Fermentaation vaikutus hapantaikinasta valmistetun leivän ravitsemukselliseen laatuun

 

 

 

 

 

 

Yhä useampi kuluttaja on kiinnostunut elintarvikkeiden terveellisyydestä, ja monesti juuri perinteisen ruoan koetaan omaavan sellaisia ravitsemuksellisia ominaisuuksia, jotka edistävät hyvinvointia ja terveyttä. Esimerkiksi leivän hapantaikinafermentointi on yhdistetty terveyttä edistäviin ominaisuuksiin ja siitä on viimeisten vuosikymmenten aikana raportoitu lukuisia myönteisiä vaikutuksia.  

Hapantaikina ja fermentointi 

Mitä hapantaikina varsinaisesti on? Hapantaikinan voidaan katsoa olevan jauho-vesiseoksesta koostuva välituote, joka on bakteerien tai hiivojen fermentoima yhdistelmä (Poutanen ym. 2009). Fermentointi eli käyminen on prosessi, joka on riippuvainen mikro-organismien kyvystä tuottaa erilaisia aineenvaihdunnan tuotteita (Coda & Tenkanen 2020). Fermentoivat mikrobit ovat usein heterofermentatiivisten maitohappobakteerien ja hiivojen kantoja, joiden toimesta leipään syntyy hapan maku (Poutanen ym. 2009). Taikinan ja leivän hapattamisen lisäksi mikrobien metabolinen eli aineenvaihdunnallinen aktiivisuus vaikuttaa suuresti esimerkiksi taikinan tekniseen suorituskykyyn, aromiprofiiliin, säilyvyyteen ja leivän yleiseen laatuun.  

Edellä mainittujen ominaisuuksien lisäksi viljan fermentoinnilla on merkittävä potentiaali parantaa niin elintarvikkeiden kuin raaka-aineiden ravitsemuksellista laatua ja siten lisätä niiden terveysvaikutuksia (Katina ym. 2005, Poutanen ym. 2009). Leivän ravitsemukselliseen laatuun fermentointi voi vaikuttaa joko vähentämällä tai lisäämällä eri yhdisteiden, kuten vitamiinien, antioksidanttien ja muiden bioaktiivisten yhdisteiden määriä. Bioaktiiviset yhdisteet ovat aineita, joilla on biologista aktiivisuutta ja ne voivat vaikuttaa ihmisen elimistössä joko hyödyllisesti tai haitallisesti (Leipätiedotus 2020). Fermentaatio voi myös muuttaa ravintoaineiden, ei-ravintoaineiden ja mineraalien biologista hyväksikäytettävyyttä (Poutanen ym. 2009). Hapantaikina voi esimerkiksi aktiivisesti hidastaa kuiturikkaiden, gluteenittomien ja kokojyvätuotteiden tärkkelyksen sulavuutta, mikä johtaa bioaktiivisten yhdisteiden määrien ja niiden biologisen saatavuuden muutoksiin. Mineraalien biologista hyötyosuutta eli hyväksikäytettävyyttä fermentointi parantaa lisäämällä niiden liukoisuutta ja siten imeytymistä suolistosta. Fermentointi madaltaa lisäksi viljatuotteiden glykeemistä indeksiä ja parantaa viljojen sisältämän ravintokuidun biologista hyväksikäytettävyyttä (Catzeddu 2011). Glykeeminen indeksi (GI) kuvaa hiilihydraattien imeytymisnopeutta eli sitä, kuinka nopeasti ja missä määrin tietty ruoka-aine nostaa verensokeria ja lisää insuliinin eritystä (Duodecim 2008). 

