Microbial engineering of flavour compounds from African oil bean seed (AOBS) (Pentaclethra macrophylla)

في الأراضي المنخفضة الرطبة في غرب أفريقيا، تنتج شجرة بقولية تُعرف باسم "فول الزيت الأفريقي" بذورًا غير صالحة للأكل في حالتها الخام. تحتوي هذه البذور الرمادية الصلبة على مركبات سامة يجب إزالتها قبل أن تصبح صالحة للأكل. وعلى مر الأجيال، اعتمدت المجتمعات المحلية طريقة تقليدية لجعلها آمنة: وهي النقع، ثم الغلي، ثم ترك البذور في حزمة ملفوفة دافئة لعدة أيام. هذه العملية، التي تُسمى التخمير، تحول الفلقات الصلبة والسامة إلى توابل طرية وشهية تُعرف باسم "أوجبا" (ugba)، وهي عنصر أساسي في العديد من الأطبات النيجيرية. ومع ذلك، فإن هذه الممارسة القديمة هي نوع من المقامرة؛ لأنها تعتمد على ما يتواجد من حياة مجهرية في الهواء أو على أوراق اللف، مما قد يجعل المنتج النهائي يتباين بشكل كبير في الطعم والقوام، وقد يحتوي أحيانًا على بكتيريا ضارة تسبب الفساد أو المرض.

لطالما اشتبه العلماء في أن ميكروبات نافعة محددة هي المهندس الحقيقي لهذا التحول، لكن تحديد أي منها يقوم بالمهمة وكيف تغير كيمياء الغذاء كان أمرًا صعبًا. إن هدف علوم الأغذية الحديثة في هذا المجال هو الانتقال من عشوائية الطبيعة نحو عملية محكومة. ومن خلال تحديد البكتيريا المحددة المسؤولة عن خلق النكهات والقوامات المرغوبة، يأمل الباحثون في توحيد إنتاج هذا النوع من الأطعمة الفاخرة، لضمان أن يكون آمنًا، ومتسقًا، ومغذيًا في كل مرة. ويتطلب هذا فهم كيفية تفاعل العمال المجهريين المختلفين مع دهون وبروتينات البذور لإنشاء الرائحة والطعم المعقدين اللذين يميزان أي دفعة جيدة من "الأوجبا".

وفي دراسة حديثة، وضع الباحثون هذه الفكرة قيد الاختبار باستخدام بذور فول الزيت الأفريقي، المعروفة محليًا باسم (Pentaclethra macpolylla). بدأوا بعزل نوعين محددين من البكتيريا التي توجد غالبًا في عمليات التخمير التقليدية: وهي بكتيريا "Bacillus subtilis"، وهي ميكروب قوي معروف بتفكيك البروتينات، وبكتيريا "Lactobacillus fermentum"، وهي نوع من بكتيريا حمض اللاكتيك المرتبطة غالبًا بالبروبيوتيك. ولرؤية كيف تعمل هذه الميكروبات بمفردها أو معًا، قام الفريق بإعداد دفعات من البذور المغلية وتم تلقيحها بهذه المزارب البكتيرية. وقد أنشأوا أربع مجموعات متميزة: دفعة واحدة تم تخميرها باستخدام "Bacillus subtilis" فقط، وأخرى باستخدام "Lactobacillus fermentum" فقط، وثالثة حيث أُضيف كلاهما معًا، ومجموعة تحكم أخيرة خضعت لطريقة التخمير التقليدية غير المنضبطة. وراقبوا هذه العينات على مدار أربعة أيام، مع أخذ أجزاء صغيرة كل أربع وعشرين ساعة لتحليل التغيرات الكيميائية التي تحدث في الداخل.

