Maciej Kuligowski1, Jacek Nowak Możliwości modelowania cech

Maciej Kuligowski1, Jacek Nowak Możliwości modelowania cech

PRACE PRZEGL¥DOWE
Mo¿liwoœci modelowania cech
funkcjonalnych ¿ywnoœci wytworzonej
z nasion roœlin str¹czkowych poprzez
zastosowanie fermentacji typu tempeh
Maciej Kuligowski1, Jacek Nowak
Zak³ad Fermentacji i Biosyntezy, Instytut Technologii ¯ywnoœci
Pochodzenia Roœlinnego, Wydzia³ Nauk o ¯ywnoœci i ¯ywieniu,
Akademia Rolnicza im. Augusta Cieszkowskiego, Poznañ
The possibility of modeling functional properties of legume food
products through the tempeh type fermentation
Summary
Tempeh is a fermented food, originally produced from soy beans, which is
characterized by many interesting nutritional, health and functional proprieties.
Using various raw material and fermentation condition together with the selection of suitable microorganisms, health beneficial functional proprieties of
tempeh can be obtained. This gives a possibility to manufacture the products of
specific (desirable for customers) features. The knowledge about modeling
chemical composition, as well as biological activities and health effects of
tempeh type products is still insufficient and requires more studies.
Adres do korespondencji
Maciej Kuligowski,
Zak³ad Fermentacji
i Biosyntezy,
Instytut Technologii
¯ywnoœci Pochodzenia
Roœlinnego,
Wydzia³ Nauk o ¯ywnoœci
i ¯ywieniu,
Akademia Rolnicza
im. A. Cieszkowskiego,
ul. Wojska Polskiego 31,
60-624 Poznañ.
4 (79) 113–124 2007
Key words:
tempeh, microorganisms, legumes, functional properties.
Wstêp
W krajach Dalekiego Wschodu powsta³o wiele nieznanych
w tradycyjnej kulturze europejskiej artyku³ów ¿ywnoœciowych.
Szczególnie interesuj¹ce s¹ produkty fermentowane wytwarzane w krajach azjatyckich. W Europie do wytwarzania ¿ywnoœci
1Autor jest stypendyst¹ w ramach Dzia³ania 2.6 Zintegrowanego Programu
Operacyjnego Rozwoju Regionalnego finansowanym z Europejskiego Funduszu
Spo³ecznego Unii Europejskiej i z bud¿etu pañstwa.
Maciej Kuligowski, Jacek Nowak
fermentowanej stosuje siê g³ównie dro¿d¿e i bakterie fermentacji mlekowej, natomiast grzyby strzêpkowe wykorzystuje siê w znacznie mniejszym stopniu, g³ównie
do produkcji serów pleœniowych, niektórych wêdlin (1) i win (m.in. typu tokaj) (2).
W krajach Azji pleœnie stanowi¹ podstawê wytwarzania wielu ró¿nych produktów,
np. sosu sojowego (shoyu), miso, oncom, angkak i tempeh (3). Szczególne znaczenie zyska³ tempeh, którego œwiatowa kariera zaczê³a siê po II wojnie œwiatowej.
Produkt ten umo¿liwi³ przetrwanie niewoli japoñskiej uwiêzionym ¿o³nierzom,
g³ównie z armii USA. Przetrzymywani na wyspach Pacyfiku, w niekorzystnych warunkach sanitarnych, cierpieli na rozmaite dolegliwoœci, zwi¹zane g³ównie z nieodpowiednim ¿ywieniem. Korzystaj¹c z dostêpnych Ÿróde³ pokarmu stwierdzili, ¿e
tempeh posiada wysokie wartoœci od¿ywcze i zdolnoœæ do powstrzymywania biegunek (4).
2. Technologia wytwarzania
Tempeh jest tradycyjnym indonezyjskim produktem wytwarzanym z nasion soi,
którego proces produkcji (rys.) opiera siê na moczeniu i gotowaniu nasion, sch³odzeniu i obsuszeniu powierzchniowym, a nastêpnie fermentacji, w rezultacie której
uzyskuje siê pokryte bia³¹, gêst¹ grzybni¹ „ciasto”. Tak przygotowany tempeh poddaje siê ró¿nym rodzajom obróbki termicznej, m.in. gotowaniu, sma¿eniu i pieczeniu (4,5). W pierwszym okresie obróbki hydrotermicznej nasion soi, w trakcie moczenia, dochodzi do rozwoju bakterii fermentacji mlekowej, które zakwaszaj¹ œrodowisko. W przemys³owej i laboratoryjnej praktyce stosuje siê wodê z dodatkiem
kwasu mlekowego lub octowego (6,7). Moczenie ma na celu zwiêkszenie wilgotnoœci nasion, co umo¿liwia rozwój mikroorganizmów poprzez zwiêkszenie dostêpnoœci wolnej wody, oraz wyp³ukanie saponin charakteryzuj¹cych siê gorzkim smakiem
(4). W trakcie gotowania, ginie wiêkszoœæ wegetatywnych form drobnoustrojów,
osuszenie zewnêtrznych warstw nasion stanowi barierê dla wzrostu niepo¿¹danych
mikroorganizmów. Po obróbce hydrotermicznej nasiona soi zaszczepia siê inokulum, a nastêpnie, w tradycyjnej technologii, nasiona zawijane s¹ w liœcie bananowca, zast¹pione w przemys³owej produkcji perforowanymi woreczkami lub pojemnikami z blachy perforowanej, w których przeprowadza siê fermentacjê. Tradycyjne
inokulum dla tempeh przygotowywano z liœci hibiskusa (Hibiscus sp.) lub liœci drzewa tikowego (Tectona grandis) i gotowanego ry¿u (5,8). Liœcie hibiskusa zawieraj¹ na
swojej powierzchni formy wegetatywne i zarodniki ró¿nych szczepów mikroorganizmów, m.in. zarodniki grzybów strzêpkowych z rodzaju Rhizopus (9). Obecnie na
skalê przemys³ow¹ u¿ywa siê czystych kultur startowych Rhizopus oligosporus. Dostêpne s¹ równie¿ kultury startowe, które zosta³y wyizolowane z tempeh i zawieraj¹, podobnie jak tradycyjne inokulaty indonezyjskie, ró¿ne szczepy mikroorganizmów. Temperatura i czas fermentacji uzale¿nione s¹ od preferencji i wyposa¿enia
technicznego producenta. W trakcie fermentacji dochodzi do znacz¹cych zmian,
114
PRACE PRZEGL¥DOWE
Mo¿liwoœci modelowania cech funkcjonalnych ¿ywnoœci wytworzonej z nasion roœlin str¹czkowych
Rys. Schemat technologii wytwarzania tempeh.
