Fermenteren
kookbegrippen
FERMENTEREN
VORMEN VAN FERMENTATIE
KōJI VAN VOLKOREN RIJST | JAPAN

FERMENTEREN

Fermentatie is het biochemisch proces van het omzetten van biologische materialen, zoals granen en groenten, met behulp van bacteriën, celculturen of schimmels. Hoewel fermentatie al duizenden jaren in de praktijk wordt toegepast, is de industrieel toegepaste techniek van fermentatie nog niet zo oud.

De belangrijkste ontdekkingen dateren van de 19e eeuw, en zijn verbonden aan grote namen als Theodor Schwann, Justus von Liebig, Louis Pasteur en Wilhelm Kühne. Heel belangrijk is het baanbrekend werk van de Japanner Jokichi Takamine geweest, die er in slaagde het verteringsenzym amylase te isoleren it de Aspergillus oryzae. Zestig jaar daarvoor was een Frans chemicus Anselme Payen er al in geslaagd amalyse te isoleren, maar dan uit een moutoplossing.

Fermentatie kan niet zonder micro-organismen; het toevoegen van enzymen zonder micro-organismen heet hydrolyse. Fermentatie gebeurt zowel in aanwezigheid van zuurstof als in afwezigheid van zuurstof (aeroob of anaeroob). Fermentatie draait in belangrijke mate om de omzetting van suikers, zoals de omzetting van sucrose (C6H12O6) in ethanol (C2H5OH) en kooldioxide (CO2), een proces dat gisting wordt genoemd. Een andere vorm van fermentatie is de omzetting van sucrose in melkzuur, de kern van het bereiden van yoghurt en kaas.

De micro-organismen die bij de fermentatie betrokken zijn, zijn eencelligen uit het koninkrijk van de Fungi, waartoe ook het geslacht Candida behoort. Een belangrijk geslacht is dat van de Aspergillus dat ruim 200 schimmelsoorten omvat, die van nature in hooi en stro voor komen. Sommige aspergillus-soorten zijn van groot commercieel belang in fermentatieprocessen, zoals de Aspergillus oryzae, die enzymen in rijst en andere granen activeert om zetmeel in eenvoudige suikers om te zetten, de Aspergillus niger, die wordt gebruikt voor de fabricage van citroenzuur (E330) uit suikers.

De Lactobacillus wordt niet alleen gebruikt in de zuivelindustrie (yoghurt, boter, zure room, kaas), maar ook voor het fermenteren van groenten, zoals zuurkool, volgens de droge methode met zout. De Leucocostonoc mesenteroides is niet alleen belangrijk bij de opstart van het fermenteren van kool, maar speelt ook een belangrijke rol bij het maken van pickles, de natte methode met zout, die onder meer wordt toegepast op augurken.

Over de hele wereld worden naar schatting 5.000 meer en minder bekende voedselproducten en dranken door fermentatie gemaakt, uit groenten, granen , vlees, vis en zuivel. De bekendste daarvan zijn wijn, bier, koffie, thee, azijn, maar ook olijven, cacao en sojasaus. Maar het allerbelangrijkste product is onbetiwst brood. Men schat dat het gerezen brood 10.000 jaar gelden is ontstaan en dus behoort tot de oudste producten waarbij fermentatie een rol speelt.

DE GESCHIEDENIS VAN FERMENTATIE

Fermentatie is bijna letterlijk 'zo oud als de mensheid'. De eerst bekende toepassingen dateren uit het Neoliticum, de nieuwe steentijd, een periode die 11.000 jaar voor Christus begon. De eerste beschrijving van het fermentatieproces dateert uit de periode van 7.000-6.600 jaar voor Christus en is gevonden in Jiahu, in China.

Ook in andere delen van de wereld wordt fermentatie al lang toegepast, in Egypte en Babylon sinds 3.000 jaar voor Christus, in Zuid-Amerika (Mexico) sinds 2.000 voor Christus en in Afrika (Soedan) sinds 1.500 voor Christus. Vaak werd fermentatie toegepast voor de bereiding van alcoholische drank, de bereiding van wijn bijvoorbeeld is 3.000 jaar voor Christus de eerste fermentatie-toepassing in Mesopotamië geweest. Vaak was de belangrijkste reden de verlenging van de houdbaarheid van producten, vaak speelde toeval een rol, zoals sojasaus het toevallige resultaat is van de bereiding van jiàng.