Hapantaikinan vaikutus leivän ravitsemukselliseen laatuun  

Ravintohiilihydraatit ovat tärkeimpiä plasman glukoosin lähteitä (Poutanen ym. 2009, Catzeddu 2011). Nopeasti sulavien hiilihydraattien määrän lisääntyminen ruokavaliossa nostaa veren sokeritasoa, etenkin aterianjälkeisenä aikana. Nykyaikaisesta tärkkelystä ja vapaita sokereita sisältävästä ruokavaliosta saadaan suuria määriä nopeasti saatavilla olevaa glukoosia, mikä johtaa terveydelle haitallisiin plasman kohonneisiin glukoosi- ja insuliinipitoisuuksiin. Vehnä- ja ruisjauhon matriisin fermentointi maitohappobakteereilla kuitenkin alentaa täysjyväohra- ja vehnäleivän glykeemistä indeksiä sekä ruisleipien insuliini-indeksiä riippumatta leivän kuitupitoisuudesta. Glykeemisen indeksin alentamisessa tärkeimpiä ovat hapantaikinan orgaaniset yhdisteet, kuten etikka- ja maitohappo. Viljatuotteiden glykeemistä indeksiä madaltaa myös fermentaatiossa tapahtuvat kemialliset muutokset, jotka edistävät resistentin, vähemmän imeytyvän tärkkelyksen muodostusta (Gobbetti ym. 2014). Lisäksi fermentaation aikana syntyvän hapon on ehdotettu hidastavan tärkkelyksen sulavuutta sekä muuttavan pH:ta alueelle, joka suosii tiettyjen endogeenisten eli sisäsyntyisten entsyymien toimintaa (Poutanen ym. 2009). Näiden entsyymien toiminta muuttaa mineraalien ja fytokemikaalien eli kasvikunnan tuottamien bioaktiivisien yhdisteiden biologista hyötyosuutta. 

Glykeemisen indeksin alentamisen lisäksi hapantaikina lisää mineraalien biologista hyötyosuutta ja siitä valmistettujen leipien, etenkin täysjyväleivän terveyttä suojaavat yhdisteet on tunnistettu. Täysjyväleipä sisältää ravintokuitua, mineraaleja (kalsium, kalium, magnesium, rauta, sinkki ja fosfori) ja monimutkaisia hiilihydraatteja (Katina ym. 2005, Poutanen ym. 2009). Etenkin magnesiumin on ehdotettu olevan täysjyväleipien terveyttä edistävä tekijä, ja suojaavan tyypin 2 diabetekselta. Mineraalien lisäksi täysjyväleipä sisältää merkittävän määrän fytaattia, mikä häiritsee välttämättömien mineraalien imeytymistä muodostamalla liukenemattomia komplekseja ravintokationien kanssa. Fermentaation avulla viljan fytaattipitoisuutta voidaan madaltaa, jolloin mineraalien biologinen hyväksikäytettävyys kasvaa. Fytaatti pilkkoutuu matalassa pH:ssa toimivan fytaasi-entsyymin avulla, jota on niin viljassa, fermentaation maitohappobakteereilla kuin myös hiivassa. Lisäksi esikäsittelemällä leseet maitohappobakteereilla fytaattien hajoaminen voi nousta jopa 90 %:iin, ja samalla magnesiumin ja fosforin liukoisuus kasvaa.  

Mineraalien lisäksi viljaruoat ovat tärkeitä vitamiinien, kuten tiamiinin, E-vitamiinin ja folaattien lähteitä (Gobbetti ym. 2014). Viljoissa olevien biologisesti aktiivisten yhdisteiden on ehdotettu olevan täysjyväruokien terveyttä suojaavia ja edistäviä tekijöitä. Viljojen prosessointi voi joko vähentää tai lisätä biologisesti aktiivisten yhdisteiden määriä ja muuttaa näiden biologista hyötyosuutta (Poutanen ym. 2009). Hapantaikinafermentaation on osoitettu parantavan näiden yhdisteiden kulkeutumista ihmisen verenkiertoon. Esimerkiksi hiivafermentaation on toistuvasti osoitettu lisäävän folaattipitoisuutta niin vehnän kuin rukiin leivonnassa. Hiivafermentaation on myös ilmoitettu lisäävän tiamiinipitoisuutta leivonnassa, etenkin pitkän fermentointiajan jälkeen. Fermentaatiovaiheen pituus voi vaikuttaa vitamiinien kokonaispidätysasteeseen leivonnassa. Esimerkiksi tiamiinin pitoisuus täysjyväleivässä voi vähentyä lyhyen leivontaprosessin aikana, kun taas pitkitetyllä fermentaatiolla pitoisuudet voidaan säilyttää. 