BIOTECHNOLOGIA 4 (79) 113-124 2007
115
Maciej Kuligowski, Jacek Nowak
z których zauwa¿alna przez konsumenta jest zmiana struktury nasion oraz nastêpuj¹ca z wyd³u¿eniem czasu fermentacji alkalizacja produktu, prowadz¹ca do powstania intensywnego zapachu amoniaku. Proces ten nastêpuje na skutek aktywnoœci
enzymatycznej grzybów strzêpkowych rozk³adaj¹cych bia³ka, a¿ do powstania wolnego amoniaku (10). Szybki rozwój grzybów strzêpkowych nastêpuje dziêki odpowiedniej wilgotnoœci i temperaturze. Szczepy R. oligosporus mog¹ wzrastaæ w temperaturze dochodz¹cej nawet do 42°C (3), jednak najczêœciej fermentacjê przeprowadza siê w temperaturze 25-37°C (4,11). Czas fermentacji jest uzale¿niony od temperatury i po¿¹danego stopnia przerostu produktu grzybni¹. Najczêœciej proces fermentacji przeprowadza siê w woreczkach perforowanych lub na perforowanych tacach, lecz prowadzone s¹ równie¿ badania nad wykorzystaniem do fermentacji tempeh obrotowych bêbnów i fermentorów, co ma zapewniæ równomierny przep³yw
tlenu i ciep³a przez poddan¹ procesowi masê nasion (12,13). Po zakoñczeniu procesu fermentacji tempeh jest pakowany i czêsto pasteryzowany, w celu przed³u¿enia
jego trwa³oœci. Na wyspach indonezyjskich wytwarza siê wyroby z tempeh, który
poddano d³u¿szym okresom fermentacji, nadaj¹c tak powsta³ym produktom ró¿ne
nazwy: koro – oko³o 20 h fermentacji, murni – 24-48 h fermentacji, semangit –
od 3 do 5 dni oraz bosok – od 6 do 8 dni. Tempeh bosok s³u¿y do wyrobu ciastek
nazywanych mendol, charakteryzuj¹cych siê intensywnym aromatem (4,14). Poza
wyspami Pacyfiku mo¿na nabyæ wy³¹cznie tempeh wytworzony poprzez zastosowanie najkrótszego okresu fermentacji, najczêœciej w postaci sch³odzonego lub pasteryzowanego produktu (3).
3. Wp³yw tempeh na zdrowie
Najczêstsz¹ przyczyn¹ niechêci do konsumpcji nasion roœlin str¹czkowych jest
powodowanie przez zawarte w nich sacharydy dysfunkcji przewodu pokarmowego.
Mimo wysokiej wartoœci ¿ywieniowej (zw³aszcza zawartoœci bia³ka i witamin z grupy B), w³aœciwoœci nasion roœlin motylkowych powoduj¹ce wytwarzanie gazów
w przewodzie pokarmowym ludzi i po³¹czony z tym dyskomfort psychiczny, wp³ywaj¹ na ich malej¹c¹ konsumpcjê (15). Jednym z efektów technologii zastosowanej
w produkcji tempeh, jest obni¿enie gazotwórczego oddzia³ywania w organizmie
cz³owieka, za który s¹ odpowiedzialne nale¿¹ce do oligosacharydów stachioza i rafinoza. Nowak i wsp. stwierdzili wystêpowanie w nasionach soi wiêkszej iloœci rafinozy, natomiast Egounlety i wsp. uzyskali wyniki œwiadcz¹ce o przewadze stachiozy
w tym surowcu. W obydwu pracach opisane s¹ jednak znacz¹ce obni¿enia iloœci rafinozy i stachiozy w procesie fermentacji surowca sojowego. Nowak i wsp. uzyskali
13% redukcjê rafinozy i 66% stachiozy, a Eugently i wsp. odpowiednio 55 i 84%
(16,17). W badaniach nad wykorzystaniem cukrów z rodziny rafinozy jako jedynego
Ÿród³a wêgla wskazuje siê na brak mo¿liwoœci ich wykorzystania przez jeden z najczêœciej stosowanych do przygotowania tempeh w badaniach laboratoryjnych
116
PRACE PRZEGL¥DOWE
Mo¿liwoœci modelowania cech funkcjonalnych ¿ywnoœci wytworzonej z nasion roœlin str¹czkowych
szczep R. oligosporus NRRL 2710. Wykazano jednak, ¿e cukry te metabolizowane s¹
przez niektóre szczepy R. oryzae, R. stolonifer i jeden ze szczepów R. oligosporus (18).
