Aspergillus oryzae, czyli spiritus movens wschodnioazjatyckich fermentacji żywności

Dr inż. Anna Starzyńska-Janiszewska

Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

Aspergillus oryzae to grzyb strzępkowy, krewniak dobrze nam znanego A. niger (kropidlaka czarnego) i A. flavus (kropidlaka żółtego), będących częstą przyczyną psucia się żywności. W przeciwieństwie do wymienionych gatunków, A. oryzae nie wykazuje zdolności do produkcji aflatoksyn i innych kancerogennych metabolitów. Należy do tak zwanych pleśni jadalnych, uważanych za bezpieczne w produkcji żywności (ang. GRAS – Generally Recognized As Safe). Bez A. oryzae i otrzymywanego z jego udziałem koji trudno sobie wyobrazić tradycyjną kuchnię Azji.

Pleśń ta tworzy niską i gęstą, białawą grzybnię powietrzną, z typowymi dla kropidlaków konidioforami uwalniającymi bardzo liczne zarodniki wegetatywne o charakterystycznym oliwkowozielonym kolorze (Zdjęcie 1).

Trudno przecenić pozycję tej pleśni we wschodnioazjatyckiej kuchni (chińskiej, japońskiej, koreańskiej), zarówno w ujęciu kulturowo-historycznym, jak i praktycznym. Gdybyśmy szukali analogii dla kultury zachodniej, to chyba jedynym, choć nie do końca trafnym, skojarzeniem byłyby drożdże, które stanowią w pełni „oswojone” mikroorganizmy, dzięki którym wytwarzamy chleb i ciasto, ale także wino czy piwo. A. oryzae był wykorzystywany w procesach produkcji żywności od zamierzchłych czasów. Według źródeł pisanych, koji po raz pierwszy zastosowano w Chinach ok. 300 r. p.n.e., a w Japonii, dokąd „przywędrowało” przez Koreę, w 300 r. n.e. Ale chiang – rodzaj chińskiej fermentowanej pasty z mięsa ryb i ptaków, otrzymywanej z udziałem koji z prosa, był znany według historycznych źródeł już około… 3000 lat temu. W tym kontekście Chińczycy, którzy jako pierwsi celowo izolowali oliwkowo-żółto zarodnikujące kultury pleśni, najlepiej się nadające do otrzymania chiang, mogą być uznani za światowych pionierów biotechnologii żywności!

Za pomocą A. oryzae otrzymywane jest koji – uniwersalna podstawa dla produkcji takich azjatyckich przypraw jak sos sojowy (chiński chiang-yu, japoński shoyu) i pasta sojowa (chińskie douchi, japońskie miso), a także alkoholi (sake), octu i piklowanych warzyw. Koji jest w japońskim alfabecie kanji określane poprzez znak będący syntezą logogramów oznaczających kwiat i ryż. I rzeczywiście, porośnięte puszystą pleśnią ziarenka ryżu mogą nasuwać takie skojarzenie – na zdjęciu koji w powiększeniu (Zdjęcie 2).

Podstawową rolą koji jest dostarczenie enzymów hydrolitycznych dla drugiego etapu otrzymywania wymienionych produktów, czyli długotrwałej solankowej fermentacji wgłębnej. Enzymy pleśniowe częściowo rozkładają roślinne polimery (białka, polisacharydy, tłuszcze), co umożliwia uzyskanie przyswajalnych substratów pokarmowych dla drożdży i bakterii mlekowych. Na schemacie (Rysunek 1) przedstawiono w zarysie produkcję japońskiej pasty sojowej – miso. Jak widać, fermentacja typu koji to stosunkowo krótkotrwała część całej procedury.

Czym dokładnie jest koji?

