فرآورده هاي غلات و بويژه نان، غذاي اصلي ساکنان بسياري از کشور هاي جهان را تشکيل داده و روزانه قسمت اعظم انرژي، پروتئين، ويتامين هاي گروه “ب” و مواد معدني مورد نياز انسان را تأمين مي کند. استفاده از خمير ترش به منظور ور آوردن خمير نان، يکي از قديميترين فرايند هاي زيست فناوري در توليد مواد غذايي است که مبدا آن به 1500 سال قبل از ميلاد مسيح در به مصر بر مي گردد و احتمالاً به طور تصادفي کشف شده است. با وجود استفاده روز افزون از مخمر نانوايي در قرن 21 به عنوان عامل پوك كننده بهتر در عرصه توليد نان، تخمير توسط خمير ترش هنوز هم نقش مهمي را در توليد نان چاودار و نان هاي تهيه شده از آرد هاي مخلوط ايفا ميكند. همچنين، كاربرد خمير ترش در توليد نان گندم در حال توسعه مي باشد.
معمولاً فرآيند تخمير در خمير نان توسط مخمر نان انجام مي گيرد که به توليد دي اکسيد کربن و الکل منجر شده و در نتيجه، موجب افزايش حجم نان توليدي ميگردد. با اين حال، از ديگر ميکروارگانيسم هاي توليد کننده گاز، مانند مخمر هاي وحشي يا طبيعي، باکتري هاي کلي فرم، گونه هاي ساکاروليتيکِ کلستريديوم، باکتري اسيد لاکتيک با تخمير ناهمگن و مخلوط هاي طبيعيِ اين ميکرواُرگانيسم ها،نيز به جاي مخمر نان به تنهايي استفاده شده است. خمير ترش مخلوطي از آرد غلات و آب، با مزه تند اسيدي و اکوسيستمي از فعل و انفعالات بين مخمر و باکتري مولد اسيد لاکتيک مي باشد. باکتري هاي اسيد لاکتيک موجود در خمير ترش ميتوانند از ميکروارگانيسم هاي طبيعي آرد، محصولات لبني و يا آغازگر هاي تجاري به دست آمده باشند.
علاوه بر مخمر، گونه هاي معينيِ از باکتري هاي اسيد لاکتيک نيز نقش مهمي را در تخمير خمير نان ايفاء ميکنند که در نهايت به بهبود ويژگي هاي خمير، بافت، عطر و طعم نان منجر ميشود. اين کيفيت در مقايسه با نان ورآمده توسط مخمر نانوايي برتر خواهد بود. همچنين، با افزودن خميرترش، زمان ماندگاري نان طولاني تر ميشود و کپک زدگي و فساد طنابي در نان به تأخير مي افتد. اين مزايا در نتيجه عملکرد مشترك مخمرها و باکتري هاي اسيد لاکتيک فراهم مي شود که ميكروارگانيسم هاي غالب در خميرترش هاي طبيعي هستند. عملکرد باکتري هاي اسيد لاکتيک با توليد اسيد هاي آلي همراه است و مخمرها مسئول توليد ترکيبات معطر هستند. فعاليت هاي متابوليکيِ سينرژيستي ميکروارگانيسمها، سبب توليد اسيد يا ترش کردن ميشود که بر مشخصات نهايي نان، بويژه بافت اثر ميگذارد.
خمير ترشها را بر اساس فناوري هاي توليد به سه دسته تقسيم ميكنند:
1- خمير ترش سنتي كه بر اساس تكثير مداوم ميكروارگانيسمها در دماي محيط (دماي 20-30 درجه سانتي گراد) استوار است (فرآيند زمان بر)
2- خمير ترش مايع كه توسط فرآيند تخمير يك مرحله اي و با صرف زمان کمتر و دما هاي بالاتر از٣٠ درجه سانتي گراد حاصل ميشود.