W niektórych doniesieniach wskazuje siê na brak mo¿liwoœci rozk³adu cukrów z rodziny rafinozy przez szczepy R. oligosporus, przypisuj¹c tê rolê szczepom bakterii,
towarzysz¹cym grzybom strzêpkowym w trakcie fermentacji (4,19). Wydaje siê jednak, ¿e poszczególne szczepy R. oligosporus charakteryzuj¹ siê odmiennymi zdolnoœciami wywo³ywania zmian w fermentowanym surowcu, co nie umniejsza roli mikroorganizmów towarzysz¹cych pleœniom, zw³aszcza w tradycyjnej technologii sporz¹dzania inokulum i przy stosowaniu mieszanych kultur mikroorganizmów.
Nasiona roœlin str¹czkowych charakteryzuj¹ siê du¿¹ zawartoœci¹ zwi¹zków antyod¿ywczych, m.in. inhibitorów trypsyny i soli kwasu fitynowego, które zmniejszaj¹
biologiczne wykorzystanie bia³ek i sk³adników mineralnych. Proces produkcji tempeh redukuje iloœæ inhibitorów trypsyny o oko³o 80% (17). Zwi¹zki te odpowiedzialne s¹ za zmniejszenie iloœci przyswajanych bia³ek poprzez inhibicjê aktywnoœci enzymów trawiennych. Inhibitory trypsyny mog¹ pe³niæ równie¿ pozytywn¹ rolê, jako
antyoksydantom przypisuje siê im profilaktyczn¹ rolê w zmniejszeniu ryzyka wystêpowania nowotworów oraz zmniejszaniu hipercholesterolemii (20). Naukowcy badaj¹cy w tempeh zawartoœæ kwasów fitynowych, zmniejszaj¹cych biodostêpnoœæ
niektórych pierwiastków, takich jak: fosfor, cynk, magnez, ¿elazo, wapñ oraz inaktywuj¹cych niektóre enzymy trawienne, podaj¹ ró¿ne dane na temat mo¿liwej redukcji ich iloœci w trakcie fermentacji. Eugently i wsp. wykazali oko³o 30% redukcjê fitynianów po 36 godzinach fermentacji, Astuti i wsp. opublikowali dane o 60% redukcji
fitynianów, a niektórzy naukowcy poœrednio okreœlali brak wp³ywu fitynianów na
zawartoœæ mikroelementów w tkankach zwierz¹t karmionych tempeh (21), u których stwierdzono wzrost stê¿enia ¿elaza w porównaniu do zwierz¹t ¿ywionych niefermentowan¹ soj¹ (5,17,22).
Tempeh charakteryzuje siê równie¿ wiêksz¹ ni¿ produkt wyjœciowy wartoœci¹
od¿ywcz¹, z uwagi na czêœciowe nadtrawienie i uwolnienie sk³adników od¿ywczych
przez aparat enzymatyczny grzybów strzêpkowych (3). Wiêkszoœæ sk³adników prozdrowotnych zawartych w tempeh pochodzi z surowca roœlinnego, a ich zwiêkszona
iloœæ w fermentowanym produkcie jest spowodowana uwalnianiem z trwa³ych po³¹czeñ z innymi sk³adnikami ¿ywnoœci przez aparat enzymatyczny Rhizopus, do którego uwolnienia mog³oby nie dojœæ w przewodzie pokarmowym cz³owieka z uwagi na
doœæ ubogi zestaw enzymów tam wystêpuj¹cych. Przyk³adem tego typu mechanizmów zwiêkszania dostêpnoœci zwi¹zków s¹ m.in. procesy prowadz¹ce do zwiêkszenia iloœci ³atwo przyswajalnych jonów ¿elaza. Enzymy Rhizopus przyczyniaj¹ siê
do zwiêkszenia biodostêpnoœci ¿elaza, gdy¿ uwalniaj¹ jony tego pierwiastka z kompleksów bia³kowych, iloœæ dostêpnych jonów ¿elaza wzrasta o oko³o 40% (5).
Interesuj¹ce s¹ równie¿ zmiany zachodz¹ce podczas fermentacji tempeh w iloœci
izoflawonów, takich jak daidzeina i genisteina, zaliczanych do fitoestrogenów, które w soi wystêpuj¹ w postaci zwi¹zanej z sacharydami jako glikozydy, a w tempeh
w postaci uwolnionych z matrycy aglikonów. Na podstawie badañ przeprowadzaBIOTECHNOLOGIA 4 (79) 113-124 2007
117
Maciej Kuligowski, Jacek Nowak
nych nad wydalaniem fitoestrogenów mo¿na stwierdziæ, ¿e uwolnione z matrycy
polisacharydowej w trakcie fermentacji tempeh izoflawony s¹ bardziej przyswajalne
przez organizm cz³owieka w porównaniu do izoflawonów zawartych w niefermentowanej soi (4,23). Œwiadczy to o potencjalnie du¿ym znaczeniu tempeh w dostarczaniu fitoestrogenów, których oddzia³ywanie na organizm cz³owieka jest bardzo
wielokierunkowe. Poprzez wp³yw na syntezê bia³ek i ró¿nicowanie komórek, zwi¹zki te mog¹ korzystnie oddzia³ywaæ na zapobieganie wystêpowaniu nowotworów.
W dotychczasowych badaniach wykazano w³aœciwoœci antyutleniaj¹ce, antybakteryjne i antywirusowe fitoestrogenów. Izoflawony reguluj¹ procesy tworzenia i resorpcji tkanki kostnej, zwiêkszaj¹c wskaŸnik gêstoœci mineralnej koœci, przez co zapobiegaj¹ procesom osteoporozy, powoduj¹ równie¿ zmniejszenie nasilenia symptomów menopauzy (23-25). Genisteina wykazuje zdolnoœæ do hamowania wzrostu komórek nowotworowych prostaty u mê¿czyzn (24). Wysokie stê¿enie fitoestrogenów
w p³ynach ustrojowych cz³owieka wp³ywa na obni¿enie ryzyka wystêpowania choroby wieñcowej serca oraz nowotworów piersi i prostaty (23,26).
