Fermentatie

Smakelijk fermenteren

Microben  fermenteren  voedingsmiddelen omdat het ze energie oplevert om te groeien en te delen. Fermentatie is het omzetten van suikers in een zuurstofloze omgeving. Hierbij komt energie vrij (voor de microbe) en er ontstaat een restproduct. Toevallig vinden wij mensen het restproduct, eigenlijk dus het afval, vaak lekker. Wat dacht je bijvoorbeeld van bier en wijn? Die dranken worden gemaakt door fermenterende gisten zoals Saccharomyces cerevisiae, met als restproduct alcohol. Eet je liever yoghurt of zuurkool? Dat krijgt zijn typische zure smaak door fermenterende melkzuurbacteriën zoals Lactobacillus en Streptococcus, met als restproduct melkzuur. Bij yoghurt worden bacteriën toegevoegd om de fermentatie te starten. Zuurkool is van oudsher juist een spontane fermentatie. Je weet dan nooit precies welke microben er aan het werk zijn geweest.

De schijf van zes?

Je denkt er niet bij na, maar gefermenteerd voedsel zit bomvol levende microben. Die zijn een goede aanvulling op een dagelijkse dieet uit de schijf van vijf. Het eten van microbenrijk voedsel is belangrijk: het vult de microbiota in onze darmen aan. Onze  microbiota bestaat uit goedaardige bacteriën, schimmels en gisten die ons onder andere helpen bij het verteren. Hoe diverser dit ecosysteem hoe beter. In Westerse landen worden we steeds minder blootgesteld aan microben in onze omgeving en ons voedsel, maar die microben hebben we juist keihard nodig. Ons immuunsysteem raakt ontregeld omdat het minder microben tegenkomt. Het lichaam gaat dan soms overdreven reageren op dingen die helemaal niet schadelijk zijn. Met als gevolg een toename in voedselallergieën, astma en eczeem in Westerse landen. Dit wordt de hygiënehypothese genoemd.

Lekker en gezond

Niet alleen de microbe zelf, maar ook het proces van fermenteren maakt gefermenteerde voedingsmiddelen gezonder. De microben produceren vitamines zoals B2 (riboflavine), B11 (foliumzuur) en B12 (cobalamine). Deze vitamines zijn onder andere belangrijk voor de aanmaak van nieuwe bloedcellen. Daarnaast breken fermenterende  microben lastig verteerbare stoffen in het voedsel af en binden ze potentiële gifstoffen. Ook verlengt fermentatie de houdbaarheid van producten. De goede, fermenterende microben koloniseren het voedingsmiddel voordat schadelijke microben de kans krijgen om er in te groeien. De twee meest voorkomende eindstoffen van fermentatie, alcohol en melkzuur, zijn giftig voor veel andere bacteriën. Dit zorgt er voor dat gefermenteerd voedsel veel minder snel bederft. 

Dat geeft energie

Hoe maken microben nou bier van graan, of wijn van druivensap? Een klein scheikundelesje. Microben fermenteren om ATP (adenosinetrifosaat) te maken. ATP is de ‘benzine van cellen’, direct bruikbare energie. Glucose is in dit verhaal de ruwe aardolie: het kan een bruikbare brandstof worden, maar alleen na wat bewerkingsstappen. NAD+ is een soort accu die het proces op gang helpt. We beginnen met druivensap, barstensvol glucose. Glucose wordt door wijngisten omgezet naar pyruvaat. Dit levert ATP op, maar kost NAD+. Die NAD+-accu kan niet leeg blijven, want dan kunnen er geen nieuwe reacties plaatsvinden. Daarom wordt pyruvaat omgezet in alcohol en CO2, waarbij ook de NAD+-accu weer opgeladen wordt. De wijngist zet zo glucose om in ATP (voor zichzelf), alcohol en CO2 (“voor ons”). Zo kun jij genieten van je glaasje bordeaux.

Back-up plan

Voor veel (micro)-organismen is fermentatie een back-up energievoorziening voor als er geen zuurstof aanwezig is. Fermentatie is een stuk minder efficiënt dan aerobe dissimilatie (dat wat wij doen door te ademen). Het levert slechts twee ATP op per glucosemolecuul, terwijl aerobe dissimilatie meer dan dertig ATP maakt van datzelfde glucosemolecuul. Maar als er geen zuurstof is, zit er niks anders op. Wij doen het zelf ook. Bij intensief sporten zijn je spieren soms zo hard aan het werk dat je er niet tegenop kunt ademen. Zonder zuurstof schakelen je spieren over op fermentatie. Daarbij produceren ze melkzuur wat de spieren verzuurt, en dat voel je als spierpijn. Voor sommige microben, zoals Bacteroidetes, is zuurstof zelfs giftig. Daarom fermenteren die veilig binnenin je zuurstofarme darmen jouw voedsel. 

Wild Microbe Ale

Tijd om het eens te hebben over óns favoriete fermentatieproces: het brouwen van Micropia-bier. In 2018 zijn de laboranten van Micropia op gist-safari gegaan in het ARTIS-park. Op verschillende plekken in het park namen we monsters, bijvoorbeeld overrijpe vruchtjes aan bomen, op zoek naar wilde microben om dit bier mee te brouwen. De monsters werden opgekweekt om te onderzoeken of er überhaupt wel gist gevangen was, en om de gist zodanig te laten vermeerderen dat er voldoende van was om mee te brouwen. Brouwerij Oedipus maakte van het beste monster een heerlijk biertje: Wild Microbe Ale. De unieke fruitige smaak van dit biertje komt tot stand door maar liefst twee fermenterende micro-organismen: het wilde gist Pichia barkeri en de melkzuurbacterie Lactobacillus brevis Meer weten?  Hier lees je meer over het Wild Microbe Ale.

Biobrandstof

Behalve voedsel kunnen microben ook brandstof maken. Sinds dit jaar is alle Euro-95 benzine in Nederland eigenlijk E10-benzine: 90% gewoon benzine en 10% bio-ethanol geproduceerd via fermentatie. Ook waterstof, misschien wel dé brandstof van de toekomst, kan geproduceerd worden door micro-organismen. Sommige Clostridium-bacteriën produceren namelijk waterstof als restproduct van fermentatie. Waarom rijden dan niet alle auto’s nu al op biobrandstof? De grootste uitdaging zit ‘m in de grondstoffen. Suikerhoudende gewassen, zoals mais en suikerbiet zijn heel geschikt, maar deze gewassen kun je ook opeten. Beetje zonde dus. Tegenwoordig worden gelukkig ook reststoffen zoals maisstengels gebruikt als grondstof. Volledig overgaan op gefermenteerde biobrandstof is lastig, omdat er ontzettend veel land nodig is om al die gewassen te verbouwen.