3- خمير هاي نوع سوم شامل انواع پودري و خشك شده خمير كه در عرصه صنعتي تخمير هاي مايع، بسيار مورد توجه هستند، اما به اسيديفيكاسيون سريع تري نياز دارند. مزيت سيستم مايع اين است كه عوامل محيطي نظير دسترسي به مواد مغذي در سرا سر اين سيستم يكنواخت است. در محيط مايع، كنترل اسيديته، آزاد سازي آمينواسيدها و توليد تركيبات طعمي مختلف، به راحتي امكان پذير است و مي توان محصولي با اسيديته بالاتر يا پائينتر و مطابق با بافت و طعم فرآورده نهايي تهيه کرد. نان خمير ترش ممکن است در نتيجه انتخاب ترکيبات و تخمير باکتري هاي اسيد لاکتيک، ترکيبات طعم زاي متفاوتي داشته باشد. در تخمير خود به خودي که قديمي ترين روش تهيه خمير ترش است، بي ثباتي در خمير ترش مشهود است که به دليل تنوع زياد ميکروارگانيسمها در خمير ترش خود به خودي است. براي رفع اين مشکل امروزه استفاده از کشت هاي آغازگر براي توليد خمير ترش گسترش پيدا کرده است و از طريق آمادهسازي تجاري نژاد هاي باکتري هاي اسيد لاکتيک به صورت تک نژادي يا مخلوطي از چندين نژاد مي توان ناني با استاندارد بالا و کيفيت ثابت توليد کرد. با استفاده از خمير ترش در توليد نان، امکان ورآمدن خمير نان با افزودن مقدار کم يا بدون افزودن مخمر نانوايي فراهم ميشود.
تأثير خمير ترش بر کيفيت نان
نان توليد شده با استفاده از خمير ترش، به علت pH پايين و نسبت زياد اسيد لاکتيک به اسيد استيک، حجم قابل توجهي دارد و سرعت بياتي آن نيز طي زمان نگهداري کاهش مييابد. اسيدي شدن خمير، پروتئوليز گلوتن گندم و هيدروليز ملايم نشاسته از فعاليت هاي باکتري هاي اسيد لاکتيک ميباشند که دامنه فعاليت آنها در بين گونه هاي خمير ترش متفاوت بوده و بر روي تغييرات فيزيکي و شيميايي در طي زمان ماندگاري نان مؤثر مي باشند. عدم آگاهي لازم از فوائد خمير ترش سبب شده که زمان تخمير به دليل استفاده مخمر به تنهايي، کوتاه شود و مواد معدني موجود در نان قابل استفاده بدن نباشند. زيرا اين مواد با اسيد فيتيک غير قابل دسترس ميشوند و به دليل استفاده تنها از مخمر، pH آن از 6 تجاوز ميکند و به احتمال زياد عدم استفاده از مواد معدني موجود در نان علت اصلي کوتاهي قد ايرانيان مي باشد. اين مسئله حدود ٣٠ سال قبل بررسي شد و مشخص گرديد، که علت اصلي آن را کمبود روي ذکر کرده اند. خمير ترش اثرات مثبتي نظير بهبود بافت، افزايش حجم، بروز ديرتر پديده بياتي و کپک زدگي، کاهش اسيد فيتيک و افزايش ويژگي هاي حسي و طعمي در نان دارد. اين خمير، کشت همزيستي از مخمر و باکتري هاي لاکتوباسيلوس است و با هدف حجيم کردن نان به کار ميرود. غالباً، آغازگر از مواد اصلي نظير آب، آرد گندم و چاودار تهيه مي شود. کشت تازه از مخلوط آرد و آب تشکيل مي شود. آرد تازه، به طور طبيعي شامل انواع مختلفي از مخمرها و اسپور باکتريها است. زماني که آرد گندم با آب تماس پيدا ميکند، آنزيم آميلاز، نشاسته را به مالتوز و آنزيم مالتاز، مالتوز را به گلوکز تبديل نموده که مخمر آن را متابوليزه مينمايد. مواد معدني مورد نياز باکتري مولد اسيد لاکتيک، حاصل متابوليسم محصولات مخمر است. نان خمير ترش، با مقدار کمي از آغازگر (25-20 درصد) تهيه ميشود. قسمتي از خمير حاصله به عنوان آغازگر براي فرآيند بعدي استفاده ميگردد. خمير هاي ترش مزه مخصوص به خود را دارند و اين مزه، به فاکتورهايي مانند ترکيب آغازگر، کشت مخمر، دماي هوا و رطوبت وابسته است.
