Оригинал статьи.

Кодзи у нас в крови. Это основа многих наших экспериментов с ферментацией, фундаментальная основа нашего стремления к разнообразию ароматов и вкусу умами. Этот пост – обзор истории Кодзи в разрезе культуры и эволюции, а так же описание нашей техники производства Кодзи в лаборатории.

Основы.

Кодзи (kōji в японском, qu в китайском, nurukgyun в корейском) это грибковая культура, получаемая выращиванием нескольких видов грибка на приготовленных зёрнах или бобовых в тёплом, влажном месте. (Shurtleff & Aoyagi 2012) Плесень Кодзи производит множество энзимов, в том числе амилазы, протеазы, липазы и таниназы, которые разбивают (гидролизируют) макромолекулы, такие как крахмалы, протеины и жиры, на составляющие, такие как декстрин, глюкоза, пептиды, амнокислоты и цепочки жирных кислот. (Chen et al. 2008) Эти более простые субстраты создают питательную среду для культур дрожжей и бактерий на последующих стадиях ферментации. (Mheen 1972) Эти культуры представляют из себя древние технологии производства разнообразных ферментированных пищевых продуктов, в том числе соевых соусов, мисо, квашенных чёрных соевых бобов и зерновых вин вроде саке, амазаке и ли. (Shurtleff & Aoyagi 2012) Самый часто попадающийся при производстве Кодзи микроорганизм это грибок Aspergillus oryzae, но встречаются и другие, например A. sojae, A. usami, A. awamori, A. kawachii, Rhizopus spp., Monascus spp., Mucor spp. и Absidia spp. (Murooka & Yamshita 2008; Chen et al 2008).

В Восточной Азии существует множество методов производства Кодзи или Кю, использующих различные микрооорганизмы, дикие или искусственно “зараженные” источники, смешанные или чистые культуры и множество различных субстратов. Это разнообразие делает построение связей между различными аналогами невероятно сложной задачей. К примеру, английский термин koji обозначает всех возможных членов семейства зерновых сахарифицирующих ферментаций, включающий A. oryzae и родственные организмы, хотя в японском слово kōji относится исключительно к подмножеству более обширной группы так или иначе связанных аналогичных культур. Корейский nuruk, к примеру, используется для производства рисового вина, тогда как при помощи meju ферментируются продукты с высоким содержанием белка. Китайское qu покрывает широчайший пласт ферментаций, включающих такие субстраты как рис, сорго, пшеница, ячмень, горох и соя, разнообразные виды микробов семейств Rhizopus spp., Monascus spp., Mucor spp. и Absidia spp. и всевозможных техник таких как смешивание культур, использование разнообразных диких источников микробов, а так же изготовление qu в рыхлом виде или в виде различных спрессованных форм. (Chen et al 2008) Разнообразие так же распределено по различным географическим регионам. Мы обычно используем японское слово Кодзи в отношении более широкого класса зерновых сахарифицирующих ферментаций, использующих A. oryzae, помня при этом о множестве как разнообразных традиций, так и слов для их описания. В этом решении мы опираемся в основном на историю появления концепции и слова в английском языке из японского, а так же на то, что наш процесс изготовления Кодзи начался с заинтересованности в исследовании Японских традиций ферментации, хотя с тех пор мы и начали исследовать так же Корейские и Китайские техники.

В качестве примера приведём несколько разных способов приготовления кю:

Гонг кю – так же известен как “красный дрожжевой рис” или “красный квашенный рис”, ферментируется при помощи Monascus spp. в свободной, рассыпчатой форме

Ксяо кю – из южного Китая, делается из риса и рисовой мякины, ферментируется при помощи Rhizopus spp., прессуется в форме яйца

Май кю – из северного Китая, делается из пшеницы, ферментируется с помошью Aspergillus spp., прессуется в бруски

Да кю – происходит из Май кю, делается из ячменя, пшеницы и гороха, ферментируется Mucor spp. и Rhizopus spp., прессуется в бруски

Да кю с красным центром – ферментируется Mucor spp. и Absidia spp. (доминантные) Rhizopus spp. и Aspergillus spp. (менее доминантные) и Monascus spp. (меньшенство), используется в особенности при производстве выдержанного уксуса Шанкси (Shanxi)

