В журнале Nature Microbiology опубликована статья о сообществах микроорганизмов, которые ферментируют какао-бобы. Эти микроорганизмы до сих пор оставались малоизученными, поскольку ферментация происходит естественным образом. Метагеномное секвенирование образцов с трех ферм помогло выделить минимальное сообщество микроорганизмов (пять изолятов бактерий и четыре изолята грибков), которое при ферментировании воспроизводит вкусовые качества шоколада премиум-класса.

Дерево какао (Theobroma cacao) растет в тропических лесах Центральной и Южной Америки. Его свежие плоды шоколадом не пахнут, уникальный вкус и запах создается ферментацией какао-бобов, а также последующей сушкой и обжариванием. Извлеченные из плодов какао-бобы вместе со сладким клейким покрытием оставляют в больших деревянных ящиках или корзинах. При ферментации эта масса закисляется и выделяет тепло, разрушаются клеточные стенки, образуются и высвобождаются ароматические вещества, а компонентов с горьким и терпким вкусом становится меньше. После этого бобы сушат на солнце, сортируют по качеству и отправляют на дальнейшую переработку.

Так как ферментация происходит естественным образом, без специального внесения культуры микроорганизмов, вкусовой профиль шоколада существенно зависит от местоположения фермы и других факторов. По этой же причине об участвующих в этом процессе бактериях и грибках известно немного. Исследователи из Великобритании, Колумбии и Республики Тринидад и Тобаго провели метагеномный анализ ферментированных какао-бобов с трех разных колумбийских ферм и выяснили, какие микроорганизмы вносят наибольший вклад в получение качественного шоколада.

Оказалось, что в ходе ферментации примерно через двое суток начинают доминировать бактерии семейства Acetobacteraceae и дрожжевые грибки группы Saccharomycotina. Эти изменения сопровождаются снижением рН и повышением температуры ферментированной массы. Сорта какао на всех трех фермах были генетически сходными, но при этом продукт одной из ферм отличался от двух других, имевших более сложные вкусы, что подтвердили и профессиональные дегустаторы. На этой ферме была иной динамика температуры и рН во время ферментации (температура к концу процесса снижалась, а рН повышался.)

По данным нанопорового шотган-секвенирования исследователи реконструировали геномы микроорганизмов (metagenome-assembled genomes, MAG). Они также идентифицировали десять MAG, способные поддерживать основные пути метаболизма при ферментации и обеспечивать появление ключевых метаболитов, связанных со вкусом и запахом (например, пиразиной, создающих ореховые ноты, или альдегидов с фруктовым или цветочным ароматом). Анализ методом масс-спектрометрии подтвердил наличие этих соединений.

Таким образом, исследованное сообщество микроорганизмов, ферментирующих какао-бобы, функционально избыточно с точки зрения продукции ключевых метаболитов. Авторы сформировали минимальное сообщество (пять бактериальных изолятов и четыре изолята грибков из образцов ферментации), которое по таксономии и продукции метаболитов приблизительно соответствовало десяти MAG, идентифицированных с помощью секвенирования. Порошок какао из бобов, ферментированных такой лабораторной «закваской», соответствовал характеристикам высококачественного шоколада. Этот результат подтвердили как профессиональные дегустаторы, так и анализ метаболитов.

По мнению авторов, дальнейшие исследования могут послужить отправной точкой для разработки промышленных консорциумов микроорганизмов, чтобы производить шоколад желаемого вкуса без зависимости от географических ограничений и других небиологических факторов. В дальнейшем возможно и манипулирование вкусом какао — внесение в него желаемых изменений за счет изменения состава консорциума.