Nakajima i wsp. opracowali metodê wytwarzania tempeh o zwiêkszonej iloœci
izoflawonów, poprzez dodanie do poddanych obróbce hydrotermicznej nasion zarodków, które zwykle s¹ usuwane w procesie ob³uszczania (27).
Nasiona roœlin str¹czkowych s¹ bogatym Ÿród³em b³onnika pokarmowego, który
korzystnie wp³ywa na funkcjonowanie uk³adu pokarmowego m.in. poprzez stymulacjê rozwoju bakterii probiotycznych, odpowiedzialnych za zmniejszenie ryzyka wystêpowania nowotworów jelit oraz zwiêkszenie aktywnoœci uk³adu immunologicznego (28,29). Po zakoñczeniu procesu wytwarzania tempeh z nasion soi, w gotowym produkcie zawartoœæ b³onnika by³a wy¿sza w stosunku do surowca wyjœciowego, wzrasta³a z 3,7 do 5,7% (30), zaobserwowano równie¿, ¿e iloœæ b³onnika w tempeh by³a uzale¿niona od d³ugoœci czasu fermentacji, co jest zwi¹zane z wytwarzaniem przez grzyby strzêpkowe struktur komórkowych (4,31).
Od 1969 r. pojawiaj¹ siê doniesienia o antybakteryjnej aktywnoœci izolatów
z tempeh. Jako najbardziej wra¿liwe na oddzia³ywanie antybakteryjnych substancji
zawartych w tempeh okreœlano ró¿ne szczepy mikroorganizmów, Wang i wsp.
stwierdzili, ¿e s¹ to bakterie Streptococcus cremoris (32), natomiast Kobayasi i wsp.
opracowali metodê pozyskiwania czynnika antybakteryjnego syntetyzowanego podczas wzrostu R. oligosporus na pod³o¿u z hydrolizatu kazeiny, i wykazali, ¿e najbardziej wra¿liwe na dzia³anie czynnika antybakteryjnego s¹ bakterie Bacillus subtilis,
nie stwierdzili ponadto aktywnoœci wobec S. cremoris (33). W póŸniejszych badaniach Kiers, który charakteryzowa³ aktywnoœæ antybakteryjn¹ ekstraktów z tempeh,
stwierdzi³ niewielk¹ aktywnoœæ antybakteryjn¹ tylko jednego ze szczepów Rhizopus
wobec B. subtilis, a pozosta³e wykorzystane szczepy wykaza³y aktywnoœæ wobec
Bacillus stearothermpohilus (34). Do badañ aktywnoœci stosowano metodê kr¹¿ków
bibu³owych nas¹czonych badanym ekstraktem. Kobayasi i wsp. (33) uzyskali w badaniach wyniki sugeruj¹ce, ¿e czynnikiem antybakteryjnym syntetyzowanym przez
R. oligosporus jest peptyd o masie cz¹steczkowej 5500 Da. W literaturze œwiatowej
118
PRACE PRZEGL¥DOWE
Mo¿liwoœci modelowania cech funkcjonalnych ¿ywnoœci wytworzonej z nasion roœlin str¹czkowych
nie znaleziono doniesieñ o obecnoœci takich peptydów w tempeh. Dodatkowo du¿a
masa cz¹steczkowa czynnika antybakteryjnego utrudnia prawdopodobnie jego wnikanie w g³¹b po¿ywki agarowej przy stosowaniu tradycyjnych metod oznaczania aktywnoœci antybakteryjnej, takich jak metoda studzienkowa czy kr¹¿ków bibu³owych.
Kuligowski i Nowak stwierdzili niewielk¹ aktywnoœæ antybakteryjn¹ ekstraktów
z tempeh fasolowego wykorzystuj¹c metodê nefelometryczn¹ i pomiar zmian impedancji elektrycznej, nie uzyskuj¹c potwierdzenia tej aktywnoœci metod¹ kr¹¿ków
bibu³owych i metod¹ studzienkow¹ (praca w druku). Wydaje siê, ¿e w trakcie fermentacji i wzrostu grzybów strzêpkowych z rodzaju R. oligosporus nastêpuje synteza
czynnika antybakteryjnego, który jest aktywny wobec niektórych Gram (+) szczepów bakterii (33,34). Interesuj¹ca jest mo¿liwoœæ inhibicji przez czynnik antybakteryjny wzrostu bakterii Staphylococcus aureus, które mog¹ wywo³ywaæ ró¿norodne
schorzenia, m.in. zatrucia pokarmowe, spowodowane toksyn¹ wytwarzan¹ przez
niektóre szczepy nale¿¹ce do tego gatunku (33,35). Jednak w dotychczasowych badaniach nie wykazano obecnoœci w produktach typu tempeh zwi¹zków charakteryzuj¹cych siê aktywnoœci¹ antybakteryjn¹ wobec bakterii S. aureus.
Pomimo obecnoœci w tempeh czynnika antybakteryjnego, nie wykazano zdolnoœci izolatów z tempeh do inhibicji wzrostu bakterii Escherichia coli, które najczêœciej
wywo³uj¹ biegunki u ludzi i zwierz¹t (34). Jednak istniej¹ doniesienia o pozytywnym
wp³ywie spo¿ywania tempeh w zapobieganiu i leczeniu biegunek u ludzi i zwierz¹t.