Fermentointi mahdollistaa myös normaalisti viljoja jauhattaessa poistettavan leseen ja alkion osuuden kasvattamisen taikinan valmistuksessa (Katina ym 2005). Nämä ovat jyvän kuiturikkaimpia, eniten fytokemikaaleja, mineraaleja, vitamiineja ja muita terveydelle hyödyllisiä yhdisteitä sisältävät jyvä osat, jolloin niiden osuutta lisäämällä leivän ravitsemuksellinen laatu paranee. Viljan fermentointi tuottaa myös sulamattomia kuituja ja muuttaa vilja-/jyväkuitukompleksin saatavuutta suoliston mikrobeille. Viimeaikaisten tutkimuksien tulokset osoittavat fermentaation myös lisäävän kuituun liittyvien yhdisteiden, kuten vapaan feruliinihapon biologista hyötyosuutta (Poutanen ym. 2009). Kuitujen on katsottu suojaavan kroonisilta sairauksilta, kuten sydän- ja verisuonitaudeilta, diabetekselta ja korkealta verenpaineelta (Katina ym. 2005). Myös ylipainon ja ruuansulatuskanavan häiriöiden riski pienenee käytettäessä runsaskuituisia valmisteita.  

Fermentaation avulla voidaan kasvattaa jyvän kuitu- ja kivennäisainerikkaimpien osien määrää leipätaikinan valmistuksessa

Kuituosuuden lisäämisen ohella hapantaikinan fermentaatio voi vaikuttaa suoliston terveyteen muokkaamalla ravintokuitukompleksia ja mahdollisesti muodostamalla sellaisia maitohappofermenetaation metaboliitteja, jotka vaikuttavat suotuisasti suoliston mikrobistoon (Katina ym. 2005, Poutanen ym. 2009). Myös hapantaikinan eksopolysakkaridit (EPS) eli hapantaikinan mikrobien ulkopuolelleen erittämät sokeripolymeerit tarjoavat mahdollisuuden parantaa suoliston terveyttä, sillä niillä on havaittu olevan prebioottisia ominaisuuksia (Tieteen termipankki 2020). Glukaanit, fruktaanit ja gluko– sekä frukto-oligosakkaridit ovat tällaisia eksopolysakkarideja (Poutanen ym. 2009). Esimerkiksi hapantaikinan sisältämä eksopolysakkaridi dekstraani metaboloidaan propionihapoksi suoliston mikrobien avulla, millä oletetaan olevan useita hyötyvaikutuksia, kuten kolesteroli- ja triglyseriditasojen alentaminen sekä insuliiniherkkyyden nostaminen.   

Muut mahdolliset hyödyt 

Hapantaikinafermentaation terveysvaikutusten lisäksi kiinnostuksen kohteena on ollut fermentoitujen leipien sopivuus vilja-allergikoille, keliaakikoille ja gluteiiniyliherkille (Katina ym. 2005). Fermentaation aikana tapahtuva viljan proteiinien hydrolyysi on näyttänyt vähentävän viljatuotteiden allergisia ominaisuuksia. Fermentaation on myös havaittu hajottavan viljojen sisältämää gluteenia. Esimerkiksi pitkä fermentaatioaika esikäsitellyssä rukiissa on hajottanut suurimman osan viljojen gluteenista. Viljatuotteiden sopivuudesta ja turvallisuudesta keliaakikoille ja allergikoille tarvitaan kuitenkin vielä tarkempaa tutkimusta.  

