и соответствующих йогуртов (4E). Среди них присутствовал пищевой контаминант Bacillus cereus. Хотя нельзя точно определить, достигала ли нагрузка Bacillus уровня, опасного для потребления, это указывает на потенциальный риск. Следовательно, можно заключить, что микробиом обезвоженных и замороженных муравьев и приготовленных с ними йогуртов нежелателен для пищевой ферментации.
Изображение №5
Была выдвинута гипотеза, что голобионт муравья, включающий самого муравья и его микробов, может вносить кислоты, ключевые для ферментации. В йогурте бактерии метаболизируют лактозу, в результате чего образуется большое количество молочной кислоты и обычно небольшое количество уксусной и муравьиной кислот. Эти кислоты обеспечивают характерный вкус, густую текстуру и сохранность йогурта. Кроме того, у муравьев рода Formica (хотя не у всех муравьев) имеется ядовитая железа, содержащая в основном муравьиную кислоту, которая может составлять до 10% массы тела муравья, хотя тело муравья в целом содержит более сложную смесь химических соединений.
Таким образом, кислоты из голобионта муравья могут оказывать три эффекта:
Формировать вкус и текстуру йогурта даже без участия микробов;
Создавать кислую среду, благоприятную для роста кислотопродуцирующих микроорганизмов;
Действовать через сами кислотопродуцирующие микроорганизмы, которые независимо от муравья могут изменять кислотность и вкус фермента.
Для исследования того, вносят ли компоненты голобионта муравья (тело и микробы) органические кислоты в йогурт, были количественно определены муравьиная, молочная и уксусная кислоты в йогуртах и контрольных образцах методом HPLC, а также измерялся pH до и после ферментации (изображение №5).
Голобионт муравья вносил муравьиную кислоту, которая оказалась наиболее преобладающей кислотой в йогуртах (5A). Количество муравьиной кислоты находилось примерно в том же диапазоне, что и в контроле, где муравьиная кислота добавлялась до pH 4.6 для вызова коагуляции. Уровень муравьиной кислоты зависел от сезона, но не от типа йогурта (живой, обезвоженный, замороженный). Более высокие уровни осенью могут быть связаны с сезонностью продукции муравьиной кислоты. Таким образом, кислота из муравьев попадала в молоко и, вероятно, формировала уникальный кислый вкус и текстуру молочных продуктов, контрастируя с более мягким вкусом молочной кислоты, обычно преобладающей в ферментированных молочных продуктах.
В йогуртах с муравьями также были обнаружены молочная и уксусная кислоты, что подтверждает, что бактерии, ассоциированные с муравьями, внесли вклад в образование кислот во время ферментации (5A). Профили кислот соответствуют данным микробиома: молочнокислые и уксуснокислые бактерии были наиболее представленными родами в йогуртах с живыми муравьями (3A). Соответственно, концентрации этих кислот были наивысшими в йогуртах с живыми муравьями по сравнению с обезвоженными и замороженными. В йогуртах с живыми муравьями было отмечено, что молочная и уксусная кислоты выше весной, в сезон, когда было выделено наибольшее микробиологическое разнообразие молочнокислых бактерий (4C). Это указывает на то, что разные штаммы бактерий могут по-разному продуцировать кислоты. Следует отметить, что йогурты с муравьями содержали меньше молочной и уксусной кислот (5A) и меньшую бактериальную биомассу, чем обычные или домашние йогурты. Поскольку не были установлены оптимальные условия ферментации для муравьиного йогурта, ферментация оказалась неполной. Тем не менее можно заключить, что бактерии муравьев вносят органические кислоты в процесс ферментации.
Йогурты с муравьями содержали в среднем 2.5 г/л общих органических кислот, тогда как в обычных йогуртах их было до 12 г/л. Соответственно, муравьиный йогурт оставался в диапазоне pH 5.0–5.9 и не достигал pH 4.2, характерного для обычного йогурта, с учетом условий и времени проведения эксперимента. Сразу после добавления муравьев в молоко наблюдалось падение pH, вероятно, из-за муравьиной кислоты. В ходе ферментации pH продолжал снижаться, вероятно, за счет активности кислотопродуцирующих микробов. В типичной ферментации йогурта снижение до pH 5.3 запускает коагуляцию, а дальнейшее закисание до pH 4.6 завершает ее, вызывая агрегацию казеиновых мицелл. Муравьиный йогурт коагулировал, но в основном не достигал столь низкого pH, что указывает на участие еще одного механизма ферментации — протеаз, вызывающих денатурацию казеинов.
