Πιλοτική ζύμωση φυσικώς ώριμων επιτραπέζιων ελιών: επιλογή και χρήση εκκινητών ζύμωσης για τη βελτίωση των ποιοτικών χαρακτηριστικών

Abstract

In the present study, the aerobic spontaneous fermentation of table olive varieties Kalamon and Conservolea was investigated. Aerobic conditions were achieved by supplying air to the fermentation vessels. Physicochemical analyses (pH, titratable acidity, salinity, sugars, phenolic, and volatile compounds) were performed on the samples, along with microbiological analyses, to study the potential changes in the microbial flora during fermentation. The predominant microbial group in the brines of both olives was yeasts. Six isolates from the Conservolea variety exhibited β-glucosidase activity, while they did not have the ability to produce biogenic amines. In contrast, five isolates from the Kalamon variety showed β-glucosidase activity, but at the same time were found to have the ability to produce biogenic amines. This fact makes them unsuitable for use as starter cultures. Finally, two lactic acid bacteria (Lactiplantibacillus) were identified at genus level and three yeast species (Candida boidinii, Zygoascus steatolyticus, Candida butyri), were isolated as potential starter cultures for future fermentations. Glucose, the main sugar in both varieties, was completely consumed within 90 days in Kalamon olives and significantly earlier, within 65 days, in Conservolea olives. In this study, the volatile compounds of fermented table olives from the Kalamon and Conservolea varieties were analyzed using SPME/GC-MS. A total of 42 volatile compounds were detected and semi-quantified in Conservolea and 29 in Kalamon, categorized into aldehydes, ketones, alcohols, fatty acids, hydrocarbons, and terpenes. The study revealed significant variations in the concentration of these compounds throughout fermentation. The dominant group of compounds was alcohols, with ethanol being the most prevalent. The effect of different inoculation strategies was studied for selected starters yeasts and lactic acid bacteria (LAB) used for the anaerobic fermentation process of the two olive varieties, Conservolea and Kalamon. The LAB strains applied were Leuconostoc mesenteroides K T5-1 and Lαctobacillus plantarum A 135–5; the selected yeast strains were Saccharomyces cerevisiae KI 30–16 and Debaryomyces hansenii A 15–44 for Kalamon and Conservolea olives, respectively. Table olive fermentation processes were monitored by performing microbiological analyses, and by monitoring changes in pH, titratable acidity and salinity, sugar consumption, and the evolution of volatile compounds. Structural modifications occurring in phenolic compounds of brine were investigated during the fermentation using liquid chromatography/diode array detection/ electrospray ion trap tandemmass spectrometry (LC/DAD/ESI-MSn) and quantified by high-performance liquid chromatography (HPLC) using a diode array detector. Phenolic compounds in processed Kalamata olive brines consisted of phenolic acids, verbascoside, caffeoyl-6-secologanoside, comselogoside, and the dialdehydic form of decarboxymethylelenolic acid linked to hydroxytyrosol, whereas oleoside and oleoside 11-methyl ester were identified only in Conservolea olive brines. Volatile profile and sensory evaluation revealed that the ‘MIX’ (co-inoculum of yeast and LAB strain) inoculation strategy led to the most aromatic and acceptable Kalamon olives. For the Conservolea table olives, the ‘YL’ treatment gave the most aromatic and the overall most acceptable product. Apart from lactic acid bacteria and yeasts, mainly responsible for the olive fermentation, molds can develop on the brine surface, and can have either deleterious or useful effects on this process. In this respect, identification of molds associated to the two Greek fermented black table olives cultivars, was carried out.A group of 5 selected isolates was subjected to technological (beta-glucosidase, cellulolytic, ligninolytic, pectolytic, and xylanolytic activities; proteolytic enzymes) and safety (biogenic amines) characterization. Combining both technological (presence of desired and absence of undesirable enzymatic activities) and safety aspects (no or low production of biogenic amines and regulated mycotoxins), it was possible to select one strain with biotechnological interest. This is a putative candidate for future studies as autochthonous co-starters with yeasts and lactic acid bacteria for natural table olive production.