Efekt taki zaobserwowano u królików (36,37), œwiñ (38) oraz u ludzi (39). Wykazano, ¿e izolaty z tempeh maj¹ wp³yw na inhibicjê adhezji komórek enterotoksycznego szczepu E. coli wobec komórek nab³onka jelita, w ró¿nym stopniu w zale¿noœci
od zastosowanego do fermentacji szczepu R. oligosporus. Mechanizm zmniejszania
adhezji jest prawdopodobnie zwi¹zany z czêœciow¹ agregacj¹ komórek bakterii,
u³atwiaj¹c¹ ich usuwanie z powierzchni nab³onka jelit. Brak jest jednak danych
umo¿liwiaj¹cych stwierdzenie, która z substancji zawartych w tempeh ma wp³yw na
ten proces (34).
Oprócz pozytywnych zmian obserwowanych po procesie produkcji w tempeh,
niektóre operacje technologiczne mog¹ mieæ wp³yw na obni¿enie wartoœci od¿ywczej wytwarzanego produktu. W trakcie moczenia nasion dochodzi do wyp³ukania
witamin rozpuszczalnych w wodzie, a gotowanie mo¿e powodowaæ ich termiczny
rozk³ad. Iloœæ witamin rozpuszczalnych w t³uszczach zmniejsza siê o 15%, a rozpuszczalnych w wodzie o oko³o 50% (40,41). Pomimo to, iloœæ niektórych witamin w tempeh jest wiêksza od ich iloœci w nasionach soi. Denter i wsp. zaobserwowali zdolnoœæ wytwarzania karotenoidów u wszystkich 14 wykorzystanych do badañ szczepów R. oligosporus, z których tylko u 6 wykazano syntezê b-karotenu. Najwiêkszy
wzrost zawartoœci b-karotenu nastêpowa³ pomiêdzy 36 a 48 h fermentacji. Istotna
by³a równie¿ synteza ergosterolu przez szczepy Rhizopus, którego obecnoœci nie
stwierdzono w nasionach soi. Najwy¿sze stê¿enie ergosterolu w 34 h fermentacji
zanotowali Denter i wsp. – 750 mg/g ss (41). Produkowali oni tempeh z wykorzystaniem szczepu R. oligosporus MS35, przy którego zastosowaniu Wiesel i wsp. w 36 h
BIOTECHNOLOGIA 4 (79) 113-124 2007
119
Maciej Kuligowski, Jacek Nowak
fermentacji uzyskali iloϾ ergosterolu na poziomie 190 mg/g ss. W badaniach Dentera i wsp. oraz Wiesela i wsp. stosowano identyczne warunki fermentacji. W obu
przeprowadzonych badaniach, przy zastosowaniu czystych kultur grzybów strzêpkowych, zaobserwowano wzrost zawartoœci: karotenoidów i ergosterolu oraz niewielkie obni¿enie zawartoœci witaminy K1. Wiesel i wsp. zaobserwowali równie¿
wzrost zawartoœci: ryboflawiny, pirydoksyny, niacyny, biotyny, kwasu foliowego,
oraz nieznaczne obni¿enie iloœci witaminy E i tiaminy. Jednak po zastosowaniu do
fermentacji mieszanych kultur grzybów strzêpkowych i bakterii obserwowano wiêksze iloœci zawartych w tempeh witamin: ryboflawiny i kwasu foliowego, oraz zmniejszenie iloœci niacyny (42). Stwierdzono równie¿ w produkcie zwiêkszenie zawartoœci witaminy B12. W tempeh przygotowanym poprzez fermentacjê z u¿yciem czystych kultur szczepu R. oligosporus NRRL 2710 iloœæ cyjanokobalaminy wynosi³a
0,03-0,06 mg/100 g, natomiast w tempeh zakupionym w Indonezji i przygotowanym
tradycyjn¹ metod¹ iloœæ witaminy B12 wynosi³a 4,6 mg/100 g tempeh. Tak znacz¹ce
ró¿nice w zawartoœci cyjanokobalaminy mog¹ byæ spowodowane namno¿eniem
w trakcie moczenia nasion bakterii Klebsiella pneumonia, która intensywnie syntetyzuje witaminê B12 (43) lub wzrostem i aktywnoœci¹ metaboliczn¹ bakterii Citrobacter
freundii i Brevibacterium epidermidis syntetyzuj¹cych cyjanokobalaminê w trakcie fermentacji (42). Niewykluczone jest synergistyczne oddzia³ywanie wielu szczepów mikroorganizmów na syntezê witamin w przypadku zastosowania tradycyjnej technologii wytwarzania tempeh.
W niektórych doniesieniach wskazuje siê na w³aœciwoœci funkcjonalne tempeh
zwi¹zane z obecnoœci¹ sk³adników, którym od niedawna przypisuje siê pozytywny
wp³yw na organizm cz³owieka. Przyczyni³ siê do tego znacz¹co rozwój metod analitycznych, pozwalaj¹cych na stwierdzenie obecnoœci biologicznie aktywnych zwi¹zków oraz postêp nauk medycznych, które wskazuj¹ na ró¿norodny wp³yw na organizmy ludzi poszczególnych sk³adników ¿ywnoœci. Na przyk³ad pozytywna rola tempeh w profilaktyce chorób serca mo¿e byæ zwi¹zana z obecnoœci¹ inhibitorów ACE.
ACE jest to enzym wystêpuj¹cy w organizmie cz³owieka, który odpowiada za wytwarzanie angiotensyny II, zwi¹zku o silnym dzia³aniu zwiêkszaj¹cym ciœnienie krwi.
Angiotensyna II wp³ywa na bezpoœrednie obkurczanie têtnic i stymulacjê wytwarzania aldosteronu, hormonu sterydowego, zwi¹zanego z nadciœnieniem têtniczym,
który oddzia³uje na gospodarkê wodno-elektrolitow¹ poprzez zwiêkszenie zwrotnego wch³aniania sodu z utrat¹ potasu w nerkach i negatywny wp³yw na czynnoœæ
œródb³onka naczyñ (43,44,46).