 

Lähteet: 

Catzeddu P. 2011. Sourdough breads. Teoksessa: Patel VB, Preedy VR ja Watson RR (toim.) Flour and breads and their fortification in health and disease prevention. 1.p. Elsevier Science, Lontoo 2011: 3746 

Coda R. ja Tenkanen M. 2020. History of fermentation. FOOD-109 Food fermentation and enzyme technology. Helsingin Yliopisto. 

Gobbetti M, Rizello G. C, Cagno R. D ja Angelis D. M: How the sourdough may affect the functional features of leavened baked goods. Food Microbiol. 2014 37:30-40 

Katina K, Arendt E, Liukkonen K.-H, Autio K, Flander L, Poutanen K: Potential of sourdough for healthier cereal products. Trends Food Sci. Technol. 2005 16:104-112 

Leipätiedotus. 2020. Mitä ovat bioaktiiviset yhdisteet? Saatavilla: https://www.leipatiedotus.fi/leipa-ravitsemuksessa/taysjyva/mita-taysjyvaviljasta-saa/bioaktiiviset-yhdisteet.html. Viitattu 3.4.2018. 

Poutanen K, Flander L ja Katina K. Sourdough and cereal fermentation in a nutritional perspective. Food Microbiology 2009, 26(7):693-699. Doi: HYPERLINK ”https://doiorg.libproxy.helsinki.fi/10.1016/j.fm.2009.07.011″10.1016/j.fm.2009.07.011HYPERLINK ”https://doi-org.libproxy.helsinki.fi/10.1016/j.fm.2009.07.011”﷟HYPERLINK ”https://doi-org.libproxy.helsinki.fi/10.1016/j.fm.2009.07.011” 

Tieteen termipankki (2020): Nimitys: eksopolysakkaridi. Saatavilla: https://www.tieteentermipankki.fi/wiki/Nimitys:eksopolysakkaridi. Viitattu 7.4.2020 

Uutispalvelu Duodecim. 2008. Hiilihydraattien laatu yhteydessä syöpäriskiin. Doudecim terveyskirjasto. Saatavilla: https://www.terveyskirjasto.fi/terveyskirjasto/tk.koti?p_artikkeli=uut11998. Viitattu: 3.4.2020. 

-Tia ja Kristiina  

 

 

Viljan prosessoinnin vaikutus raudan imeytymiseen

Raudan puute on maailmanlaajuinen ongelma, ja vaivaa väestöä etenkin kehittyvissä maissa. Kasvipitoisen raudan imeytyvyyden parantaminen on tärkeä väylä raudan saannin nostamisessa, sillä etenkin kehittyvissä maissa ruokavalio on usein kasvipainotteinen, ja kestävän kehityksen periaatteiden mukaisesti tähän tulisi pyrkiä myös länsimaissa. Keskityn nimenomaan viljojen sisältämän raudan hyväksikäytettävyyteen, sillä viljojen merkitys raudanlähteenä korostuu huomattavasti kasvisruokavaliossa.

Viljojen non-hemirauta ei imeydy yhtä tehokkaasti kuin lihan hemirauta. Non-hemiraudan imeytymistä voidaan parantaa samanaikaisella C-vitamiinin nauttimisella, lisäksi kalsiumin, kofeiiniin, polyfenolien ja etenkin viljoissa esiintyvän fytaatin negatiivinen vaikutus raudan imeytyvyyteen on tunnettu. Imeytymiseen vaikuttaa myös elimistön rautataso: raudan puutteessa imeytyminen tehostuu. Täten on tärkeää ottaa huomioon myös ruoan muut komponentit: esimerkiksi maito ja kahvi aamupalapuuron kanssa vaikuttavat raudan imeytymiseen negatiivisesti. Raudan imeytyvyyteen vaikuttaa myös ruoan prosessointi: lämmityksen on todettu hieman parantavan raudan imeytymistä viljoista ja palkokasveista (Hemalatha et al. 2006) ja idättäminen ja fermentointi pilkkovat fytaattia (Hurrel 2003).

