Optimization of Solid-State Fermentation Conditions Using Lactiplantibacillus plantarum to enhance the Nutritional and Functional Properties of Wheat Bran from Rwanda

Weizenschrot ist die zähe, äußere Schale des Weizenkorns, die während des Mahlprozesses entfernt wird, um das weiße Mehl für unser Brot und Gebäck herzustellen. Jahrzehntelang wurde dieses Material als minderwertiges Nebenprodukt behandelt, das oft an Nutztiere statt an Menschen verfüttert wurde. Doch verborgen in seiner groben Textur befindet sich eine dichte Sammlung von Nährstoffen: Ballaststoffen, Proteinen, essenziellen Mineralien wie Eisen und Zink sowie anderen Verbindungen, die die Gesundheit unterstützen. Das Problem ist, dass der Schrot in seiner Rohform schwierig zu verarbeiten ist; er absorbiert aggressiv Wasser und es mangelt ihm an der glatten Textur, die für Lebensmittel benötigt wird. Um sein Potenzial zu entfalten, blicken Wissenschaftler auf die Fermentation, einen Prozess, bei dem Mikroorganismen Lebensmittelstrukturen aufbrechen. Durch den Einsatz spezifischer Bakterien, um den Schrot zu fermentieren, hoffen Forscher, seine Textur zu erweichen und seinen Nährwert zu steigern, wodurch ein Abfallprodukt in eine wertvolle Zutat für die Lebensmittelversorgung verwandelt wird.

In Ruanda, wo Weizen sowohl lokal angebaut als auch importiert wird, ist die Frage nach der besten Nutzung von Weizenschrot besonders relevant. Ein Forscherteam am INES-Ruhengeri setzte sich zum Ziel, das perfekte Rezept für die Verwandlung dieser lokalen Ressource zu finden. Sie konzentrierten sich auf eine spezifische Art von Bakterien, Lactiplantibacillus plantarum, der dafür bekannt ist, in pflanzlichen Lebensmitteln gedeihen zu können. Die Wissenschaftler raten nicht einfach die besten Bedingungen; stattdessen behandelten sie den Fermentationsprozess wie ein komplexes Puzzle mit drei beweglichen Teilen: wie lange der Schrot mit den Bakterien ruhte, die Temperatur des Raumes, in dem er ruhte, und wie viel Wasser in den Schrot gemischt wurde. Sie testeten Dutzende von Kombinationen dieser drei Faktoren, um zu sehen, welche das nahrhaftigste und funktionalste Ergebnis lieferte.

Die Forscher nahmen Weizenschrot aus verschiedenen Märkten in Ruanda, reinigten ihn und mischten ihn mit Wasser, um spezifische Feuchtigkeitsgrade zu erreichen. Dann fügten sie die Bakterien hinzu und ließen die Mischung in kontrollierten Behältern fermentieren. Einige Chargen wurden einen Tag lang gelassen, andere drei Tage lang, während die Temperatur zwischen 30 und 40 Grad Celsius angepasst wurde. Nach Abschluss der Fermentation trockneten sie die Proben und führten eine Reihe von Tests durch, um zu messen, was sich verändert hatte. Sie untersuchten die grundlegende Zusammensetzung der Nährstoffe, wie etwa Protein- und Fettgehalt, überprüften die Mengen an Schlüsselmineralien wie Eisen, Kalzium, Magnesium und Zink und testeten, wie gut der Schrot Wasser und Öl aufsaugen kann. Diese funktionellen Eigenschaften sind entscheidend, da sie bestimmen, wie sich die Zutat verhalten würde, wenn ein Bäcker sie in einem Laib Brot oder einer Suppe verwenden würde.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Fermentation funktionierte. Der Prozess veränderte den Schrot erfolgreich in einer Weise, die ihn nützlicher machte. Die signifikantesten Veränderungen traten auf, wenn der Schrot über längere Zeiträume fermentiert wurde. Der Proteingehalt stieg, während der Fettgehalt leicht sank. Wichtiger noch war, dass sich die Fähigkeit des Schrots, Öl zu halten, dramatisch verbesserte und im Vergleich zur unfermentierten Version um mehr als die Hälfte anstieg. Auch die Mineralien erfuhren einen Schub; die Menge an Eisen stieg um fast 30 Prozent und Zink um fast 25 Prozent. Der Schrot wurde zudem besser darin, Wasser aufzunehmen und aufzuquellen, was darauf hindeutet, dass er sich leichter in Lebensmittelprodukte einmischen ließe. Die Studie stellte jedoch fest, dass, obwohl die Gesamtmenge der gemessenen Mineralien zunahm, dies nicht automatisch bedeutet, dass der menschliche Körper sie besser aufnehmen kann, da dies von anderen Faktoren abhängt, die in diesem spezifischen Experiment nicht getestet wurden.

Durch eine sorgfältige Analyse aller Daten identifizierten die Forscher eine spezifische Gruppe von Bedingungen, die am besten funktionierten. Sie fanden heraus, dass die Fermentation des rwandischen Weizenschrots für 72 Stunden bei einer Temperatur von etwa 38 Grad Celsius mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 56 Prozent die höchste Gesamverbesserung lieferte. Als sie diese exakte Kombination in einem separaten Experiment testeten, entsprachen die Ergebnisse fast perfekt ihren Vorhersagen, mit nur winzigen Unterschieden zwischen dem Erwarteten und dem Gemessenen. Dies deutet darauf hin, dass die Methode zuverlässig und reproduzierbar ist. Die Studie zeigte auch, dass die Zeit der mächtigste Faktor war; die Verlängerung der Fermentation auf 72 Stunden machte einen größeren Unterschied als das bloße Anpassen von Temperatur oder Feuchtigkeitswerten allein.

Obwohl die Ergebnisse vielversprechend sind, sind die Forscher vorsichtig damit, ihre Ergebnisse als einen erfolgreichen Ausgangspunkt und nicht als eine endgültige Lösung für die gesamte Lebensmittelindustrie darzustellen. Die optimale Zeit von 72 Stunden lag ganz an der Grenze dessen, was sie getestet hatten, was bedeutet, dass durch noch längere Fermentationszeiten möglicherweise noch bessere Ergebnisse erzielt werden könnten, was jedoch noch abzuwarten bleibt. Darüber hinaus konzentrierte sich die Studie auf die Gesamtmenge der vorhandenen Nährstoffe, nicht darauf, wie gut ein Mensch sie tatsächlich verwerten kann. Bevor dieser fermentierte Schrot in kommerziellen Lebensmittelprodukten weit verbreitet werden kann, ist weitere Arbeit nötig, um zu prüfen, wie er schmeckt, wie lange er frisch bleibt und ob er dem Menschen tatsächlich einen ernährungsphysiologischen Nutzen bringt. Dennoch zeigt diese Arbeit, dass mit dem richtigen bakteriellen Partner und den richtigen Bedingungen ein gewöhnliches landwirtschaftliches Nebenprodukt in eine nährstoffreiche Zutat mit echtem Potenzial für das lokale Ernährungssystem verwandelt werden kann.