Фу кю – более современный вид, делается из пшеничных отрубей, которые ферментируются чистой культурой Aspergillus oryzae

Вне зависимости от разнообразия форм, твердотельная культивация A. oryzae, похоже, является основой выделения гидролитических энзимов, которые ответственны за распад макромолекул в традиционных ферментированных продуктах. (Machida et al. 2008)

В большинстве японских рецептов соевых соусов используется обжаренная пшеница и обезжиренная соевая паста в качестве субстратов для Кодзи, тогда как большинство Китайских способов приготовления Кю подразумевают цельные соевые бобы. Для более подробной информации о производстве соевых соусов смотрите наш предыдущий пост о Yellow Pea Chiang Yu.
Некоторые способы производства спор Кодзи (тане-кодзи или кодзи-кин) в Японии предполагают замешивание пепла (томо кодзи, дословно “друг кодзи”) в приготовленный рис для создания благотворных условий для грибка Кодзи за счёт повышения pH и добавления определённых минералов, таких как магний, фосфор и калий, которые помогают ускорить производство спор и увеличить их выносливость, а заодно обезвреживает некоторые заразители. Лучший пепел делают из камелии, затем дзельквы (Zelkova serrata) и дуба (Akita Konno).

Многие европейцы называли и продолжают называть Кодзи “солодом”, по крайней мере начиная с 19го века. Это можно понять, учитывая схожесть роли Кодзи в производстве зерновых вин с функцией солода в процессе производства пива, а именно выделение ферментируемых сахаров. Кодзи и солод так же схожи на более общем химическом уровне, поскольку оба сахарифицируют крахмалы в сахара при помощи энзимов. Ключевая разница, однако, заключается в том, что Кодзи использует энзимы, являющиеся результатом метаболизма живых грибков, тогда как производство солода включает проращивание зерна и использование энзимов, сопутствующих проращиванию, после чего энзимная активность останавливается обжариванием. Мы пробовали использовать свежий Кодзи в качестве зашпары для пива со спорным успехом, а вот обжаренный Кодзи оказался гораздо более многообещающим.

В нашей лаборатории мы выращивали Кодзи на самых разнообразных субстратах, включая перловку, такие древние сорта ячменя как nøgen byg, гречку, рожь, киноа и другие марьевые (лебеда и т.д.), семечки подсолнуха, различные бобы и многое другое. Нашим любимчиком стала перловка – это то, что мы используем чаще всего и что мы лучше всего знаем.

Короткая история Кодзи.

300 г. до н.э. – в Zhouli (‘Rites of the Zhou dynasty’), Китай – первое письменное упоминание кю. Первая концептуальная основа для построения связи между соевыми соусами, мисо, квашенными чёрными соевыми бобами и зерновыми винами вроде саке и ли (Китайский предок Японского амазаке) и другими продуктами на основе Кодзи.

90 г. до н.э. – в Shiji (‘Records of the Historian’), от Сима Куана, Китай – указания, что ферментированные чёрные соевые бобы и кю уже стали к тому моменту важными товарами общественного потребления в экономике Китая.

100 г. н. э. – в Liji (‘Book of rites’), Китай – древнейшее из известных описание того, как зерновые вина делались из рисового Кодзи.

121 г. н. э. – в Shuowen Jiezi (‘Analytical Dictionary of Characters’), Китай – первое известное упоминание письменного символа для кю/кодзи, состоящее из верхнего штриха иероглифа “бамбук” (竹) поверх символа “хризантема” (菊). Этимология этого символа происходит из идеи, что кю мог появиться когда готовый рис оставили в бамбуковой корзинке на открытом воздухе, которая со временем приобрела желтый цвет хризантемы.

Современный символ кодзи/кю в Китайском и Японском – 麹.

544 г. н. э. – в Qimin Yaoshu (‘Important Arts for the People’s Welfare’), by Jian Sixie, Китай – первое известное подробное описание процесса изготовления кю. Включает девять типов кю и 37 типов зернового вина.

725 г. н. э. – в Harima no Kuni Fudoki (‘Geography and Culture of Harima province’), Япония – первое известное письменное упоминание Кодзи за пределами Китая. Делался с использованием летучих грибков.

