De rol van micro-organismen in fermentatieprocessen ontrafeld

Wereldwijd bestaan er meer dan 5.000 gefermenteerde voedingsmiddelen en dranken. Van bier en brood tot yoghurt, kaas en azijn: fermentatie is een van de oudste en meest gebruikte productietechnieken in de voedingsindustrie. Tegelijk blijft het proces deels een black box. Producenten sturen op temperatuur, pH en tijd, maar weten vaak slechts bij benadering welke micro-organismen precies actief zijn en welke rol ze spelen. Het doctoraat van Louise Vermote brengt daar verandering in en werpt nieuw licht op die grotendeels onzichtbare wereld, met takeaways voor bedrijven die met fermentatie werken.

DNA-sequenering

Klassiek worden micro-organismen geïdentificeerd door ze uit te platen en afzonderlijk te kweken. Dat levert bruikbare informatie op, maar toont slechts een deel van het verhaal. Vermote gebruikte DNA-sequencing om alle genetische sporen binnen een fermentatie in één analyse te onderzoeken. "We verzamelen al het DNA uit een staal en brengen zo de volledige microbiële gemeenschap in kaart," zegt ze. "Ook micro-organismen die zich niet laten kweken, worden zo zichtbaar."

Dat verschil is cruciaal. Uitplaten toont welk micro-organisme onder ideale labo-omstandigheden kan groeien; DNA-analyse toont welk micro-organisme daadwerkelijk aanwezig is in het proces. Voor complexe fermentaties, waar micro-organismen elkaar beïnvloeden en opvolgen, maakt dat een fundamenteel verschil.

Bovendien stopt de analyse niet bij 'wie is er'. Door genen te koppelen aan metabole pathways wordt zichtbaar welke omzettingen mogelijk zijn: suikers naar zuren, alcoholen of aromacomponenten. Door stalen te nemen op verschillende momenten ontstaat er geen loutere momentopname, maar een tijdslijn. "Je kan zien welke functies op welk moment dominant zijn, en welke micro-organismen daar waarschijnlijk voor verantwoordelijk zijn."

Lambiek als leerplatform

Een belangrijk deel van het onderzoek speelde zich af in Belgische lambiekbrouwerijen. Lambiek wordt spontaan vergist: na het koelen van het wort in een open koelschip komen micro-organismen uit de omgeving in het bier terecht, waarna de fermentatie en rijping één tot drie jaar doorgaan in eikenhouten vaten.

Vermote kon voor het eerst gedetailleerd aantonen welke micro-organismen aanwezig zijn in het gekoelde wort, zij het in zeer lage concentraties. "De soorten die later het fermentatieproces dragen, zijn daar al aanwezig, maar nauwelijks meetbaar." Minstens even doorslaggevend bleek de rol van de houten vaten. Die fungeren niet als passieve opslag, maar als actieve microbiële bron. "Hout is niet te steriliseren. Micro-organismen blijven aanwezig en sturen de fermentatie en rijping."

Die vaststelling verschuift het perspectief op procesbeheersing. Niet het koelschip, maar vooral de inoculatie via de vaten blijkt een bepalende factor in het verdere fermentatieverloop. Voor brouwers, en bij uitbreiding voor andere fermentatiebedrijven, betekent dit dat materiaalkeuze en onderhoud een actievere rol spelen dan vaak expliciet wordt meegenomen in procesbeheersing.

Reproduceerbaar proces

Het onderzoek nuanceert ook hardnekkige aannames. Het idee dat lambiek uitsluitend kan ontstaan door 'unieke micro-organismen uit de Zennevallei' houdt geen stand. Gelijkaardige microbiële gemeenschappen werden teruggevonden in vergelijkbare producties in Noorwegen en VS. "Dat betekent niet dat traditie onbelangrijk is", zegt Vermote, "maar wel dat het proces reproduceerbaarder is dan vaak gedacht."

Voor grotere producenten die afstappen van het klassieke koelschip en werken met warmtewisselaars is dat een relevante vaststelling. Het onderzoek toont aan dat dergelijke proceskeuzes niet per definitie afbreuk doen aan het fermentatieverloop, zolang de microbiële opvolging in de latere fases voldoende geborgd blijft.

Gecontroleerde variatie

Hoewel lambiek een uitgesproken case is, reiken de inzichten verder dan bier. Vermote onderzocht ook traditionele fermentaties op tropische vruchten en bloemen in Argentinië, waar ze een uitzonderlijk hoge microbiële diversiteit aantrof, inclusief soorten die nog niet beschreven zijn.

Die vaststelling is relevant voor sectoren die vandaag sterk inzetten op gestandaardiseerde starters. Efficiëntie en reproduceerbaarheid zijn daarbij doorslaggevend, maar ze gaan vaak gepaard met smaakconvergentie. "Veel producten verschillen vandaag minder van elkaar dan vroeger. Niet omdat de grondstoffen identiek zijn, maar omdat telkens dezelfde micro-organismen worden ingezet."

DNA-analyse maakt het mogelijk om die biodiversiteit opnieuw in kaart te brengen en gericht te selecteren. Niet om terug te keren naar moeilijke beheersbare fermentaties, maar om gecontroleerde variatie toe te laten, bijvoorbeeld door nieuwe stammen te isoleren en te testen binnen bestaande processen.

Van inzicht naar toepassing

De grootste meerwaarde zit in de kennistransfer. Door beter te begrijpen welke micro-organismen wanneer actief zijn, kunnen bedrijven hun processen robuuster maken, fermentaties consistenter laten verlopen en tegelijk ruimte creëren voor differentiatie. Niet via trial-and-error, maar op basis van onderbouwde data.

Voor R&D- en kwaliteitsafdelingen opent dat nieuwe pistes: sneller begrijpen waarom een fermentatie ontspoort, waarom smaakprofielen verschuiven of waarom batches onderling verschillen. Ook in zuivel-, bakkerij- en plantaardige fermentaties biedt deze aanpak concrete handvatten om processen beter te onderbouwen.

Samenwerking met onderzoekslabo’s blijft daarbij essentieel. "Bedrijven mogen ons zeker contacteren," zegt Vermote. "Niet met de verwachting van een kant-en-klare oplossing, maar om samen te kijken wat microbiële analyse kan betekenen voor hun product of proces. Het doel is niet om traditie te vervangen," besluit ze. "Wie beter begrijpt wat er gebeurt, kan gerichter keuzes maken, ook in een industriële context."

Ga voor meer informatie naar de VUB-onderzoeksgroep Industriële Microbiologie en Voedingsbiotechnologie.