Bakken en brouwen met bacteriën

Op het eerste gezicht verschilt het lab van het ­Innovatiecentrum voor Brouwerij en Fermentatie van de Universiteit Gent en HoGent maar weinig van de standaard laboratoria. Onderzoekers lopen er rond in witte jassen, je hebt er van die typische labtafels zonder stoelen en de obligate rode keramieken werkbladen ontbreken niet. Eén ding is wel anders: hier staat een brouwersinstallatie. 

‘Ruik eens!’ Biotechnoloog David Laureys houdt een agarplaatje onder mijn neus. Ik denk gist te herkennen – het is dezelfde geur als wanneer ik pizzadeeg maak. Laureys schuift me een ander plaatje toe. ‘En wat ruik je hier?’ Dat is minder duidelijk … iets zurigs. ‘Op deze schaaltjes hebben we de bacteriën en gisten uit kefir en kombucha opgekweekt. Die micro-organismen – melkzuur- en azijnzuurbacteriën en gisten – vormen de basis van elke fermentatie.’

Kombucha, zuurdesem en kefir zijn tegenwoordig niet weg te denken uit hippe bars en bakkerijen. Ze zijn alledrie producten van datzelfde proces: fermentatie. Al houden de gelijkenissen daar meteen ook op. Elk type fermentatie heeft namelijk zijn eigen groep van micro-organismen. 

Tijd voor een diepere duik in de wereld van bacteriën en gisten.

Eerst moeten we nog een belangrijke vraag beantwoorden: wat is fermentatie precies? Dat blijkt namelijk niet zo makkelijk te definiëren. Twee jaar lang discussieerden wetenschappers verbonden aan de International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics over een goede definitie. In maart kwamen ze in Nature Reviews dan eindelijk tot een consensus. 

Voedselbiotechnoloog en zuurdesemspecialist Luc De Vuyst (VUB) zat mee aan de overlegtafel. ‘Fermentatie kun je zien als een keten van biochemische reacties. Die reacties krijg je doordat verschillende gisten en bacteriën spontaan inwerken op voedsel of drank. Dat kan op melk of vlees zijn, maar ook op granen, cacao- of koffievruchten. Ook bij lambiekbieren zoals geuze en kriek gebeurt er fermentatie. En inderdaad, ook bij waterkefir en kombucha.’ 

Het bleek niet eenvoudig om dat in een sluitende definitie te gieten. Uiteindelijk raakten de experts het eens. Gefermenteerd voedsel is gemaakt door gewenste microbiële groei en enzymatische omzetting van voedselcomponenten, luidt het tegenwoordig. Volgens De Vuyst is het woord ‘gewenst’ in die definitie van belang. Bacteriën en schimmels kunnen natuurlijk ook negatief op voedsel inwerken: ze laten het bederven en maken stoffen aan die soms zelfs giftig zijn. Bij veel fermentaties stuurt de mens dan ook het ecosysteem van bacteriën en gisten. 

Zowel bij zuurdesem als bij waterkefir en kombucha wordt een deel van de vorige geslaagde fermentatie gebruikt om de volgende te doen lukken: een stukje zuurdesem, een hoop kefirkorrels, of een beetje kombucha en iets wat scoby heet. Die techniek heeft een eigen naam: backslopping of – letterlijk vertaald – ‘terugmorsen’. Waarschijnlijk ontstond de backslopping-traditie toen mensen ontdekten dat bacteriën en gisten sommige voedingsmiddelen lekkerder konden maken en dat het opnieuw gebeurde als je onaangetaste voeding ‘besmette’ met een stukje van dat aangetaste voedsel. 

Gisten zijn eencelligen die tot de grote groep van de schimmels behoren. De bekendste is waarschijnlijk Saccharomyces cerevisiae, of bakkersgist. Je vindt hem in brood en sommige bieren. Ook van melkzuur- en azijnzuurbacteriën geven de namen veel prijs. De eerste groep verzuurt onder andere melk tot yoghurt en plattekaas, de andere maakt azijn uit bijvoorbeeld wijn of cider. 

De gisten en bacteriekolonies die Laureys me daarnet toonde op agarplaatjes zien er helemaal anders uit dan de doorschijnende kristalkorrels waarmee je waterkefir maakt of de crèmekleurige en lederachtige scoby waaruit kombucha ontstaat. Wat is er met die micro-organismen gebeurd, en waarom nemen ze zulke vormen aan? 

