Кодзи и твердофазные закваски

Кодзи — это Aspergillus oryzae, выращенный на пропаренном зерне: рисе, ячмене или соевых бобах. С него начинаются мисо, соевый соус, сакэ, мирин и амадзакэ, и самое частое заблуждение о нём состоит в том, что он якобы является сбраживающим агентом. Он им не является. Это фабрика ферментов, а брожение происходит потом и его выполняют другие организмы.

Твердофазная ферментация — иной процесс, а не уменьшенный

Погружённая ферментация растит организм в перемешиваемой жидкости: питание, кислород и температура однородны, и культура однородна по замыслу. Твердофазная растит его на поверхности и в толще влажного твёрдого материала без свободно текущей воды.

Всё дальнейшее вытекает из этого различия. Возникают крутые градиенты — кислород падает с глубиной, влажность и температура меняются по слою, — и организм существует в ландшафте, а не в однородной среде. Нитчатые грибы к этому приспособлены, потому что гифы растут направленно, проникая в субстрат и выделяя ферменты впереди себя; у бактерии во взвеси равноценной стратегии нет.

Второе следствие — низкая активность воды, и она защитна: она подавляет большинство бактериальных конкурентов без стерильности, поэтому открытый нестерильный процесс вообще работоспособен. Соответствующей трудностью становится теплоотвод: метаболическое тепло нечем уносить циркулирующей жидкостью, поэтому слой кодзи перемешивают и аэрируют вручную или машиной, а управление температурой является главным умением оператора.

Выход ферментов на единицу субстрата у этих грибов в твёрдой фазе обычно выше, чем в погружённой культуре, и это настоящее технологическое преимущество, а не дань традиции.

Две стадии

A. oryzae выделяет широкий набор ферментов: α-амилазу и глюкоамилазу, гидролизующие крахмал до сбраживаемых сахаров; протеазы и пептидазы, расщепляющие белок до пептидов и свободных аминокислот, включая тот глутамат, который придаёт этим продуктам их вкусовую глубину; и липазы, высвобождающие жирные кислоты как предшественники аромата.

В этом весь вклад кодзи. Плесень превращает неперевариваемый и несбраживаемый субстрат в раствор сахаров и аминокислот.

Вторую стадию выполняют другие организмы. В сакэ дрожжи сбраживают высвобождённую глюкозу до этанола — и делают это, пока ферменты кодзи ещё осахаривают, так что сахар не накапливается до концентрации, которая тормозила бы дрожжи. Такое одновременное осахаривание и брожение и есть причина того, что сакэ достигает необычно высокой для неперегнанного напитка концентрации спирта. В мисо и соевом соусе солеустойчивые молочнокислые бактерии и дрожжи месяцами сбраживают полученные от кодзи сахара, а соль отбирает именно их. В амадзакэ второй организм не используется вовсе: сладость — это просто высвобождённая глюкоза, поэтому амадзакэ сладок без добавленного сахара и не содержит спирта.

Доместикация, которая имеет значение

A. oryzae принадлежит к той же видовой группе, что и Aspergillus flavus — продуцент афлатоксина. Доместицированные штаммы A. oryzae несут кластер генов биосинтеза афлатоксина в нерабочем состоянии, с делециями и мутациями, препятствующими экспрессии, и афлатоксина не производят.

Это охарактеризованное основание безопасности, а не допущение из долгого применения, и оно проверяемо: применяемые в производстве штаммы идентифицированы и проверяются. Это самый ясный в пищевой ферментации пример того, как тысячелетия отбора убрали путь биосинтеза токсина, — и поэтому же замена штамма кодзи диким изолятом Aspergillus не является малым изменением.