Lähde: luentodiat

Viljojen ja palkokasvien kohdalla suurin ongelma raudan imeytymisen kannalta on niiden sisältämä fytaatti eli fytiinihappo sekä sen suolot, jotka sitovat tehokkaasti kivennäisaineita kuten fosforia, kalsiumia ja rautaa. Elimistömme fytaasi-entsyymi ei toimi tehokkaasti, minkä takia fytaatti ja siihen sitoutuneet kivennäisaineet eivät imeydy ruoansulatuksessa. Fytaatin hajoamisen myötä siihen sitoutuneita aineita, kuten rautaa, vapautuu elimistön käyttöön. Fytaatin hajoamista tapahtuu leivän teossa fermentaatiossa ja sen on todettu olevan tehokasta verrattuna muihin prosessointitapoihin (Plaami et al. 1997, Bering 2006). Fytaatin määrän on kuitenkin laskettava tarpeeksi alas, jotta tällä olisi vaikutusta: fytaatin ja raudan suhteen tulee olla alle 1, jotta rautaa olisi kehomme käytettävissä (Karp et al. 2012).

Lähde: https://yle.fi/uutiset/3-7215964

Tutkimuksissa on todettu rukiin hapanleivonnan hydrolysoivan fytaattia huomattavasti tehokkaammin kuin muiden leiväntekotapojen: lähteenä olevassa in vitro -tutkimuksessa fytaatti saatiin hapattamalla jopa häviämään kokonaan, kun hapanleivonnassa oli yhdistetty taikinajuureen maitohappobakteereja (Rodriguez-Ramiro et al. 2017). Hapanleivonnassa käymisreaktio tapahtuu taikinajuuren eli raskin avulla pelkän hiivan käytön sijaan. Raski sisältää eri leipomoissa vaihtelevasti raskinsiementä eli edellistä käytettyä raskia, sekä jauhoja ja vettä, joiden on annettu käydä. Jauhot sisältävät hiivoja ja maitohappobakteereja (useimmiten Lactobacillus -sukuisia bakteereja), jotka lisääntyvät fermentaation aikana.

Fermentaation tehokkuuden on perusteltu johtuvan useista eri tekijöistä. Sen aikana muodostuu bakteerilajeista riippuen orgaanisia happoja, kuten etikka- ja maitohappoja, jotka edesauttavat raudan hyväksikäytettävyyttä laskemalla pH:ta ja muodostamalla komplekseja raudan kanssa estäen sen sitoutumista fytaatin kanssa (Svanberg et al. 1993). Toinen tärkeä fermentaation tehokkuutta selittävä tekijä on happojen aikaansaama hapan pH, joka edistää viljojen fytaasi-entsyymin toimintaa fermentaation aikana (Bering 2006, Hurrel 2003). Fytaasia voidaan myös lisätä taikinaan, jolloin fytaatin hajoaminen on luonnollisesti tehokkaampaa käymisen aikana. Kuitenkin täytyy myös muistaa mahdollisten lämpökäsittelyjen inaktivoivan fytaattia hajottavan entsyymin toimintaa.

Kolmas tutkimuksessa arveltu vaikutus juontuu hapanleivän sisältämien bakteerien toiminnasta ohutsuolessa: arvellaan, että osa hapanleivonnassa käytetyistä bakteereista asettautuu hetkellisesti elämään ohutsuoleen tuottaen orgaanisia happoja, mikä edistää raudan imeytymistä edellä kuvatulla tavalla (Rodriguez-Ramiro et al. 2017). Luontaisesti leivän sisältämät orgaaniset hapot imeytyvät nopeasti ohutsuolen alkupäässä, ja ilman bakteereja hapanleivonnan raudan imeytymistä edistävä vaikutus ei tästä syystä olisi niin merkittävä. Ilmeisesti kaikkien edellä lueteltujen tekijöiden yhteisvaikutus on raudan parantuneen hyväksikäytettävyyden avain.