Inhibitory ACE, jak i inne peptydy o w³aœciwoœciach antyoksydacyjnych i antyzakrzepowych powstaj¹ g³ównie podczas proteolizy przeprowadzanej przez enzymy
wytwarzane w trakcie fermentacji tempeh przez R. oligosporus NRRL 2710 (47).
Intensywna proteoliza mo¿e doprowadziæ do powstania biologicznie czynnych
aminokwasów, takich jak kwas g-aminomas³owy, który jest neuroprzekaŸnikiem we
wspó³czulnym uk³adzie nerwowym. W badaniach wykazano, ¿e pe³ni on wa¿n¹ rolê
w obni¿aniu ciœnienia krwi i zapobieganiu niektórym symptomom menopauzy, ta120
PRACE PRZEGL¥DOWE
Mo¿liwoœci modelowania cech funkcjonalnych ¿ywnoœci wytworzonej z nasion roœlin str¹czkowych
kim jak bezsennoœæ, depresja i nerwica wegetatywna (48). Poprzez modyfikacjê warunków fermentacji, polegaj¹cej na zastosowaniu po 20 h fermentacji 5-godzinnego
przetrzymywania w inkubatorze wype³nionym azotem, Aoki i wsp. uzyskali zwiêkszenie iloœci kwasu g-aminomas³owego z 30 mg/100 g s.s. w tradycyjnym tempeh do
370 mg/100 g s.s. w tempeh wytworzonym w zmodyfikowanych warunkach (7).
W badaniach, do produkcji tempeh, oprócz nasion soi, wykorzystywano równie¿
nasiona innych roœlin str¹czkowych i ziarna zbó¿. Stosowano m.in. fasolê (14),
groch (16), wspiêgê chiñsk¹ (17), ³ubin (49), ciecierzycê (50), owies (51), sorgo (52),
kukurydzê (53), jêczmieñ (54) i grykê (55). Zastosowanie innych ni¿ soja surowców
do wytwarzania tempeh mo¿e doprowadziæ do powstania produktów bogatych
w inne sk³adniki funkcjonalne. Wykorzystanie do fermentacji nasion bobu spowodowa³o 2-krotny wzrost zawartoœci L-dihydroksy-fenyloalaniny (L-DOPA), prekursora
dopaminy, która jest neurotransmiterem odpowiedzialnym za przekazywanie impulsów miêdzy komórkami nerwowymi i prekursorem w biosyntezie noradrenaliny
i adrenaliny. L-DOPA ma zastosowanie w leczeniu objawów choroby Parkinsona.
Obecnie poszukuje siê naturalnych Ÿróde³ tego zwi¹zku, tak aby zapobiegaæ uci¹¿liwym skutkom ubocznym wywo³ywanym przez podawanie syntetycznej L-dihydroksy-fenyloalaniny (56).
Po poddaniu innych ni¿ soja surowców fermentacji typu tempeh obserwowano
podobne zmiany w fermentowanym surowcu, jak w przypadku zastosowania nasion
soi. Przy zastosowaniu wspiêgi chiñskiej (Vigna unguiculata) czy grochu, obserwowano degradacjê cukrów z rodziny rafinozy w podobnym zakresie jak w soi (16,17),
a w przypadku wykorzystania jako surowca jêczmienia stwierdzono zwiêkszenie iloœci ergosterolu (54). Podczas fermentacji fasoli wzrost pH surowca by³ analogiczny
jak przy fermentacji nasion soi (14). Fermentacjê typu tempeh stosowano te¿ do poprawy wartoœci od¿ywczej ziaren zbó¿, wykorzystuj¹c do tego celu tylko ziarna lub
mieszaniny ziarno-soja (51,53). W niektórych doniesieniach wskazuje siê na mo¿liwoœæ zwiêkszenia bezpieczeñstwa zdrowotnego niektórych artyku³ów ¿ywnoœciowych poprzez poddanie fermentacji z udzia³em R. oligosporus nasion zbó¿, zaka¿onych bardzo czêsto mykotoksynami wytwarzanymi przez grzyby strzêpkowe. Wykazano bowiem, ¿e szczep R. oligosporus NRRL 2710 mo¿e rozk³adaæ zearalenon
i ochratoksynê, które wywo³uj¹ u ludzi i zwierz¹t zmiany nowotworowe narz¹dów
wewnêtrznych. Fermentacja typu tempeh mo¿e obni¿yæ poziom tych zwi¹zków
w produkcie, szczególnie przy niewielkiej iloœci mykotoksyn w surowcu (57).
Podczas analizy literatury naukowej wskazuje siê jednak na brak wszechstronnych badañ iloœciowych i jakoœciowych zmian w sk³adzie chemicznym innych ni¿
soja surowców w trakcie fermentacji typu tempeh. Dotychczasowy stan wiedzy nie
pozwala równie¿ na porównanie w³aœciwoœci funkcjonalnych tempeh wytworzonego z ró¿nych nasion. Na przyk³ad informacje dotycz¹ce wystêpowania w³aœciwoœci
antybakteryjnych w fermentowanych produktach typu tempeh, w opublikowanych
do tej pory doniesieniach, opisano wy³¹cznie w produktach wytworzonych z soi
oraz grochu (58).