Eén van de eerste geschriften waarin het inmaken van groenten wordt benoemd is het gedicht Xin Nan Shan dat deel uit maakt van het Boek der Odes, Shi Jing, waarin de volgende passage het pekelen van groente (gourd in dit geval) specifiek wordt genoemd:

信南山
中田有廬、 疆場有瓜。
是剝是菹、 獻之皇祖。
曾孫壽考、 受天之祜。

In the midst of the fields are the huts,
And along the bounding divisions are gourds.
The fruit is sliced and pickled,
To be presented to our great ancestors,
That their distant descendant may have long life,
And receive the blessing of Heaven.

De Romeinen gebruikten de pekeltechniek onder meer voor de bereiding van hun vissaus, garum of liquamen genoemd. De Romeinen gebruikten het bij iedere maaltijd. De bereiding was bewerkelijk en nam 2 tot 3 maanden in beslag. Als basis werden ingewanden en afval van makreel of tonijn gebruikt, waaraan ruim zout werd toegevoegd, waarna het mengsel moest gisten. In de Byzantijnse tijd werd er ook wijn aan toegevoegd. De bovenste vloeibare laag van het eindproduct was in die tijd het meest begeerd en duurst.

In de tijd van de VOC (Verenigde Oost-indische Compagnie) werd de pekeltechniek gebruikt om varkens- en rundvlees houdbaar te maken voor de lange zeereis. Een eeuw eerder ontwikkelden Nederlanders al de techniek om vis te bewaren, waarbij de ingewanden verwijderd werden, om ze daarna te pekelen. Een techniek die nog altijd wordt toegepast bij het maken van maatjesharing (het "kaken").

De eerste fundamentele studies naar de werking van fermentatieprocessen, werden in de 19e eeuw uitgevoerd op gist, dat gebruikt werd in basisvoedsel (brood) en in bier. In de 19e eeuw werden grote ontdekkingen gedaan door Theodor Schwann, Justus von Liebig, Louis Pasteur en Wilhelm Kühne op het gebied van fermentatie, zoals de ontdekking van de bacteriën rond 1840.

De bevindingen waren niet eenduidig. Justus von Liebig was van mening dat fermentatie het gevolg was van een chemisch proces, en dat de aanwezigheid van gist niet per se nodig is. Pasteur (1822-1895) daarentegen ging ervan uit dat de aanwezigheid van micro-organismen essentieel is voor het fermentatieproces. Hij toonde aan dat bacteriën het verzuren van melk veroorzaakten. Hij definieerde fermentatie (naar later bleek ten onrechte) als 'leven zonder lucht'.

Pas aan het einde van de 19e eeuw ontstond het inzicht op wèlke wijze fermentatie plaats vond, hoe micro-organismen de enzymen vormen, die voor de fermentatie zorgen. In 1891 kreeg de Japanse chemicus Jokichi Takamine patent op een fermentatiemethode, waarbij uit Aspergillus oryzae amylase werd geïsoleerd. Deze fermentatiemethode wordt tot op de dag van vandaag toegepast bij de bereiding van bepaalde enzymen. Eduard Buechner, een Duits chemicus, kreeg voor zijn baanbrekende studies naar ongeorganiseerde fermenten en de ontdekking van enzymen in 1907 de Nobelprijs.

Het uitsluitend toevoegen van enzymen, d.w.z. zonder het enzymproducerende micro-organisme, wordt gezien als een hydrolyse maar niet als fermentatie.

TAALKUNDIGE ASPECTEN, ETYMOLOGIE

Het woord fermentatie is afgeleid van het Latijnse werkwoord fervere wat 'aan de kook (bruisen)' betekent.  Het woord werd waarschijnlijk voor het eerst gebruikt in de late veertiende eeuw in de alchemie. Pas in de 17e eeuw werd het gebruikt in de huidige betekenis.

ETHANOL FERMENTATIE

Deze bekendste vorm van fermentatie is die waarin sucrose wordt omgezet in ethanol (en kooldioxide). Hierbij zijn gist en Zymomonas betrokken, onder meer de Zymomonas mobilis, die uit de Mexicaanse alcoholische drank pulque is geïsoleerd. Pulque wordt gemaakt uit een honderdjarige aloë, een agavesoort, naar een 2000 jaar oud Azteeks recept.