مخمر غالب براي حجيم کردن (وَر آمدن) نان، ساکارومايسس سرويزيه است و مخمر هاي مهم ديگر شامل ساکارومايسس اگزيگوس، کانديدا کراسي، پيچيا نروگنسيس، هانسه نولا آنومالا، ساکارومايسس دِلبروکي، ترولوپسيس هولمي و ترولوپسيس يونيسيپوروس ميباشند. گونه هاي ديگر مخمر مانند پيچيا آنومالا، ساتورنيسپورا سايتويي، ترولاسپورا دلبروکي، دباريومايسس هانسني و پيچيا ممبراني فاسينس نيز شناسايي شدهاند که غالباً در خمير ترش بايد نسبت باکتري هاي اسيد لاکتيک به مخمر، جهت فعاليت بهينه، ١٠٠ به ١ باشد. پروکاريوت هاي خمير ترش، عضو باکتري هاي اسيد لاکتيک و از جنس لاکتوباسيلوس با تخمير همگن اجباري و سويه هاي لاکتوباسيلوس سانفرانسيسنز، تخمير ناهمگن اجباري يا اختياري هستند. سويه هاي ديگر باکتري هاي اسيد لاکتيک شامل کارنوباکتريوم ديورجنس، لاکتوباسيلوس ساکي، لاکتوباسيلوس آميلوفيلوس، لاکتوباسيلوس استوتولرانت، لاکتوباسيلوس پلانتاروم، پديوکوکوس پنتوزاسئوس، پديو کوکوس اسيدي لاکتيکي، تتراژنوکوکوس هالوفيلوس و پديوکوکوس هالوفيلوس نيز از خمير ترش جداسازي شدند. ترکيب کشتِ مخلوط باکتري هاي اسيد لاکتيک و مخمر، متفاوت است. از مهمترين مزاياي استفاده از کشت مخلوط ميتوان به بهبود بافت و حفظ تازگيِ بيشتر در مقايسه با نان تهيه شده با مخمر به تنهايي اشاره کرد که در چنين کشت هايي، مخمرها و باکتري هاي اسيد لاکتيک به ترتيب به عنوان عامل حجيم کننده و طعم دهنده عمل ميکنند.
نقش فناوري کاربرد خمير ترش
از آنجايي که آرد تحت استريلزاسيون حرارتي قرار نميگيرد، وجود انواع مختلف ميکروارگانيسم ها به ترکيب سوبستراي قابل دسترس و عوامل فناوريِ خاص بستگي دارد. در طي تخمير، تغييرات شيميايي در کربوهيدرات و پروتئين آرد، به علت عملکرد آنزيم هاي ميکروبي و خارجي صورت مي گيرد و سرعت و شدت اين تغييرات، بر خواص خمير ترش و کيفيت نان حاصله اثر مي گذارد. گونه هاي باکتري هاي اسيد لاکتيک با تخمير همگن، توليد دي اکسيد کربن نميکنند، بلکه با رشد در خمير ترش، باعث ايجاد طعم مطلوب ميگردند. همچنين در غياب مخمر، لاکتوباسيلوس هاي با تخمير ناهمگن سبب افزايش حجم خمير شده و عطر و طعم مطلوبي نيز ايجاد مي کنند. فرضيه هاي متعددي براي بررسي اثر خمير ترش بر کيفيت خمير نان وجود دارد که از آن جمله مي توان به تأثير مستقيم pH بر ساختمان خمير، تأثير اسيد بر روي آنزيم هاي غلات و تأثير ميکروارگانيسمها اشاره کرد.
تأثير اوليه اسيدي کردن
مقدار pH خمير ترشِ رسيده، بسته به ماهيت فرآيند و آغازگر (استارتر) مورد استفاده، از ٥/٣ تا ٣/٤ متغير است. ويژگي هاي فيزيکي وشيميايي آرد، بويژه مقدار خاکستر آن، تأثير زيادي بر ويژگي هاي اسيدسازي ميگذارند و pH خمير، بسته به مقدار افزودن آغازگر (تقريباً 20 درصد) متغير و ٧/٤-٤/٥ گزارش شده است. اسيدي کردن خمير ترش و اسيدي کردن جزئي خمير نان بر ترکيبات تشکيل دهنده ساختار نان مانند گلوتن، نشاسته و آرابينوگزيلان مؤثر خواهد بود و خمير با pH پائينتر، به زمان مخلوط کردن کمتري نياز داشته و پايداري کمتري از خمير طبيعي دارد.
تأثير ثانويه اسيدي کردن
اثر بيشتر کاهش pH بر ويژگي هاي خمير در نتيجه تأثير ثانويه اسيدي کردن و زمان تخمير ميباشد که موجب تغيير فعاليت آنزيم هاي موجود در غلات يا آنزيم هاي باکتريايي مي شود. محققين (1982) بيان نمودند که پروتئاز گندم در ٤=pH، فعاليت مطلوبي دارد. علاوه بر اين، در سال ١٩٧٧، پژوهشگران دريافتند که آنزيم هاي پروتئوليتيک با pH اسيدي، شرايط اسيدي را براي گلوتنِ فعالِ گندم فراهم ميکنند.