965 г. н. э. – в Qing Yilu (‘Anecdotes, simple and exotic’), by Tao Ku, Китай – первое известное упоминание гонг кю или красного риса кю. Включает рецепт красной запечённой баранины, в том числе проваривание баранины с красным рисовым Кодзи.

1603 – в Vocabulario da Lingoa de Iapam (“Словарь Японского Языка”), Португалия – Японско-Португальский словарь для иезуитских миссионеров в Нагасаки. Включает словарные статьи о: Côji [Кодзи], дрожжах [sic], используемых в Японии для изготовления саке или смешивания с другими продуктами; Amazaqe [Амазаке], пузырящейся забродивщей жидкости, которая пока не стала саке (сладкое саке).

Это старейший известный документ на европейском языке, упоминающий Кодзи и амазаке.

1712 – в Amoenitatum exoticarum politico-physico-medicarum (“Экзотические новинки, политические, физические, медицинские”) от Энгельберта Кэмпфера – Кэмпфер путешествовал по Японии с сентября 1690-го по ноябрь 1692 и упоминает Кодзи, или как он его называет, “коос”, как часть процесса изготовления мисо.

1766 – Сэмьюэл Боуэн, американец, начинает производить, продавать и экспортировать соевый соус китайского типа в городе Тандерболт, штат Джорджия, основываясь на технике, которую он изучил в Китае. Боуэн был первым, кто завёз соевые бобы в Северную Америку. (Hymowitz & Harlan 1983)

1779 – в Энциклопедии Британике, 2е издание – в словарной статье “Долихос” упоминается “коос” (по стопам Кэмпфера).

1818 – в Записках о Путешествии к Великим Островам Лу-Чу [Рьюкью или Окинава], Базиль Холл – “… сваренные вкрутую яйца, нарезанные кусочками, внешняя сторона белка окрашена в красный цвет”. Эта краснота была, скорее всего, результатом помещения очищенных яиц в красный рис Кодзи, известный в Японии как бени-кодзи.

1867 – в Словаре Японского и Английского Языков, Джеймс Си. Хэпбёрн – первое письменное появление кодзи, который называют “солодом”.

10 марта 1878 – в Koji no setsu (“История Кодзи”), опубликованной на японском в Tokyo Iji Shinshi (“Медицинский Журнал Токио”), Х. Альбург и Шинносуке Матсубара – первая статья в научном журнале, упоминающая латинскую классификацию грибка Кодзи. Альбург назвал грибок Eurotium oryzae, впоследствии он был переименован в Aspergillus oryzae Коэном в 1884. Японские учёные с большой скоростью начинают применять западную микробиологию.

12 сентября 1878 – в Пивоварение в Японии, Р.В. Аткинсон, британский профессор в Университете Токио, опубликована в журнале Nature (Лондон) – самый ранний документ на английском языке, упоминающий “танэ” (споры кодзи) и “томо кодзи” (древесный пепел).

1 мая 1881 – Р.В. Аткинсон отчётливо разделяет Кодзи и солод и настаивает на использовании японского слова в английском языке “во избежание неверного впечатления”.

20 февраля 1891 – первая заметка (в Чикаго Дэли Трибьюн) о Дзокиши Такамине, японском химике, проживавшем в Чикаго, который разработал метод использования Кодзи вместо солода при производстве виски, добившись тем самым повышения эффективности на 12-15%.

23 февраля 1894 – Такамине подаёт заявку на патент на “Така-Диастазу”, ныне известную как амилаза, производимая при помощи Aspergillus oryzae. Это первый патент на микробиальный энзим в США.

Июль 1895 – Такамине подписывает соглашение с компанией Парк, Дейвис и Ко. из Детройта, штат Мичиган, о производстве и поставках на рынок Така-Диастазы в промышленных масштабах. Это первый известный пример коммерческого производства энзима в Северной Америке.

1897 – Ямамори Джозо-шо из города Сан-Хосе, Калифорния. Первая на территории США компания, производящая шойу (Японский соевый соус).

1906 – Карухоруниа Мисо Шейзо-йо (Калифорнийская Компания по Производству Мисо) в Сан-Франциско – первая компания-производитель мисо в США.

1908 – Кодама Мисо Шейзо-шо в Лос-Анджелесе – первая в США компания, начавшая производить Кодзи; Рекламировала свой продукт как “Широ Кодзи”.