Bij deze vorm van fermentatie is ethanol het hoodzakelijke eindproduct, in veel fermentaties is het het bijproduct. Vaak is sprake van spontane fermentatie, zoals bij vruchtensappen. Dat komt door de van nature aanwezige wilde gisten op het fruit. Bier (uit graan) en wijn (uit vruchten) wordt gemaakt door ethanol-fermentatie, voor sterke drank is het het begin van het bereidingsproces, dat wordt gevolgd door distillatie, dat primair ten doel heeft de alcohol te concentreren.

In sommige Aziatische landen is het gebruikelijk alvorens de drank te breiden een starter te maken, zoals de Japanse koji. Hiervoor worden micro-organismen gebruikt met een sterke amylase (verteringsenzymen), zoals de Aspergillus.

MELKZUUR FERMENTATIE

Afhankelijk van het type melkzuurbacterie is bij deze vorm van fermentatie melkzuur het eindproduct of het bijproduct, vergelijkbaar met dat van ethanolfermentatie. In het eerste geval zorgen de homofermentatieve bacterië voor afbraak van glucose tot melkzuur via een proces dat glycolyse heet. Heterofermentatieve bacterië komen via een omweg tot de productie van lactaat, trapsgewijs, waarbij ook kooldioxide en ethanol wordt gevormd.

Door de fermentatie van melk ontstaat een lagere pH, wat de groei van schadelijke organismen in het product remt. Om die reden is melkzuurfermentatie vanouds de manier om melkproducten houdbaar te maken, zie het Turkse ayran.

Typische zuivelproducten met melkzuurfermentatie zijn yoghurt (Lactobacillus), zure room (Streptococcus cremoris), boter (Strepotococcus diacetilactus) en kaas.

Deze melkzuurbacteriën zijn ook actief in de fermentatie van groenten volgens de droge zoutmethode, zoals om op de Duitse of Chinese manier kool te fermenteren. Hierbij zijn de Leuconostoc mesenteroides, de Lactobacillus platarum, de Lactobacillus cucumeris en de Lactobacillus pentoacetiticus betrokken. Deze bacteriën zijn van nature op de kool (en ook op andere groenten) aanwezig, moeten slechts geprikkeld worden om hun werk te doen.

Dat gebeurt door de suikerhoudende sappen aan de groente te onttrekken door zout toe te voegen en de groente onder druk te zetten (de zuurkoolmethode). Elk van de hiervoor genoemde bacteriën heeft vervolgens een rol in het bereiken van het eindresultaat. Voor een uitgebreide beschrijving verwijzen we naar de bladzijde over zuurkool.

Melkzuurfermentatie ligt ook ten grondslag aan de bereiding van anko, de Japanse azukiboonpasta, waarin behalve azukibonen veel suiker wordt gebruikt.

Naast de droge zoutmethode is er de natte zoutmethode, een soortgelijk proces. Ook hier start de Leuconostoc mesenteroides, die beter bestand is tegen temperatuurveranderingen en zout, waarna de Lacobacilli het over nemen. Gedurende de fernentatie verandert de structuur van de ingelegde groenten, zoals bij augurken waar de schil donkerder wordt en het vlees transparanter.

Ook bij de fermentatie van vlees en vis wordt dit beginsel gebruikt, zoals bij het maken van ham en corned beef, zoutvlees en bakalau.

AZIJNZUUR FERMENTATIE

Acetobarbacteriën zijn verantwoordelijk voor de omzetting van vruchtensappen en wijn in azijn(zuur). Het is dezelfde bacterie die ongewenst zorgt voor het verzuren van wijn, met andere woorden dat is één en hetzelfde proces. Voor het maken van azijn worden twee stappen doorlopen, eerst de omzetting van suikers in alcohol, vervolgens de omzetting van de alcohol in azijnzuur.

Er zijn twee methodes om azijn te maken, de oudste en meest tijdrovende (Franse) Orléans-methode en de snelle Duitse methode. De Orléans-methode gaat uit van een hoogwaardige azijn als starter. In grote 200-liter vaten wordt gestart met zo'n 60 liter azijn, waaraan wekelijks 15 liter wijn aan wordt toegevoegd, tot het vat gevuld is, vanaf dat moment wordt wekelijks 10-15 liter azijn afgetapt en een zelfde hoeveelheid wijn toegevoegd.