‘Die gisten en bacteriën vormen een biofilm’, zegt Laureys. Veel micro-organismen zitten graag in zo’n laagje. Het beschermt ze onder andere tegen uitstromen, zuur, uitdroging en antimicrobiota. ‘Als hygiëne-verantwoordelijken in bedrijven het woord biofilm horen vallen, breekt bij hen het angstzweet uit’, vervolgt Laureys. ‘Logisch ook. Eens ze in zo’n laagje zitten, zijn bacteriën heel moeilijk te bestrijden met antibiotica en ontsmettingsmiddelen.’

In het geval van waterkefir is de korrelvormige biofilm opgebouwd uit dextraan, een lange keten van de suikermolecule glucose. Die keten is op een heel specifieke manier gebonden. De korrels zijn ook helemaal anders opgebouwd dan bij melkkefir. ‘We weten heel precies welk organisme verantwoordelijk is voor de korrelvorming’, zegt Laureys. ‘Dat is de melkzuurbacterie Lentilactobacillus hilgardii.’ Die bacterie geeft een enzym af, dat glucose kan afknippen van tafelsuiker en aan de dextraanketens kan zetten. In en op de kefirkorrels vestigen zich dan gisten en bacteriën. Doordat ze zo dicht bij elkaar zitten gaan alle chemische reacties tijdens de fermentatie heel snel.

Over welke processen een rol spelen bij kombucha weten onderzoekers nog niet zoveel als bij waterkefir. Maar voor alle duidelijkheid: scoby is geen troetelnaampje voor de biofilm. In het Engels staat het voor ‘symbiotische gemeenschap van bacteriën en gisten’. Niet schattig dus, maar de scoby is wel een even efficiënte biofilm voor kombucha als de korrels voor kefir. 

Ook daar is het trouwens duidelijk welk organisme de biofilm maakt: de azijnzuurbacterie Komagataebacter xylinus, die cellulose produceert uit glucose. Laureys: ‘Cellulose is de stof waaruit papier gemaakt wordt. Weinig diersoorten kunnen dat verteren. De mens al zeker niet.’ 

Kombuchabrouwers zeggen dat je kombucha alleen kunt maken met échte thee: zwarte, groene en witte thee, of oolong. Met een munt- of rozenbottelinfusie zou het bijvoorbeeld niet lukken. ‘We onderzoeken nog verder of dat echt klopt’, zegt Laureys. ‘Maar theïne, een vorm van cafeïne in thee, zou de productie van de scoby in elk geval stimuleren.’ 

Daarmee weten we nog niet hoe die gisten en bacteriën eigenlijk leven, en vooral hoe het komt dat ze ons eten en drinken zo kunnen veranderen.‘Fermentatie bestaat uit reductiereacties’, zegt Laureys. ‘Micro-organismen geven elektronen af aan stoffen die ze eerst zelf geproduceerd hebben.’ Melkzuurbacteriën zetten suikers om tot zuren of suikeralcoholen. Gisten splitsen eerst CO2 af, vandaar de bubbels, en produceren dan ethanol – dat wij kennen als alcohol in wijn en bier. Met dat ethanol kunnen azijnzuurbacteriën op hun beurt aan de slag om er zuren van te maken. Dat is de theorie. In de praktijk heeft elke bacterie of gist zijn eigen substraat en zijn eigen manier om dat om te zetten. 

Die verscheidenheid zorgt voor kombucha’s, kefir en zuurdesem met ontelbaar veel smaken en geuren. ‘Als je moet beschrijven hoe je zuurdesem maakt, ben je snel klaar. Je mengt water en meel en je wacht op de spontane reactie’, zegt De Vuyst. ‘Na tien dagen regelmatig verversen zit de zuurgraad (pH) rond de 4 en heb je een stabiel ecosysteem. Maar de micro-organismen die zich in het ecosysteem in het deeg ontwikkeld hebben zijn altijd anders.’ 

Kan een zuurdesembakker voorspellen wat er in zijn keuken zal gebeuren? Een beetje sturen gaat, zo blijkt. ‘Je kunt spelen met de temperatuur. Hou je die boven de 30 graden, dan krijg je meestal bacteriën die vooral melkzuur produceren. Bij lagere temperaturen produceren de organismen ook azijnzuur of ethanol, en CO₂.’

Er is nog van alles dat meespeelt. Roggebloem maakt de desem bijvoorbeeld meestal zuur. En in heel zure desems kunnen de gisten worden uitgeschakeld. Het stabiele ecosysteem waarover De Vuyst het daarnet had bestaat dus alleen als je altijd hetzelfde meel kiest. 