BIOTECHNOLOGIA 4 (79) 113-124 2007
121
Maciej Kuligowski, Jacek Nowak
4. Podsumowanie
Rozwój badañ nad produktami typu tempeh œwiadczy o du¿ym zainteresowaniu
mo¿liwoœciami ich prozdrowotnego oddzia³ywania. W przeprowadzonych dalszych
badaniach powinna znaleŸæ siê odpowiedŸ, w jakim stopniu istnieje mo¿liwoœæ modelowania produktów o okreœlonych cechach funkcjonalnych wytwarzanych za pomoc¹ fermentacji typu tempeh. Jako narzêdzia modelowania mo¿na wykorzystaæ
sterowanie sk³adem surowca poprzez zastosowanie odpowiednich nasion roœlin lub
ich mieszanin, oraz wykorzystanie ró¿nych gatunków mikroorganizmów, stosowanych zarówno oddzielnie, jak i w rozmaitych mieszanych uk³adach mikroorganizmów. Interesuj¹ce, jak siê wydaje, s¹ mo¿liwoœci opracowania synergistycznych
lub metabiotycznych uk³adów mikroorganizmów o dok³adnie poznanym sk³adzie
i mniejszej zmiennoœci, ni¿ przypadkowe mikroorganizmy stosowane w tradycyjnie
przygotowywanych na Wyspach Indonezyjskich inokulatach. Pomimo zmiennoœci
mikroorganizmów, w licznie przeprowadzonych badaniach, jak siê wydaje, potwierdza siê tezê o wiêkszej zawartoœci sk³adników funkcjonalnych w tempeh wyprodukowanym za pomoc¹ tradycyjnych technologii, w porównaniu do tempeh wytworzonego za pomoc¹ czystych kultur startowych. Zastosowanie nowych surowców
otwiera interesuj¹ce mo¿liwoœci wytwarzania produktów o niespotykanych walorach smakowych i zdrowotnych, co przy niechêci konsumentów do czêsto modyfikowanej genetycznie soi (59), mo¿e w przysz³oœci okazaæ siê komercyjnym sukcesem. W Europie istnieje zapotrzebowanie na ¿ywnoœæ niemodyfikowan¹ genetycznie, ale bêd¹c¹ produktem rozwoju nowoczesnej biotechnologii (60).
Literatura
1. Czarnecki Z., Czarnecka M., (2006), Tradycyjne wykorzystanie mikroorganizmów w produkcji ¿ywnoœci,
w: Gawêcki J., Libudzisz Z., Mikroorganizmy w ¿ywnoœci i ¿ywieniu, 31-40, Wyd. AR, Poznañ.
2. Pour A., Nikfardjam M. S., Laszlo G., Dietrich H., (2006), Food Chemistry, 96, 74-79.
3. Nowak J., (2006), ¯ywnoœæ fermentowana w kuchniach ró¿nych narodów, w: Gawêcki J., Libudzisz Z., Mikroorganizmy w ¿ywnoœci i ¿ywieniu, 81-92, Wyd. AR, Poznañ.
4. Nout M. J. R., Kiers J. L., (2005), Journal of Applied Microbiology, 98, 789-805.
5. Astuti M., Meliala A., Dalais F. S., Wahlqvist M. L., (2000), Asia Pacific Journal of Clinical Nutrition, 9
(4), 322-325.
6. Denter J., Rehm H. J., Bisping B., (1998), International Journal of Food Microbiology, 45, 129-134.
7. Aoki H., Uda I., Tagami K., Furuya Y., Endo Y., Fujimoto K., (2003), Bioscience, Biotechnology, and
Biochemistry, 67 (5), 1018-1023.
8. Rusmini S., Ko S. D., (1974), Applied Microbiology, 28 (3), 347-350.
9. Ogawa Y., Tokumasu S., Tubaki K., (2004), Mycoscience, 45, 271-276.
10. Sparringa R. A., Owens J. D., (1999), Enzyme and Microbial Technology, 25, 677-681.
11. Piskorz J., Nowak J., Szebiotko K., (1994), Acta Biotechnologica, 14 (1), 105-110.
12. Reu J. C., (1995), Solid substrate fermentation of soya beans to tempe, Process innovations and product
characteristics, Agriculture University of Wageningen, Wageningen
13. Miszkiewicz H., Bizukojc M., Rozwandowicz A., Bielecki S., (2005), Electronic Journal of Polish Agricultural Universities, 8 (2).
122
PRACE PRZEGL¥DOWE
Mo¿liwoœci modelowania cech funkcjonalnych ¿ywnoœci wytworzonej z nasion roœlin str¹czkowych
14. Miszkiewicz H., (2005), Zmiany w³aœciwoœci prozdrowotnych nasion roœlin str¹czkowych w procesie fermentacji przy udziale Rhizopus oligosporus, w: Ko³akowski E., Bednarski W., Bielecki S., Enzymatyczne
modyfikacje sk³adników ¿ywnoœci, Wyd. AR, Szczecin, 479-492.
15. Gawêcki J., Zielke M., (1998), ¯ywnoœæ – wartoœæ od¿ywcza i jakoœæ zdrowotna, w: Gawêcki J., ¯ywienie
cz³owieka. Podstawy nauki o ¿ywieniu, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, 325-326.
16. Nowak J., Szebiotko K., (1992), Food Microbiology, 9, 37-43.
17. Egounlety M., Aworh O. C., (2003), Journal of Food Engineering, 56, 249-254.
18. Rehms H., Barz W., (1995), Applied Microbiology and Biotechnology, 44, 47-52.
19. Graffham A. J., Gordon M. H., Westby A., Owens J. D., (1995), Letters in Applied Microbiology, 21,
223-227.
20. Ahn H. J., Kim J. H., Jo C., Kim M. J., Byun M. W., (2004), Food Chemistry, 88, 173-178.
21. Kasaoka S., Astuti M., Uehara M., Suzuki K., Goto S., (1997), Journal of Agricultural and Food Chemistry, 45, 195-198.
