Towards healthy and tasty plant-based milk alternatives : food-grade microbial fermentation for improved nutritional value and flavor perception

Abstract

Plant-based milk alternatives are often nutritionally unbalanced, and their flavor profiles limit their acceptance. In this work, mono- and co-culture fermentation processes were developed to upgrade plant milks into more healthy and tasty products. Here, chickpea milk, limited in L-lysine should be enriched in the essential amino acid by fermentation with food-grade microbes. Promising strains could be identified from more than 2,500 natural candidates based on their genomic repertoire. As an example, L. paracasei subsp. paracasei NCC 2511 and B. amyloliquefaciens NCC 156 accumulated high levels of L-lysine when grown in chickpea milk. Subsequently, a novel co-culture process was established to increase the vitamin B12 level in sunflower seed milk, a waste stream from the industrial sunflower oil production. Multi-substrate utilization strain B. amyloliquefaciens NCC 156 and vitamin B12 producing P. freudenreichii NCC 1177 emerged as perfect partners. After iterative optimization, co-fermentation of the two strains increased vitamin B12 to 17 μg (100 g)-1, 7-fold higher than the recommended daily uptake. Finally, the flavor metabolism of lactic acid bacteria during plant milk fermentation was studied. Notably, several of the food-grade approved strains delivered beneficial changes opening up the possibility of creating new flavors and diversify plant milk products.

In dieser Arbeit wurden Mono- und Co-Kultur-Fermentationsverfahren entwickelt, um Pflanzenmilch zu gesünderen und schmackhafteren Produkten aufzuwerten. Dabei sollte Kichererbsenmilch, die wenig L-Lysin enthält, durch Fermentation mit Mikroben mit der essenziellen Aminosäure angereichert werden. Aus mehr als 2.500 natürlichen, lebensmitteltauglichen Kandidaten konnten anhand ihres genomischen Repertoires vielversprechende Stämme identifiziert werden. Zum Beispiel akkumulierten L. paracasei NCC 2511 und B. amyloliquefaciens NCC 156 hohe Mengen an L-Lysin, wenn sie in Kichererbsen-Milch gezüchtet wurden. Anschließend wurde ein neuartiges Co-Kultur-Verfahren zur Erhöhung des Vitamin B12-Gehalts in Sonnenblumenkernmilch, einem Abfallprodukt der industriellen Sonnenblumenölproduktion, entwickelt. B. amyloliquefaciens NCC 156 und der Vitamin B12 produzierende P. freudenreichii NCC 1177 erwiesen sich als perfekte Kandidaten. Nach iterativer Optimierung erhöhte die Co-Fermentation der beiden Stämme den Vitamin B12-Gehalt auf 17 µg (100 g)-1, das 7-fache der empfohlenen täglichen Aufnahme. Schließlich wurde der Geschmacksstoffwechsel von Milchsäurebakterien während der Fermentation von Pflanzenmilch untersucht. Mehrere der für Lebensmittel zugelassenen Stämme führten zu vorteilhaften Veränderungen, die die Möglichkeit eröffnen, neue Geschmacksrichtungen zu entwickeln und Pflanzenmilchprodukte zu diversifizieren.