Ook de temperatuur en verversingstijd mogen niet veranderen. ‘Als je sneller gaat verversen, stimuleer je de snelle groeiers onder de micro-organismen, en schakel je de trage concurrenten uit’, weet De Vuyst. ‘Zuurdesem onderzoeken kan best frustrerend zijn, omdat je processen stuurt voordat je ze begrijpt.’

Is er dan geen enkel micro-organisme dat in elke zuurdesem voorkomt? ‘Wij hebben een twintigtal eigen desems van bakkers in België in kaart gebracht. Fructilactobacillus sanfranciscensis komt veel voor.’ Dat is de bacterie van het San-Franciscobrood, een van de meest typische zuurdesem­broden. ‘Dat smaakt echt heel zuur, naar azijn.’ 

Het brood zelf mag dan heel kenmerkend zijn, de organismen die instaan voor de fermentatie zijn dat niet. ‘De melkzuurbacterie en de gist leven in de omgekeerde wereld.’ De gist is Kazachstania humilis. Normaal gezien kunnen gisten maltose, de suiker die voorkomt in granen en biermout, omzetten naar ethanol. ‘Dat gebeurt dus ook bij het brouwen. Maar deze gist kan dat niet, die heeft glucose nodig.’ 

F. sanfranciscensis is een melkzuurbacterie, die zou normaal gezien niets met maltose kunnen aanvangen. ‘In tegenstelling tot de meeste andere melkzuurbacteriën kan dit organisme wel maltose omzetten maar geen glucose.’ Een samenwerking van een atypische bacterie en een atypische gist voor een typisch zuurdesembrood dus.

Zuurdesems worden ingedeeld in types. ‘De traditionele, dat zijn de type 1-zuurdesems, zijn wat vaster. Je vindt ze vooral in kleinere bakkerijen en bij de liefhebbers. De type 2-zuurdesems zijn vloeibaarder en worden op industriële schaal ingezet. De fabrikant voegt zelf een bepaalde bacterie toe.’ 

En dan is er nog type 0, een soort die volgens diehards eigenlijk niet tot de zuurdesemcategorie behoort. ‘Daarom hebben we hem type 0 genoemd’, zegt De Vuyst met een glimlach. ‘Wanneer je een deel van je deeg klaarmaakt met bakkersgist en dat wat langer laat staan bij kamertemperatuur, ontwikkelen er zich ook melkzuurbacteriën.’ Het is een typische techniek voor baguettes, ciabatta en crackers.

En voor mijn pizzadeeg, al was dat uit louter praktische overwegingen. ‘Als ik op een werkdag pizza wil eten, maak ik mijn deeg ’s morgens al, en laat het de hele dag rijzen. Ik vind het dan ook lekkerder’, opper ik voorzichtig. ‘Gefeliciteerd, je eigen zuurdesempizza, zoals de echte Napolitanen!’

Waterkefir mag dan letterlijk uit de vier windstreken komen, van de tibicos uit Latijns-Amerika tot de Japanse bierzaden, de belangrijkste micro-organismen voor de fermentatie zijn wel dezelfde. ‘We vinden altijd bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae) en heel vaak Dekkera bruxellensis, de gist van de lambiekbieren’, zegt Laureys. ‘Ook bij de bacteriën is er een vijftal dat typisch voorkomt.’ Daarbij horen de kefirkorrelvormer L. hilgardii, een bifidobacterie typisch voor kefir en een melkzuurbacterie die tot nu toe alleen in kefir en in appelcider gevonden is.

De kefir die Laureys in het lab in Gent heeft staan, zit in een weckpot, luchtdicht dus. Een anaerobe fermentatie? ‘Dat klopt. Melkzuurbacteriën hebben geen zuurstof nodig, en gisten kunnen zowel met als zonder.’ In het water van Laureys’ weckpot zitten naast kefirkorrels ook stukken gedroogde vijg en een schijfje citroen. ‘En suiker, natuurlijk. Die geeft de kefir zijn uiteindelijke smaak en geur. De vijgen dienen als voedsel voor de micro-organismen.’ 

In het productieproces heeft elk organisme een eigen taak. De melkzuurbacteriën zijn voornamelijk verantwoordelijk voor de zure yoghurtachtige smaak. De gisten zorgen dan weer voor CO₂, dat zijn de bubbels die opstijgen uit de massa kefirkorrels op de bodem van de pot. Verder produceren ze ethanol, een beetje dan toch. 