تغيير در اجزاء پروتئين غلات طي تخمير خمير ترش
فرآيند پروتئوليز طي پخت سبب توليد پيش ماده هاي مورد نياز جهت تشکيل ترکيبات آروماي فرار ميگردد و نيز سوبسترايي براي فعاليت ميکروارگانيسمها فراهم مينمايد تا اسيد آمينه را به ترکيبات پيش ماده طعم تبديل کنند. پروتئين گلوتن خمير، مشخص کننده خواص رئولوژيکي خمير، حفظ گاز و حجم نان است. محققين دريافتند که مقاومت به کشش خمير، کاهش الاستيسيته و درجه سُست شدن خمير افزايش مي يابد. اسيدي شدن به علت رشد باکتري هاي اسيد لاکتيک، شبکه گلوتن را تغيير ميدهد. در pH کمتر از ٤، بار خالص مثبت پروتئين افزايش مييابد و افزايش نيروي دافعه الکترواستاتيکي، حلاليت پروتئين را افزايش ميدهد و از تشکيل پيوند هاي جديد جلوگيري مينمايد. کاهش پيوند هاي دي سولفيديِ بين مولکولي، پروتئين گلوتن را به حالت محلول تبديل کرده و آن را بيشتر در دسترس آنزيم هاي پروتئوليتيک قرار ميدهد. اين عمل باعث انجام پروتئوليز بيشتر و در نتيجه بهبود طعم نان حاصله ميشود.
طعم در نان توليد شده با خمير ترش
دو گروه ترکيبات طعم زا طي تخميرِ خمير ترش به دست مي آيند. گروه اول، ترکيبات غير فرار شامل اسيد هاي آلي هستند که توسط باکتري با تخمير همگن و باکتري هاي با تخمير ناهمگن توليد ميشوند، اسيديته را افزايش و pH را کاهش داده و در آروماي خمير دخالت دارند. گروه دوم، ترکيبات فراري نظير الکل ها، آلدئيد ها، کِتون ها (سِتُن ها)، اِسترها و سولفورها ميباشند.
خواص حسي نان
فعاليت متابوليکيِ سينرژيستي ميکروارگانيسم بر ويژگي بافت نهايي اثر ميگذارد و زمان نگهداري محصول را با کاهش رشد کپک، افزايش ميدهد. در تحقيقي، ارزيابي حسي مغز نانِ تهيه شده با خمير ترش نشان داد که استفاده از لاکتوباسيلوس سانفرانسيسنز با تخمير ناهمگن، باعث ايجاد آروما و طعم مطلوب شد، در حالي که استفاده از لاکتوباسيلوس پلانتاروم با تخمير همگن مزه ترشِ فلزي ايجاد نمود. وقتي خمير ترش جانشين مخمر ساکارومايسس سرويزيه مي شود، نان، طعم آروماتيکِ بيشتري در نان احساس ميگردد.
تأثير خمير ترش بر بياتي نان
مولکول هاي نشاسته، تحت تأثير آنزيم هاي توليد شده توسط باکتري هاي اسيد لاکتيک قرار ميگيرند و تغييراتي در خواص برگشتپذيريِ نشاسته بوجود ميآورند که به نوبه خود سرعت بيات شدن را کاهش ميدهد. پژوهشگران (1996) بيان کردند که افزايش مقدار بهينه آنزيم پروتئاز، به علت آزاد سازي آب از شبکه پروتئيني، زمان نگهداري نان را افزايش ميدهد.
پروتئوليز طي تخمير خمير ترش
به طور کلي، تخمير خمير ترش با باکتري هاي اسيد لاکتيک، باعث افزايش غلظت اسيد هاي آمينه در طي تخمير ميگردد، در حالي که تخمير خمير با مخمر به تنهايي سبب کاهش غلظت اسيد هاي آمينه آزاد شد. اين پروتئوليزِ بهبود يافته، مربوط به فعاليت پروتئوليتيکيِ باکتري هاي اسيد لاکتيک خمير ترش و يا فعال سازي پروتئوليز توسط آنزيم هاي غلات، تحت شرايط هوازيِ تخمير خمير ترش ميباشد. بر اساس الگو هاي پروفايل پروتئوليز در مورد آلبومين ها و گلوبولين ها، لاکتوباسيلوس آليمنتاروس 15M، لاکتوباسيلوس برويس 14G، لاکتوباسيلوس سانفرانسيسنز 7A و لاکتوباسيلوس هيلگاردي 51B انتخاب شده و در تخمير خمير ترش مورد استفاده قرار گرفتند. نشان داده شده است که آلبومين ها، گلوبولين ها و گلادين ها هيدروليز شدند، در حالي که هيچ تجزيه اي در ساختار گلوتنين ها صورت نگرفت. پروتئوليز در بين چهار نوع باکتري اسيدلاکتيک به طور قابل توجهي با هم متفاوت بود، اگرچه هيچ تفاوتي در خصوصيات اسيدسازي مشاهده نشد. در طي تخمير خمير ترش براي توليد پيتزا، نتايج مشابه اي به دست آمد.