22. Czarnecka M., Roszyk H., Czaczyk K., Nowak J., (2003), Aparatura Badawcza i Dydaktyczna, VIII (1), 41-48.
23. Duncan A. M., Phipps W. R., Kurzer M. S., (2003), Best Practice & Research Clinical Endocrinology
and Metabolism, 17 (2), 253-271.
24. Adlercreutz H., (1999), Environmental Toxicology and Pharmacology, 7, 201-207.
25. Albertazzi P., Purdie D. W., (2002), Maturitas, 42, 173-185.
26. Jasiñska I., Michniewicz J., (2005), Aparatura Badawcza i Dydaktyczna, X (2), 120-127.
27. Nakajima N., Nozaki N., Ishihara K., Ishikawa A., Tsuj H., (2005), Journal of Bioscience and Bioengineering, 100 (6), 685-687.
28. Ziemlañski Œ., Budzyñska–Topolowska J., (1997), Wegetarianizm w œwiecie nauki o ¿ywnoœci i ¿ywieniu,
Instytut Danone – Fundacja Promocji Zdrowego ¯ywienia, Warszawa, 116-117.
29. Libudzisz Z., (2006), ¯ywnoœæ probiotyczna, w: Gawêcki J., Libudzisz Z., Mikroorganizmy w ¿ywnoœci
i ¿ywieniu, 93-102, Wyd. AR, Poznañ.
30. Steinkraus K. H., Hwa Y. B., Buren J. P., Povvidenti M. I., Hand D. B., (1960), Food Research, 25,
777-788.
31. Murata K., Ikehata H., Miyamoto T., (1967), Journal of Food Science, 22, 580-586.
32. Wang H. L., Ruttle D. I., Hesseltine C. W., (1969), Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine, 131, 579-583.
33. Kobayasi S., Okazaki N., Koseki T., (1992), Biotechnology, and Biochemistry, 56 (1), 94-98.
34. Kiers J. L., Nout M. J. R., Rombouts F. M., Nabuurs M. J. A., Meulen J., (2002), Letters in Applied
Microbiology, 35, 311-315.
35. Trojanowska K., Giebel H., Go³êbiowska B., (1996), Mikrobiologia ¿ywnoœci, Wyd. AR, Poznañ, 95.
36. Karyadi D., Lukito W., (1996), Nutrition Reviews, 54, S94-S98.
37. Karmini M., Affandi E., Hermana, Karyadi D., Winarno F., (1997), The inhibitory effect of tempe on
Escherichia coli infection, in: International Tempe Symposium, Bali, Indonesia: Indonesian Tempe
Foundation.
38. Kiers J. L., Meijer J. C., Nout M. J. R., Rombouts F. M., Nabuurs M. J. A., Meulen J., (2003), Journal of
Applied Microbiology, 95, 545-552.
39. Karyadi D., Lukito W., (2000), Nutrition, 16, 697.
40. Keuth S., Bisping B., (1993), Journal of Applied Bacteriology, 75, 427-434.
41. Denter J., Rehm H. J., Bisping B., (1998), International Journal of Food Microbiology, 45, 129-134.
42. Wiesel I., Rehm H. J., Bisping B., (1997), Applied Microbiology and Biotechnology, 47, 218-225.
43. Okada N., (1989), JARQ, 22, 310-316.
44. Leeuw P., (1999), The American Journal of Cardiology, 84 (2A), 5K-6K.
45. Anonim, Humoralne uk³ady presyjne, www.docedu.klrwp.pl
46. Januszewicz A., (2001), Zarys budowy i funkcji uk³adu renina-angiotensyna, Medycyna Praktyczna,
www.mp.pl
47. Gibbs B. F., Zougman A., Masse R., Mulligan C., (2004), Food Research International, 37, 123-131.
48. Aoki H., Furuya Y., Endo Y., Fujimoto K., (2003), Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 67
(8), 1806-1808.
BIOTECHNOLOGIA 4 (79) 113-124 2007
123
Maciej Kuligowski, Jacek Nowak
49. Fudiyansyah N., Petterson D. S., Bell R. R., Fairbrother A. H., (1995), International Journal of Food
Science and Technology, 30, 297-305.
50. Reyes-Moreno C., Romero-Urias C. A., Milan-Carrillo J., Gomes-Garza R. M., (2000), Food Science
and Technology International, 6, 251-258.
51. Nowak J., (1992), Acta Biotechnologica, 12, 345-348.
52. Mugula J. K. Lyimo M., (2000), International Journal of Food Sciences and Nutrition, 51, 269-277.
53. Cuevas-Rodriguez E. O., Milan-Carrillo J., Mora-Escobedo R., Cardenas-Valenzuela O. G., Reyes-Moreno C., (2004), Lebensmittel Wissenschaft und Technologie, 37, 59-67.
54. Feng X. M., Eriksson A. R. B., Schurer J., (2005), International Journal of Food Microbiology, 104,
249-256.
55. Handoyo T., Maeda T., Urisu A., Adachi T., Morita N., (2006), Food Research International, 39,
598-605.
56. Randhir R., Vattem D., Shetty K., (2004), Innovative Food Science and Emerging Technologies, 5,
235-244.
57. Varga J., Peteri Z., Tabori K., Teren J., Vagvolgyi C., (2005), International Journal of Food Microbiology, 99, 321-328.
58. Nowak J., Steinkraus K. H., (1988), Nutrition Reports International, 38, 1163-1172.
59. Twardowski T., Zimny J., Twardowska A., (2003), Biobezpieczeñstwo biotechnologii, Agencja Edytor,
Poznañ, 103-107.
60. Anonim, (2006), European Biotechnology, 5, 10.
124
PRACE PRZEGL¥DOWE