ยกระดับการผลิตเครื่องดื่มหมักไร้แอลกอฮอล์ด้วยหัวเชื้อจุลินทรีย์ที่ถูกออกแบบเฉพาะ Enhancing the Production of Non-alcoholic Fermented Beverages with a Tailor-made Microbial Consortium

By:   ยุทธนา กิ่งชา
Yutthana Kingcha
Functional Ingredients and Food Innovation Research Group
National Center for Genetic Engineering and Biotechnology (BIOTEC)
National Science and Technology Development Agency (NSTDA)
yutthana@biotec.or.th

‘กลไกของจุลินทรีย์ที่ออกแบบมาเฉพาะ’ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตเครื่องดื่มหมักชนิดไร้แอลกอฮอล์

     ความสำเร็จของการใช้งานกลุ่มจุลินทรีย์ที่ออกแบบมาเฉพาะเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในกระบวนการผลิต NAFBs ขึ้นอยู่กับความสามารถของการทำงานร่วมกัน (Synergistic interactions) ระหว่างจุลินทรีย์ต่างๆ เป็นหลัก โดยกลไกปฏิสัมพันธ์ร่วมระหว่างจุลินทรีย์สามารถแบ่งออกได้ 3 รูปแบบหลัก ได้แก่ การมีปฏิสัมพันธ์ร่วมในกระบวนการทางเมแทบอลิซึม (Metabolic cooperation) ซึ่งจุลินทรีย์ต่างๆ สามารถเสริมการทำงานของเส้นทางเมแทบอลิซึม (Metabolic pathway) ของกันและกัน จึงทำให้เกิดการใช้สารตั้งต้นที่มีประสิทธิภาพและผลิตสารเมตาบอไลต์ที่ต้องการได้ดีขึ้น ยกตัวอย่างเช่น เชื้อแบคทีเรีย Lactobacillus spp. สามารถผลิตกรดแลคติกซึ่งจะถูกนำไปใช้โดยยีสต์ Saccharomyces spp. ในกระบวนการผลิตเอทานอล ส่งผลให้รสชาติโดยรวมของผลิตภัณฑ์ดีขึ้น กลไกต่อมาซึ่งเกี่ยวข้องกับความสามารถในการแข่งขันระหว่างสายพันธุ์ (Competitive exclusion) โดยจุลินทรีย์บางชนิดสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์อื่นๆ ที่ทำให้เกิดการเน่าเสียหรือเชื้อโรค ผ่านการผลิตสารประกอบต้านจุลชีพต่างๆ เช่น แบคเทอริโอซิน (Bacteriocins) กรดอินทรีย์ และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) ซึ่งช่วยให้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายมีความปลอดภัยและมีเสถียรภาพมากขึ้น กลไกสุดท้าย คือการปรับและตอบสนองต่อสัญญาณ (Signal modulation) ซึ่งจุลินทรีย์ต่างๆ สามารถสื่อสารกันผ่านการรับรู้ความหนาแน่นของประชากร (Quorum sensing) ซึ่งกระบวนการดังกล่าวเป็นตัวควบคุมการแสดงออกของยีนและกิจกรรมทางเมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์ที่อาจนำไปสู่การผลิตสารให้กลิ่นรส เอนไซม์ และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพต่างๆ ได้

‘Mechanism of Tailor-made Microbial Consortium’ to Improve the Effectiveness of NAFB Production

     To enhance the manufacturing processes of NAFBs, the effectiveness of using a tailor-made microbial consortium hinges on the synergistic interactions between microorganisms. These interactions are categorized into three main types: metabolic cooperation, competitive exclusion, and signal modulation. In metabolic cooperation, microbes collaborate to enhance metabolic pathways, produce beneficial starter substances, and efficiently generate desired metabolites. For instance, Lactobacillus spp. can produce lactic acid, utilized by Saccharomyces spp. to produce ethanol, enhancing flavor profiles. Competitive exclusion involves certain microbes producing antagonistic substances like bacteriocins or organic acids to inhibit the growth of spoilage-inducing microorganisms, thereby enhancing product safety and stability. Lastly, signal modulation facilitates microbial communication through quorum sensing, regulating gene expressions and metabolic activities to potentially yield diverse flavors, enzymes, and bioactive compounds. These mechanisms collectively optimize the production and quality of NAFBs.