Στην παρούσα έρευνα μελετήθηκε η αερόβια αυθόρμητη ζύμωση των επιτραπέζιων ποικιλιών, Καλαμών και Κονσερβολιάς. Οι αερόβιες συνθήκες επιτεύχθηκαν διαβιβάζοντας αέρα στους περιέκτες. Στα δείγματα πραγματοποιήθηκαν φυσικοχημικές αναλύσεις (pH, ογκομετρούμενη οξύτητα, αλατότητα, σάκχαρα, φαινολικές και πτητικές ενώσεις), αλλά και μικροβιολογικές αναλύσεις, ώστε να μελετηθεί η πιθανή μεταβολή της μικροβιακής χλωρίδας κατά τη ζύμωση. Η επικρατέστερη μικροβιακή ομάδα στις άλμες των δυο ποικιλιών ήταν οι ζύμες. Έξι απομονώσεις από την ποικιλία Κονσερβολιά διέθεταν τη δράση της β-γλυκοσιδάσης, ενώ ταυτόχρονα δεν παρουσίασαν την ικανότητα παραγωγής βιογενών αμινών. Αντίθετα, πέντε απομονώσεις από την ποικιλία Καλαμών παρουσίασαν τη δράση της β-γλυκοσιδάσης, αλλά τα αποτελέσματα έδειξαν ότι διέθεταν την ικανότητα παραγωγής βιογενών αμινών. Το γεγονός αυτό τις καθιστά μη αποδεκτές για χρήση ως εναρκτήριες καλλιέργειες. Τελικά, ταυτοποιήθηκαν δυο γαλακτικά βακτήρια σε επίπεδο γένους (Lactiplantibacillus) και τρία είδη ζυμών (Candida boidinii, Zygoascus steatolyticus, Candida butyri), ως πιθανοί εκκινητές σε μελλοντικές ζυμώσεις. Η γλυκόζη που αποτέλεσε και το κυριότερο σάκχαρο και στις δυο ποικιλίες, καταναλώθηκε μέσα σε 90 ημέρες στις Καλαμών και αρκετά πιο νωρίς, μέσα σε 65 ημέρες στις ελιές Κονσερβολιά. Στην παρούσα μελέτη εξετάστηκαν και τα πτητικά συστατικά των ζυμωμένων επιτραπέζιων ελιών των ποικιλιών Καλαμών και Κονσερβολιά μέσω ανάλυσης SPME/GC-MS. Συνολικά, ανιχνεύθηκαν και ημιποσοτικοποιήθηκαν 42 πτητικές ενώσεις στην Κονσερβολιά και 29 στην Καλαμών, ταξινομημένες σε αλδεΰδες, κετόνες, αλκοόλες, λιπαρά οξέα, υδρογονάνθρακες και τερπένια. Η μελέτη αποκάλυψε σημαντικές διαφοροποιήσεις στη συγκέντρωση αυτών των ενώσεων κατά τη διάρκεια της ζύμωσης. Η κυρίαρχη ομάδα ενώσεων ήταν οι αλκοόλες με επικρατέστερη την αιθανόλη.Επιπλέον, μελετήθηκαν τα αποτελέσματα διαφορετικών μεθόδων εμβολιασμού με επιλεγμένα στελέχη, ζυμομυκήτων και βακτηρίων γαλακτικού οξέος (LAB), με σκοπό την αναερόβια ελεγχόμενη ζύμωση δύο ελληνικών ποικιλιών ελιάς, Κονσερβολιά και Καλαμών. Τα στελέχη LAB που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ο Leuconostoc mesenteroides K T5-1 και ο Lαctobacillus plantarum A 135-5, ενώ οι ζύμες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ο Saccharomyces cerevisiae KI 30–16 και o Debaryomyces hansenii A 15–44 για τις ελιές Καλαμών και Κονσερβολιά, αντίστοιχα. Η διαδικασία της ζύμωσης, και των δυο ποικιλιών, παρακολουθήθηκε με τη διεξαγωγή μικροβιολογικών αναλύσεων, παρακολούθηση μεταβολών του pH, προσδιορισμό