1913 – Марусан Йото Широмисо в Лос-Анджелесе – первая известная компания, которая продавала и рекламировала Кодзи на английском, как “Специальный Кодзи”.

1972 – Каталог “Торговая Компания Эревон”, называющийся “Тридиционная Пища”, рекламирует импортированный из Японии Кодзи. В этот момент в Северной Америке наблюдается возобновление интереса к Кодзи на волне популярности макробиотиков, натуральных продуктов и продуктов из сои.

2004 – Профессор Эйдзи Ичишима из Университета Тохоку, Япония, предлагает в Nippon Jozo Kyokai Zasshi (“Журнал Общества Пивоваров”, Япония) сделать Aspergillus oryzae “национальным грибком” наравне с национальной птицей, цветком, деревом или животным. Предлоежние было одобрено на ежегодном собрании общества в 2006.

Стоит отметить, что в то время как поток идей (и связанных с ними властных структур) в мире, в основном, течёт в направлении с “запада” на “восток”, в случае с технологиями Кодзи знания двигались из Восточной Азии в Европу и оттуда в Северную Америку – ровно в обратном направлении.

Для более подробного описания истории Кодзи можно воспользоваться книгой 2012-го года Шурлеффа и Аойяги “История Кодзи”, доступной бесплатно онлайн.

Эволюционная история и одомашнивание.

Эволюционная история Aspergillus oryzae предоставляет интересную модель для исследования механизмов одомашнивания и их отличия, когда речь идёт о микробах, в сравнении с животными и растениями.

Ближайший родственник A. oryzae это A. flavus, два вида имеют 99.5% схожих нуклеотид в геноме. Этой разницы, однако, достаточно для того чтобы виды критически отличались метаболическими и поведенческими харакетристиками. Хотя при определённых условиях (в основном при увеличении инкубационного периода сверх стандартных для Кодзи трёх дней) некоторые подвиды A. oryzae удавалось заставить производить микотоксины такие как мальторизин, охратоксин А, а так же койевая, аспергилевая, циклопиазоновая и бета-нитропропионовая кислоты (USEPA 2012; Ciegler & Vesonder, 1987; Blumenthal 2004), грибок безопасно использовался для пищевого производства веками, относится к безопасным Администрацией по Еде и Лекарствам США (FDA GRAS) и Европейской Службой Пищевой Безопасности (EFSA QPS). Тем временм A. flavus является вредителем нескольких зерновых и производит афлатоксин, другой микотоксин, один из наиболее сильных естественных канцерогенов.

В исследовании 2012-го года, Гиббонс и другие сравнили последовательности геномов четырнадцати географически и индустриально различных штаммов A. oryzae и A. flavus чтобы узнать больше о “родословной” flavus-oryzae и “функциональных изменениях, связанных с одомашниванием микробов, и влиянии процесса на вариации в геномах”. Во-первых, они обнаружили, что нуклеотидный разброс геномов семейства A. oryzae составляет всего 25% от разброса семейства A. flavus. Этот результат, совмещённый со знанием о монофилийности A. oryzae, указывает на то, что все штаммы A. oryzae происходят от одного одомашнивания, т.е. от единого общего предка. Более того, два изолированных штамма A. flavus показали большую близость к A. oryzae, чем остальные, наводя на мысль, что A. oryzae не просто произошел от A. flavus, но от определённого атоксичного вида A. flavus. Некоторые штаммы A. flavus и правда бывают атоксичны, так что такая теория происхождения кажется правдоподобной.

Некоторые из возможных правил отбора для A. oryzae иллюстрируются взаимоотношением между Кодзи и производством саке. Афлатоксин токсичен для Saccharomyces cerevisiae, основного типа дрожжей, участвующих в ферментации саке и других зерновых вин, что означает, что эволюция атоксичного A. oryzae и/или его атоксичного предка A. flavus могла быть спровоцирована, в том числе, и их влиянием на выживание дрожжей (Gibbons et al. 2012). Другими словами, то, что сахарификационная и алкогольная ферментации в процессе производства саке происходят параллельно, означает что менее токсичные сахарифицирующие грибки позволяют культуре дрожжей, ферментирующих в алкоголь, стать более сильной, улучшая производство саке и приводя к уроням алкоголя в 18-20% по объёму – высочайший из задокументированных уровень алкоголя в недистиллированном напитке (Murooka & Yamshita 2008). Тот факт, что люди любят крепкий алкоголь, вероятно напрямую отобрал нетоксичные штаммы сахарифицирующего грибка, приведя к технологии со множеством применений помимо непосредственно ферментации алкоголя.

