Koji – niezwykły kropidlak

Koji, czyli Aspergillus oryzae to grzyby używane powszechnie w przemyśle spożywczym. Bez nich nie byłoby pasty miso, sosu sojowego ani sake. W artykule została opisana historia koji, metoda ich hodowli, a także przykłady wykorzystania w gastronomii.

Czym są koji?

Termin koji odnosi się do kultury pleśni Aspergillus oryzae lub Monascus purpureus hodowanych na gotowanych ziarnach i / lub soi w ciepłym, wilgotnym miejscu [1].

Koji służą jako źródło enzymów, które rozkładają złożone związki chemiczne, takie jak skrobia czy białka, na prostsze – cukry proste i aminokwasy. Używane są podczas przygotowywania miso, sosu sojowego, sake, amazake i innych sfermentowanych potraw. Biała lub czerwona grzybnia, która wygląda trochę jak powierzchnia piłki tenisowej, ma zachwycający aromat przypominający zapach grzybów.

Koji można podzielić na dwa podstawowe typy, w zależności od zastosowanego gatunku pleśni:

1. Aspergillus oryzae
2. Monascus purpureus

Większość jest wytwarzana z Aspergillus oryzae. Monascus purpureus biorą udział w produkcji beni koji, czyli czerwonego ryżu koji, który jest stosowany przede wszystkim jako naturalny barwnik spożywczy oraz środek konserwujący [2].

Koji zwykle służą jako podstawa do drugiej fermentacji, w której strzępki grzyba uwalniają enzymy pomagające hydrolizować (rozkładać lub trawić) podstawowe składniki odżywcze. Enzymy odpowiedzialne są za finalny głęboki smak i aromat. Amylazy rozkładają skrobię, proteazy – białka, a lipazy – tłuszcze na odpowiednio: słodkie cukry proste, aminokwasy (np. kwas glutaminowy, który jest umami) oraz kwasy tłuszczowe [2].

Historia

Najstarsze opisy koji pochodzą z III wieku p.n.e., choć według niektórych źródeł ch’ü (chiński odpowiednik koji) były znane dużo wcześniej. Shu-Ching, chińska księga historyczna z 700 r. p.n.e. zawiera najwcześniejsze znane odniesienia do ch’ü (zboża wyhodowane w pleśni) i Chiang (mieszanina ch’ü, miąższu ryb, ptaków lub mięsa i soli) [3].

Wynalezienie koji było kamieniem milowym w chińskiej technologii żywności, ponieważ pozwalało na wytworzenie trzech głównych sfermentowanych produktów sojowych: sosu sojowego, jiang / miso i fermentowanej czarnej soi, nie wspominając o winach zbożowych (m.in. sake) i li (chiński prekursor japońskiego amazake).

Pierwsza receptura na samodzielne wykonanie koji pochodzi z 44 roku n.e. z “Qimin Yaoshu” [Ważne sztuki dla dobrobytu ludzi], autorstwa Jian Sixie. Autor szczegółowo opisuje metody wytwarzania dziewięciu różnych rodzajów koji oraz 37 rodzajów win zbożowych [3].

Japońskie koji zostało opisane w dokumencie Harima no Kuni Fudoki [Geografia i kultura prowincji Harima] z 725 roku. Według autora ​​na początku VIII wieku w Japonii koji wytwarzano przy użyciu unoszących się w powietrzu pleśni [3].

Koji z czerwonego ryżu, wytwarzane przez Monascus purpureus zostało stworzone dużo później. Pierwszy przepis, jagnięcina pieczona w garnku, w którym mięso duszone jest z czerwonym ryżem koji, pochodzi z Qing Yilu [Anegdotes, Simple and Exotic] ​​autorstwa Tao Ku z 965 roku [3].