Termin ten oznacza wysokoskrobiowe substraty roślinne – nasiona polerowanego ryżu lub soi (czasem z dodatkiem ziaren zbóż), przerośnięte grzybnią A. oryzae i przez tą pleśń nadtrawione. Aby umożliwić strzępkom pleśni dostęp do wnętrza nasion, substraty muszą  być najpierw poddane obróbce wstępnej. Nasiona są w tym celu moczone i gotowane w wodzie albo na parze (soja, ryż) lub też rozdrabniane i prażone (pszenica, jęczmień). Następnie, schłodzone do temperatury około 30^oC i osuszone z nadmiaru wody, inokulowane są pleśnią (najczęściej zarodnikami lub wcześniej otrzymanym koji, wysuszonym i zmielonym) i układane w formie warstwy. Inkubacja trwa kilka dni i w tym czasie złoże jest kilkukrotnie mieszane, aby ułatwić dostęp tlenu, usunąć dwutlenek węgla, odprowadzić nadmiar wilgoci i ograniczyć nadmierny wzrost temperatury. Pod koniec procesu koji jest suche, ma zaledwie 26% wody. Ten typ biologicznej obróbki nosi nazwę fermentacji w podłożu stałym.^{< patrz ramka poniżej} Produkcja koji może wyglądać różnie w zależności od tego, czy jest prowadzona na niewielką skalę metodą tradycyjną (drewniane tace z 4-5 cm warstwą nasion, przykryte wilgotnym płótnem, inkubowane w komorze fermentacyjnej) czy też jest zmechanizowana. W tym drugim przypadku, przemysłowe agregaty do wytwarzania koji pracujące w systemie ciągłym z obrotowym złożem w kształcie pierścienia o średnicy nawet 40 metrów, mogą przerabiać nawet ponad 3 tony materiału w ponad 4 tony produktu w ciągu godziny.

Skład substratu, szczegóły procedury (temperatura i czas) oraz rodzaj szczepów pleśni A. oryzae (różniącymi się znacząco zdolnością produkcji konkretnych hydrolaz) zależą od przeznaczenia koji. W procesie przygotowywania sake, koji stosuje się, analogicznie do znanego u nas słodu, czyli w celu przekształcenia skrobi w cukry fermentacyjne. Największe znaczenie maja tutaj enzymy macerujące tkanki roślinne (celulazy, β-glukanazy, pektynazy, hemicelulazy) i amylolityczne – rozkładające skrobię do oligomerów glukozy i wolnej glukozy. Natomiast w przypadku pasty sojowej i sosu sojowego, koji jest stosowane także jako źródło enzymów proteolitycznych (hydrolizujących białka do peptydów i wolnych aminokwasów, z których jeden – kwas L-glutaminowy – jest nośnikiem smaku umami) i lipolitycznych (produkty hydrolizy tłuszczów są szczególnie istotne dla smaku i zapachu miso).

Bez koji nie można otrzymać dobrej jakości sake, shoyu czy miso. Przy zakupie sosu i pasty sojowej warto zwrócić uwagę na fakt, czy A. oryzae pojawia się w spisie składników, i zdecydować się właśnie na taki produkt.

Na zakończenie warto wspomnieć, że  A. oryzae ma również uznane miejsce w świecie japońskiej popkultury – jest najważniejszym mikrobiologicznym bohaterem (Zdjęcie 3) serii mangi o tytule Moyasimon. Opowiada ona o studencie rolnictwa, który posiada cudowną zdolność dostrzegania mikroorganizmów i komunikowania się z nimi. Na podstawie tych komiksów powstał też film animowany.

Bibliografia:

1. Applied Microbiology and Biotechnology 1992. 36: 569–572
2. Handbook of Food and Beverage Fermentation Technology. Hui YH, Meunier-Goddik L, Josephsen J, Nip W-K, Stanfield PS. CRC Press 2004
3. Industrialization of Indigenous Fermented Foods, Second Edition, Revised and Expanded. Steinkraus K. RC Press, 1995

Źródła zdjęć:

1. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7e/Shoyukoji.jpg
2. http://static1.squarespace.com/static/527711fbe4b02d3f05903ecd/t/52d33547e4b0178cd182588d/1389573450609/what+is+sake+made+ from+pic.002-001.png
3. http://moyashimon.wikia.com/wiki/Aspergillus_Oryzae