ογκομετρούμενης οξύτητας και αλατότητας, προσδιορισμό σακχάρων και πτητικών ενώσεων. Οι ποιοτικές μεταβολές που παρατηρήθηκαν στις φαινολικές ενώσεις της άλμης μελετήθηκαν χρησιμοποιώντας υγρή χρωματογραφία/ με ανιχνευτή συστοιχίας διόδων λυχνιών και ανιχνευτή μαζών με σύστημα ηλεκτροψεκασμού ιόντος (LC/DAD/ESI-MSn) και ποσοτικοποιήθηκαν μέσω υγρής χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης (HPLC). Οι φαινολικές ενώσεις των επεξεργασμένων ελιών Καλαμών αποτελούνταν από φαινολικά οξέα, βερμπασκοζίτη, καφεοϋλο-6-σεκολογανοζίτη, κομσελογοζίτη και η διαλδεϋδική μορφή του αποκαρβοξυμεθυλ ελενολικού οξέος συνδεδεμένο με υδροξυτυροσόλη, ενώ ο ολεοζίτης και ο ολεοζίτης-11-μεθυλεστέρας ταυτοποιήθηκαν μόνο σε άλμη ελιών Κονσερβολιάς. Το πτητικό προφίλ και η οργανοληπτική αξιολόγηση αποκάλυψαν ότι ο εμβολιασμός «MIX» (συν-εμβολιασμός με στελέχη ζύμης και LAB) οδήγησε στις πιο αρωματικές και αποδεκτές ελιές Καλαμών. Για τις επιτραπέζιες ελιές Κονσερβολιά, η μεταχείριση «YL» (διαδοχικός εμβολιασμός ζύμης και μετά βακτήριο) έδωσε το πιο αρωματικό και γενικά πιο αποδεκτό προϊόν. Εκτός από τα βακτήρια γαλακτικού οξέος και τους ζυμομύκητες που διεξάγουν κυρίως τη ζύμωση της ελιάς, στην επιφάνεια της άλμης μπορούν να αναπτυχθούν μύκητες, κάτι που μπορεί να έχει είτε αρνητική επίδραση είτε να ωφελήσει τη διαδικασία της ζύμωσης. Όσον αφορά στην ασφάλεια των τροφίμων, οι εμφανιζόμενοι μύκητες θα μπορούσαν να παράγουν μυκοτοξίνες, συνεπώς είναι σημαντικό να παρακολουθείται και να ελέγχεται ο πληθυσμός τους. Έτσι, πραγματοποιήθηκε ταυτοποίηση μυκήτων σε δυο ελληνικές επιτραπέζιες ελιές, την Κονσερβολιά και την Καλαμών. Στην ποικιλία Καλαμών, η ανάλυση αποκάλυψε ένα στέλεχος Penicillium commune και ένα στέλεχος P. crustosum, ενώ στην ποικιλία Κονσερβολιά ανιχνεύτηκαν δυο στελέχη P. crustosum και ένα στέλεχος P. roqueforti. Μια ομάδα πέντε επιλεγμένων απομονώσεων υποβλήθηκε σε βιοχημικό έλεγχο (β-γλυκοσιδάση και λιπάσης, δράση πρωτεασών, πηκτινολυτικών και ξυλανολυτικών δράσεων) και σε αξιολόγηση ασφάλειας (μη παραγωγή βιογενών αμινών). Ο συνδυασμός των παραπάνω αποτελεσμάτων που προέκυψαν, έδωσε τη δυνατότητα να επιλεχθεί ένα ενδιαφέρον στέλεχος, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εκκινητής σε μελλοντικές ζυμώσεις μαζί με ζύμες και βακτήρια γαλακτικού οξέος. Συγκεκριμένα, το στέλεχος P. roqueforti ITEM 16754 κρίθηκε κατάλληλο για τη ζύμωση της ποικιλίας Κονσερβολιάς, καθιστώντας το υποψήφιο στέλεχος για μελλοντικές μελέτες ως συννεκινητής μαζί με ζυμομύκητες και βακτήρια γαλακτικού οξέος για την παραγωγή μαύρης επιτραπέζιας ελιάς.