‘De gisten staan ook in voor een hele hoop aromacomponenten – alleen zuur en bubbels zou wat saai zijn’, voegt Laureys toe. ‘De hogere alcoholen en esters die gisten maken zorgen voor de bloemige en fruitige toetsen. Kefir kan ruiken en smaken naar appel, banaan, viooltjes, ananas, peer … Allemaal zonder dat je dat fruit ook werkelijk in de pot hoeft te doen! Alle geuren en smaken worden gewoon gemaakt uit suiker.’ 

Bij kefir gaat de fermentatie bijzonder snel. Na drie dagen is je drankje klaar en kun je opnieuw beginnen met de korrels. Kombucha is een ander verhaal. Daar heb je te maken met een aeroob proces met gisten en azijnzuurbacteriën – die laatste hebben zuurstof nodig. In dit geval is thee het voedsel voor de micro-organismen, en vormt suiker ook weer de basis van het eindproduct. 

De hele fermentatie duurt bovendien veel langer, wel tien tot twintig dagen. ‘Azijnzuurbacteriën groeien ook wat trager dan melkzuurbacteriën’, weet Laureys. Het bijzondere aan azijnzuurbacteriën is dat zij wel overweg kunnen met ethanol, in tegenstelling tot de meeste andere bacteriën. ‘Het ethanol dat de gisten gemaakt hebben vormen zij buiten hun celmembraan om tot azijnzuur. Dat is heel energie-efficiënt.’ Melkzuurbacteriën komen dan weer nauwelijks voor in kombucha. Die is veel zuurder dan kefir, en dat verdragen deze organismen niet.

Wat maakt nu dat kombucha kombucha wordt en kefir kefir? ‘Bij kefir zijn we daar al grotendeels achter’, vertelt Laureys. ‘Heel belangrijk zijn natuurlijk die backslopping-techniek en de zuurstofarme omgeving. Verder spelen het kalk- en carbonaatgehalte van het water een rol bij de groei van de korrels.’ De fermentatie moet op kamertemperatuur gebeuren, maar als je tien keer na elkaar fermenteert op 17°C, krijg je andere bacteriën dan wanneer je dat zou doen op 24°C of 29°C. ‘Het blijft waterkefir, maar de smaak kan wel veranderen, omdat iedere bacterie een andere combinatie van esters produceert.’ 

Bij kombucha is alles nog niet zo duidelijk, die is ook nog veel minder onderzocht. Volgens De Vuyst circuleren er drankjes die eigenlijk geen kombucha zijn, omdat ze vol melkzuurbacteriën zitten. ‘Waarschijnlijk sluiten de brouwers van die drankjes hun potten hermetisch af, omdat ze dat properder vinden. Maar dan krijg je een anaerobe fermentatie, en dus geen azijnzuurbacteriën.’

Vooral in de Verenigde Staten schieten de kombuchabrouwerijen als paddenstoelen uit de grond. Daarom ook dat er daar een sterke vraag is naar een duidelijke definitie voor kombucha. Producenten die het goed aanpakken zouden zo beter beschermd zijn.

Kun je iets ongezonds of zelfs giftigs produceren als je onbeslagen met kombucha, waterkefir of zuurdesem aan de slag gaat? Laureys en De Vuyst menen van niet, zolang je de nodige hygiënemaatregelen in acht neemt en je volgens het boekje werkt. ‘Als je minstens tien dagen backslopt om je microbieel ecosysteem te laten stabiliseren voor je met je zuurdesem aan de slag gaat, kan er niets misgaan’, zegt De Vuyst. ‘De desem is dan al te zuur voor schadelijke bacteriën. Het enige wat er kan gebeuren is dat je zuurdesem langs buiten beschimmelt, maar dat zie je dan ook meteen.’

Bij waterkefir en kombucha komt het er vooral op aan ‘je huisgenoot niet te verwennen’, vertelt Laureys. ‘Ga niet denken: ik zal die arme kefirkorrels eens een halve kilo vijgen geven. Twee vijgen is genoeg! Hoe meer voedsel je voorziet, hoe meer je selecteert voor gulzige micro-organismen. Diegene die je wil, zijn aangepast aan arme nutriëntarme omgevingen.’ Verder kan ook een scoby beschimmelen, en dan geldt hetzelfde als bij zuurdesembrood: opnieuw beginnen en goed op de hygiëne letten.