В итоге из этого и других схожих исследований складывается картина одомашнивания микробов, ясно отличающегося от большинства животных и растений: в то время как одомашнивание большинства растений и животных достигалось через “генетические манипуляции” факторов роста и морфологии, одомашнивание некоторых микробов, в том числе A. oryzae, шло по пути реструктуризации метаболизма (Gibbons et al. 2012).

Производство Кодзи.

Пришло время сделать немного Кодзи.

Этот рецепт имеет выход в 1450 г. готового Кодзи из 1 кг. сухой перловки.

Понадобятся:

1 кг. сухой перловки или другого зерна (стоит помнить, что, в производстве саке, чем более полированные зёрна риса использовлаись, тем дороже стоит итоговый саке)

Вода, достаточно для замачивания

Приблизительно 30 г. кодзи-кин/ тане-кодзи/ спор Кодзи

Термомикс или мощный блендер или ступка и пестик (в нашем случае худший вариант)

Пароварка, или что-нибудь в чём можно готовить на пару, или рисоврка, или мультиварка, или кастрюля кипящей воды (как крайняя мера)

Санитайзер для рук

Латексные перчатки

Гастроёмкость или другая похожая ёмкость

Чистая тряпка, которая сможет накрыть ёмкость

Камера Кодзи (мы используем вертикальный холодильник, который мы выключили и снабдили подогревом и темепратурным датчиком, подключёнными к PID-контроллеру – по сути какое-то место, которое способно поддерживать температуру в 30˚C и сохранять влажность, а так же имеет место для движения воздуха. Подробней о создании такого устройства можно прочитать в нашем посте “Самоделка”).
Замочите перловку на ночь.

Следующим утром включите Камеру Кодзи на 30˚C.

Пропаривайте перловку при 100˚C в течение 90 минут в перфорированной гастроёмкости.

Пока перловка остывает, измельчите кодзи-кин в мелкую пыль (из рассчёта 20 гр. кодзи-кин на 1 кг. готовой перловки)

Как только перловка достигла кофортной температуры, дезинфецируйте руки, наденьте перчатки и внимательно разбейте все комки до последнего. Раскидайте перловку в стандартые гастроёмкости слоем в 2 см.

Подготовьте тёплую, влажную, выжатую тряпочку чтобы накрыть Кодзи.

Когда перловка достигла 35˚C, внесите измельчённый кодзи-кин и перемешайте так, чтобы каждоё зёрнышко осталось покрытым. Разравняйте перловку и накройте влажной тряпочкой.

Поставьте ёмкость в Камеру Кодзи (время Т+0). Заполняйте камеру сверху вниз, чтобы использовать тепло максимально эффективно. Перловка должна оставаться в районе 30˚C и не сильно выше. Поместите температурный датчик внутрь перловки чтобы следить за внутренней температурой – критически важно не дать зерну перегреться. Делайте это с верхней ёмкостью, так как она будет самой тёплой. Закройте дверцу.

При Т+18ч выньте ёмкость и перверните Кодзи, перемешивая для насыщения кислородом и чтобы гарантировать равномерное распределение спор. Перловка должна начать пахнуть фруктово и ароматно. Снова намочите тряпку, накройте ёмкость и верните в Камеру. Поместите датчик температуры обратно в верхнюю ёмкость. Закройте дверь. Внимательно следите за температурой следующие 18 часов – она должна оставаться между 25˚C и 30˚C чтобы избежать денатурации пептидаз, и однозначно не выше 38˚C, при которых грибок погибнет.

При Т+24 перемешайте Кодзи ещё раз. В этот раз прокопайте руками две канавки в длину – канавки должны быть как можно глубже, но дно ёмкости видно быть не должно. Верните ёмкость в Камеру, накрыв заново влажной тряпкой. Верните термопробу в верхнюю ёмкость. В этот раз оставьте дверь слегка приоткрытой чтобы избежать перегрева.