De Duitse methode maakt gebruik van een generator, een hoog vat gevuld met houtschaafsel dat als de habitat dient voor de bacteriën in het vat en waarover een alcoholische oplossing druppelt, zonder het vat ooit te vullen. Bij deze methode is het toelaten van verse lucht essentieel, voor de fermentatie en om te voorkomen dat de temperatuur in het vat te hoog op loopt waardoor de bacterie-cultuur zou sterven.

PROPIONZUURFERMENTATIE

Propionzuurbacteriën zetten glucose om in een mengsel van propionaat, acetaat en kooldioxide. De meeste van deze bacteriën zijn ook in staat dit te doen door de omzetting van het eindproduct van melkzuurfermentatie, lactaat. Twee routes met hetzelfde eindresultaat.

De Propionibacterium die op deze manier lactaat om zet, wordt gebruikt bij de productie van kaas, en is 'het geheim' achter de grote gaten in Zwitserse kazen als Emmenthaler.

ZOUTLOZE FERMENTATIE

Een wat merkwaardige benaming voor een anaerobe fermentatie die traditioneel plaats vindt in een ingegraven pot of put. Een bekende vorm van putfermentatie is die van de valse banaan (Ensete ventricosum) in Ethiopië, tot kocho. De vruchten worden 'ingekuild' waar ze jaren kunnen verblijven. In de put worden de zetmeelrijke vruchten -zetmeel is een voorwaarde - zonder toevoeging van andere producten als zout, gedurende drie tot zes weken gefermenteerd.

Terwijl de pH gedurende de eerste vier weken bijna halveert, wordt het fruit zacht als een pasta en sterk geurend. Door de vruchten te enten met melkzuurbacteriën wordt dat proces versneld, een voorwaarde is het niet. Meestal haalt men de eerste oogst uit de put om er een tweede hoeveelheid fruit in te doen en deze daar eventueel in te alten, er naar behoefte fruit uit te nemen. de eerste oogst wordt gewassen en van vezels ontdaan en enkele uren in de zon gedroogd. de sterke geur zal daardoor verdwijnen. Hetzefde procedé wordt gevolgd met zetmeelhoudende wortels als cassave en broodfruit.

Sinki bijvoorbeeld, en bereiding waarbij de rettich enkele dagen in de zon te drogen wordt gehangen, dan geschaafd wordt en vast in een aardenwerken pot wordt gedrukt. Deze wordt hermetisch afgesloten en gedurende twaald dagen bij 30° weggezet. Bij de fermentatie van de rettich zijn de Lactobacillus fermentum, de Lactobacillus brevis en de Lactobacillus plantarum betrokken. Ook hier halveert de pH, van 6,7 naar 3,3.

Na de fermentatie wordt de groente in de zon te drogen gelegd, tot het vochtgehalte teruggelopen is tot zo'n 21%. Om het te kunnen eten wordt de groente in schoon water gespoeld, die wordt uitgeknepen.

GEZONDHEIDSASPECTEN EN VOEDINGSTOFFEN

De menselijke spijsvertering wordt gekenmerkt door verscheidene chemische processen, maar fermentatie hoort daar niet bij. Alleen herkauwers maken gebruik van fermentatietechnieken, de pens bevat grote hoeveelheden microbes om hen daar bij te helpen.

BRONVERMELDING UPDATE AUGUSTUS 2016

Fermenteren | Wikipedia (NL/EN) Yeast fermentations | FAO Fermented fruits and vegetables, a global perspective Bacterial fermentation | V. Müller, 2001, Ludwig Maximilians Universität Munich Koji | Kojiya Koji shop, Saiki city Asperigillus oryzae | Wikipedia (EN) Koji | Nordic lab Brewing sake | Japan sake and shochu makers association Fermented foods and beverages of the world' | J. Prakash Tamang (ed), 2010 Taylor & Francis Group, ISBN 978-1-4200-9496-1 Fermented meat products | F. Toldrá, Handbook of fermented meat products, 2007 Blackwell publishing, ISBN 978-0-8138-477-3