Löytämieni tutkimustulosten perusteella raudan käytettävyyden kannalta fermentointi maitohappobakteerien avustuksella on ylivoimaisesti paras prosessi. Muita viljojen prosessointitapoja läpikäydessäni huomasin, että muut prosessointitavat, joiden aikana ei tapahdu käymisreaktiota, eivät ole yhtä tehokkaita. Palkokasvien kohdalla tärkeiksi prosesseiksi raudan käytettävyyden kannalta ovat nekin idätys, liotus ja käyminen.

 

Lähteet:

Aantaa, Riku, Antti Aro, Marja Mutanen, and Matti Uusitupa. Ravitsemustiede. 4. uud. p. Helsinki: Duodecim, 2012.

Armah, Seth M. ”Regular Consumption of a High-phytate Diet Reduces the Inhibitory Effect of Phytate On Nonheme-iron Absorption in Women With Suboptimal Iron Stores.(Nutrient Physiology, Metabolism, and Nutrient-Nutrient Interactions)(Report)(Author Abstract).” The Journal of Nutrition 145.8 (2015): 1735.

Bering, Stine. ”A Lactic Acid-fermented Oat Gruel Increases Non-haem Iron Absorption From a Phytate-rich Meal in Healthy Women of Childbearing Age.” British Journal of Nutrition 96.1 (2006): 80-85.

Hazell, T. ”Effects of Food Processing and Fruit Juices On In‐vitro Estimated Iron Availability From Cereals, Vegetables and Fruits.” Journal of the Science of Food and Agriculture 38.1 (1987): 73-82.

Hemalatha, Sreeramaiah. ”Influence of Heat Processing On the Bioaccessibility of Zinc and Iron From Cereals and Pulses Consumed in India.” Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 21.1 (2007): 1-7.

Hurrell, Richard F. ”Phytate Degradation Determines the Effect of Industrial Processing and Home Cooking On Iron Absorption From Cereal-based Foods.” British Journal of Nutrition 88.2 (2002): 117-123.

Hurrell, Richard F. ”Degradation of Phytic Acid in Cereal Porridges Improves Iron Absorption By Human Subjects.” The American Journal of Clinical Nutrition 77.5 (2003): 1213.

Itkonen, Suvi T. ”Analysis of in Vitro Digestible Phosphorus Content in Selected Processed Rye, Wheat and Barley Products.” Journal of Food Composition and Analysis 25.2 (2012): 185-189.

Karp, Heini et al. ”Differences Among Total and In vitro Digestible Phosphorus Content of Plant Foods and Beverages.” Journal of Renal Nutrition : The Official Journal of the Council On Renal Nutrition of the National Kidney Foundation 22.4 (2012): 416.

Kruger, Johanita. ”Effects of Reducing Phytate Content in Sorghum Through Genetic Modification and Fermentation On in Vitro Iron Availability in Whole Grain Porridges.” Food Chemistry 131.1 (2012): 220-224.

Plaami S. Myoinositol phosphates: analysis, content in foods and effects in nutrition. Lebensm Wiss Technol. 1997;30:633-647.

Reale , A. ”Importance of Lactic Acid Bacteria for Phytate Degradation During Cereal Dough Fermentation.” Journal of Agricultural and Food Chemistry 55.8 (2007): 2993-2997.

Rodriguez-Ramiro, I. ”Assessment of Iron Bioavailability From Different Bread Making Processes Using an in Vitro Intestinal Cell Model.” Food Chemistry 228 (2017): 91-98.

SVANBERG, U., LORRI, W. AND SANDBERG, A.-S. Lactic fermentation of non-tannin and high-tannin cereals: Effects on in vitro estimation of iron availability and phytate hydrolysis. Journal of Food Science, 58, 408–412 (1993)