При Т+30ч в последний раз перемешайте Кодзи, опять оставив канавки. Слегка намочите тряпочку снова (к этому моменту влажность в Камере должна быть около 95%) и верните Кодзи в Камеру. Термодатчик в верхнюю ёмкость, дверь слегка открыта.

При Т+36ч мицелий A. oryzae проник в зёрна и они должны быть слипшимися как губкообразный белый торт.

Для дальнейшей ферментации Кодзи стоит использовать пока он ещё белый. Для сохранения Кодзи в виде кодзи-кин, дайте A. oryzae продолжать развиваться пока он не даст споры и не станет зелёным. Как только он станет зелёным, разберите его и медленно высушите в тёплом сухом месте. Как только Кодзи высох, сохраните его и используйте для последующего приготовления Кодзи.

Удачной ферментации!

Работа над ошибками:

Если Кодзи стал липким и пахнет аммиаком как скисшие бананы, значит A. oryzae, вероятно, был убит температурой и субстрат захватил Bacillus subtilis – бактерия, которую можно найти в некоторых кислотных ферментациях. По этой причине натто липкий и аммиачный. Выбросите всё и в следующий раз следите за тем, чтобы зёрна в самом центре оставались в районе 30˚. В зависимости от вашего оборудования, может понадобится некоторе количество проб и экспериментов.

 

Референсы.

Akita Konno Co., Ltd. “Outline of Koji and Yeast Stater [sic] producing process”. Japan. 17 Dec 2013. <http://www.akita-konno.co.jp/en/dekirumade/index.html>.

“Aspergillus oryzae”. Wikipedia. Sept 3 2013. Nov 24 2013. <en.wikipedia.org/wiki/Aspergillus_oryzae>.

“Aspergillus oryzae Final Risk Assessment”. Biotechnology Program under the Toxic Substances Control Act (TSCA), United States Environmental Protection Agency. 27 Sept 2012. 23 Dec 2013. <http://www.epa.gov/biotech_rule/pubs/fra/fra007.htm>.

Chen, Fusheng et al. “Cereal Vinegars Made by Solid-State Fermentation in China”. . 2008.

Gibbons, John et al. “The Evolutionary Imprint of Domestication on Genome Variation and Function of the Filamentous Fungus Aspergillus oryzae”. Current Biology. 22: 1403-1409 (2012).

Glenn, Dianne and Rogers, Peter. “Industrialization of Indigenous Fermented Food Processes: Biotechnological Aspects”.

Hammes, Walter et al. “Microbial ecology of cereal fermentations”. Trends in Food Science & Technology. 16: 4-11 (2005).

Hui, Y. H. et al. Handbook of Food and Beverage Fermentation Technology. New York: Marcel Dekker Inc., 2004.

Machida, Masayuki et al. “Genome sequencing and analysis of Aspergillus oryzae”. Nature. 438: 1157-1161 (2005).

Machida, Masayuki et al. “Genomics of Aspergillus oryzae: Learning from the History of Koji Mold and Exploration of Its Future”. DNA Research. 15: 173-183 (2008).

Mheen, T I (1972). Korean fermented foods. Selected paper from the UNESCO Work Study on Waste Recovery by Microorganisms, University of Malaya, Kuala Lumpur, Malaysia.

Murooka, Yoshikatsu and Yamshita, Mitsuo. “Traditional healthful fermented products of Japan”. Journal of Industrial Microbial Biotechnology. 35: 791-798 (2008).

Nielsen, Dennis et al. “Mixed microbial Fermentations and methodologies for their investigation”. Unpublished.

Shurtleff, William and Aoyagi, Akiko. History of Koji – Grains and/or soybeans enrobed with a mold culture (300BCE to 2012). USA: Soyinfo Center, 2012. 17 July 2013. 17 Dec 2013. <http://www.soyinfocenter.com/pdf/154/Koji.pdf>.

Tzean, SS et al. “Aspergillus oryzae var. effusus”. BCRC. Taiwan: Gifu University, 1990. Nov 24 2013. <http://www.bcrc.firdi.org.tw/fungi/fungal_detail.jsp?id=FU20080222000>.

Лицензия Creative Commons ShareAlike 4.0