استخدم الباحثون جهازًا متطورًا يُسمى "كروماتوغراف الغاز - مطياف الكتلة" ليعمل بمثابة مجهر كيميائي. يقوم هذا الجهاز بفصل المركبات المتطايرة التي تطلقها البذور، مما يسمح للفريق بتحديد الجزيئات المسؤولة بدقة عن الرائحة والطعم. وعندما فحصوا البذور التي تم تخميرها باستخدام "Bacillus subtilis" فقط، وجدوا أن العملية أنتجت بشكل أساسي أحماضًا دهنية؛ وهي اللبنات الأساسية للدهون، وفي هذا السياق، شكلت العمود الفقري لملف النكهة. أما البذور التي خُمرت باستخدام "Lactobacillus fermentum" فقط، فقد سلكت مسارًا مختلفًا، حيث أنتجت تركيزًا عاليًا من الألدهيدات، وهي فئة من المركبات العضوية المسؤولة غالبًا عن الروائح الحادة أو المنعشة. ومع ذلك، برزت أهم النتائج من الدفعة التي وُجد فيها كلا الميكروبين معًا. ففي هذا المزرع المختلط، تغير المشهد الكيميائي بشكل جذري؛ فبدلاً من مجرد الأحماض أو الألدهيدات الحادة، أصبحت البذور غنية بالإسترات.

الإسترات هي مركبات كيميائية تتكون عندما يتفاعل حمض مع كحول، وفي عالم الأغذية، تشتهر هذه المركبات بتوفير روائح فاكهية وحلوة وجميلة. أظهرت الدراسة أنه بعد مرور اثنتين وسبعين ساعة من التخمير بالمزرعة المختلطة، كانت البذور تهيمن عليها مركبات الإستر، إلى جانب مجموعة متنوعة من الأحماض الدهنية التي تُعتبر مفيدة لصحة الإنسان. أما الطريقة التقليدية غير المنضبطة فقد أنتجت مجموعة واسعة من مركبات النكهة، لكنها حملت أيضًا خطر احتواء كائنات مسببة للفساد ومسببات الأمراض. وفي المق المقابل، أنتج المزرع المختلط المتحكم فيه ملف نكهة قويًا ومعقدًا دون مخاطر السلامة المرتبطة بالتخمير البري. ولاحظ الباحثون أن الجمع المحدد بين "Bacillus subtilis" و"Lactobacillus fermentum" يعمل بطريقة تكاملية، حيث يقوم الأول بتفكيك بنية البذرة بينما يساعد الثاني في تطوير الطعم النهائي.

كما تتبع البحث كيف تطورت هذه التغيرات الكيميائية بمرور الوقت. ففي المزرعة المختلطة، زاد تنوع الأحماض الدهنية مع تقدم عملية التخمير. وبحلول علامة الاثنتين وسبعين ساعة، احتوت البذور على مزيج غني من حمض الأوليك، وحمض الدوديكانوئيك، وغيرها من الأحماض الدهنية الصحية المعروفة بدعم صحة القلب وتقليل الالتهابات. ويشير وجود هذه المركبات المحددة إلى أن التخمير المتحكم فيه لا يجعل البذور صالحة للأكل فحسب، بل يعزز قيمتها الغذائية فعليًا. وأشار الباحثون إلى أنه بينما يمكن للطريقة التقليدية أن تعطي نتيجة جيدة، إلا أنها غير متسقة. فالنهج المتحكم فيه باستخدام هذين النوعين من البادئات ينتج باستمرار منتجًا ذا ملف نكهة متفوق ومتوقع، يتميز بالإسترات اللطيفة التي تحظى بتقدير كبير في البقوليات المخمرة.

في الختام، تثبت هذه الدراسة أن "سحر" الأوجبا ليس لغزًا من المصادفة، بل هو نتيجة لتفاعلات بيولوجية محددة. فمن خلال استخدام مزيج من "Bacillus subtilis" و"Lactobacillus fermentum"، يمكن للمنتجين إنشاء منتج بذور مخمر موثوق به، وآمن، ومغذي، ولذيذ. وتخلص الدراسة إلى أن تخمير البذور لمدة اثنتين وسبعين ساعة عند درجة حرارة ومستوى حموضة (pH) محددين باستخدام هذا المزرع المختلط هو الطريقة المثلى لتحقيق هذه التحولات البيوكيميائية. ويوفر هذا الاكتشاف مسارًا واضحًا نحو توحيد إنتاج هذا الطعام التقليدي، مما يضمن أن الأجيال القادمة من المستهلكين يمكنهم الاستمتاع بنسخة متسقة وآمنة من هذا العنصر الثقافي الأساسي، بعيدًا عن عشوائية عملية التخمير البري.