Протеазы могут избирательно расщеплять и разрушать казеин, основной белок молока, что приводит к образованию йогурта с более плотной или жидкой текстурой. Исходя из данных о pH и коагуляции, было предположено, что сами муравьи могут содержать молоко-свертывающие протеазы, аналогичные тем, которые ранее выявлялись в личинках мучного хрущака. Также казеиновые протеазы и пептидазы обычно вырабатываются бактериями йогурта. Таким образом, голобионт муравья может вносить протеазы в ферментацию йогурта. Для проверки этой гипотезы был проведен нетаргетный протеомный анализ, основанный на самостоятельно составленной базе данных, включающей протеазы муравьев Formica, бактерии из муравьиного йогурта, бактерии обычного йогурта и белки молока.
Теория о том, что голобионт муравья вносит протеазы и пептидазы в процесс ферментации йогурта, была подтверждена (5B). В йогурте были выявлены несколько протеаз муравьев (5B), одна из которых — ATP-зависимая CLP-протеаза известна своей казеинолитической активностью. Бактерии, ассоциированные с муравьями, также вносили протеазы и пептидазы. Так, молочнокислые бактерии F. sanfranciscensis продуцировали две протеазы — ATP-зависимую CLP-протеазу и цинковую металлопротеазу, обе обладающие казеинолитическими гомологами. Были обнаружены протеазы и пептидазы, обычно присущие бактериям обычного йогурта (L. delbrueckii subsp. bulgaricus и Streptococcus thermophilus), а также бактериям из муравьиного йогурта — Paenibacillus и Wolbachia pipentis. Хотя присутствие протеаз указывает на их потенциальную роль в формировании текстуры йогурта, их ферментативная активность и конкретное влияние на конечную текстуру требуют более детального изучения для точной оценки вклада этих ферментов.
Наконец, были выявлены молочные белки, такие как казеин, которые составляли высокий процент — 96.19 ± 1.07% протеома образцов, вероятно, из-за низкой бактериальной нагрузки по сравнению с обычным йогуртом. Значимых различий в относительном содержании всех белков протеома между йогуртами с живыми и обезвоженными муравьями или между сезонами не наблюдалось. Таким образом, протеазы в йогуртах как с живыми, так и с обезвоженными муравьями могут частично катализировать коагуляцию в экспериментальных йогуртах и в современных кулинарных приложениях. В совокупности голобионт муравья вносит протеазы, потенциально значимые для пищевой ферментации.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.
Эпилог
В рассмотренном нами сегодня труде ученые решили проанализировать весьма необычный традиционный рецепт приготовления йогурта, в котором для ферментации используются муравьи. Ученые хотели установить, какую именно роль играют в этом процессе муравьи, а также их микробиом.
Современные йогурты, производимые на фабриках, используют два штамма бактерий. Однако традиционные обладают гораздо более широким биоразнообразием, которое может отличаться в зависимости от местности, сезона и даже от домохозяйства, где этот йогурт готовится.
В ходе полевых опытов, проведенный в деревне в Болгарии, ученые положили в банку с молоком 4 особи муравьев, после чего банка была помещена в муравейник (накрытая марлей) на сутки для брожения. Исследователи, которые тестировали йогурт во время поездки, описали его как слегка терпкий и травянистый.
Уже в лабораторных условиях ученые создали несколько вариантов йогурта, в приготовлении которых использовались живые, замороженные и обезвоженные особи. Тесты показали, что живые муравьи, особенно в весенний период, вносят в йогурт преимущественно молочнокислые и уксуснокислые бактерии, такие как Fructilactobacillus sanfranciscensis и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. Эти микроорганизмы активно размножаются в молоке, способствуя его подкислению и образованию характерной консистенции йогурта. В отличие от этого, йогурты, приготовленные из замороженных или высушенных муравьев, содержат бактерии рода Bacillaceae, которые не способствуют ферментации и могут представлять риск для здоровья.
Кроме того, исследование показало, что муравьи и их микробиом вносят органические кислоты, такие как муравьиная, молочная и уксусная кислоты, в состав йогурта. Муравьиная кислота была наиболее выраженной среди органических кислот, присутствующих в йогурте, и, вероятно, придает продукту уникальный вкус и текстуру. Также было выявлено, что муравьи и их микробиом содержат протеазы и пептидазы, которые могут влиять на текстуру йогурта, расщепляя казеин, основной белок молока.
Результаты, полученные в ходе исследования, открывают новые перспективы для использования муравьев и их микробиома в производстве ферментированных молочных продуктов. Понимание роли муравьев в ферментации может привести к разработке новых методов производства йогурта с уникальными вкусовыми и текстурными характеристиками. Кроме того, это исследование подчеркивает важность взаимодействия между организмами и их микробиомами в биотехнологических процессах, что может быть полезно для создания устойчивых и экологически чистых методов производства пищи.
Немного рекламы
Спасибо, что остаетесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?