Z kolei najstarsza europejska wzmianka o koji pochodzi z Vocabulario da lingoa de Iapam, com a declaraçáo em Portugues, feito por alguns padres, eirmaós da Companhia de Iesu, słownika japońsko-portugalskiego, opracowanego przez jezuickich misjonarzy w Nagasaki w Japonii. W słowniku znajduje się hasło Côji: “Côji [Koji], drożdże [sic] używane w Japonii do produkcji sake lub mieszane z innymi rzeczami.”

Charakterystyka Aspergillus oryzae

Aspergillus oryzae to odmiana kropidlaka żółtego (Aspergillus flavus), grzyba z rodziny Trichocomaceae. Cechą charakterystyczną dla kropidlaków jest to, że rozmnażają się za pomocą zarodników tworzących się na trzoneczkach, nadając im kształt kropidła. Ze względu na szerokie zastosowanie w żywności w kulturze japońskiej, m.in. do produkcji miso, sosu sojowego i sake, A. oryzae został uznany za narodowy mikroorganizm Japonii (Koku-kin) przez Brewing Society of Japan w 2006 roku [4,5].

Strzępki A. oryzae składają się z wielu cienkich komórek podzielonych przegrodami. Por znajdujący się w środku przegrody umożliwia przepływ cytoplazmatyczny między komórkami. Chociaż pozwala to komunikację, sąsiednie komórki są podatne na uszkodzenie lub śmierć, gdy nawet jedna komórka jest uszkodzona. Aby zapobiec takim uszkodzeniom, w pobliżu przegrody grzybów nitkowatych, w tym A. oryzae, istnieje specyficzna organella zwana ciałem Woronina, która służy do zatykania porów przegrody w odpowiedzi na uszkodzenie komórek [5].

A. oryzae został uznany za modelowego grzyba nitkowatego w badaniach genomicznych, co oznacza, że stanowi podstawę teoretyczną do badań genomiki funkcjonalnej, mechanizmu regulacji ekspresji i ewolucji [6].

W 2005 r. Japońscy naukowcy dokonali sekwencjonowania genomu A. oryzae przy użyciu sekwencjonowania WGS (whole – genome shotgun). Genom miał wielkość 37 Mb i zawierał osiem chromosomów składających się z 12074 genów kodujących białka o długości większej niż 100 reszt aminokwasowych. W porównaniu do Aspergillus fumigatus i Aspergillus nidulans, A. oryzae miał odpowiednio o około 34% i 29% większe rozmiary genomu. Unikalne geny dotyczyły głównie hydrolaz wydzielniczych, odpowiedzi na stres, a także metabolizmu pierwotnego i wtórnego. [7].

Ze względu na obecność różnych enzymów, A. oryzae cechuje duża zdolność do degradacji różnych materiałów. Dzięki amylazie skrobia zostaje rozłożona na cukry proste, nadające słodki smak finalnemu produktowi, np. amazake. Proteazy przekształcają białka na aminokwasy, wśród których niektóre np. kwas glutaminowy i kwas asparaginowy są odpowiedzialne za głęboki smak umami np. pasty miso czy sosu sojowego. W badaniu Seo i wsp. wykazano, że podczas fermentacji A. oryzae wytwarzał związki aromatyczne słodowe (2-metylopropanal, 2-metylobutanal, 3-metylobutanal) i związki słodkiego smaku (cukry proste i maltol) [8,9]

Hodowanie koji

Koji można wyhodować w domu na ugotowanych ziarnach np. jęczmienia lub pszenicy albo soi. Potrzebny jest inkubator, utrzymujący temperaturę 42^oC i wilgotność 70-75%. Tradycyjnie w Japonii koji hoduje się w specjalnym pomieszczeniu nazywanym koji muro. W pokoju są porozkładane cedrowe płytkie tace z ziarnami i koji. Cedr ma własny smak, a także właściwości przeciwdrobnoustrojowe, które ułatwiają wzrost A. oryzae, pomagając wykluczyć inne konkurencyjne drobnoustroje. Tacki nigdy nie są myte.

Przepis na koji na jęczmieniu [10]:

Składniki:

• 500 g kaszy jęczmiennej pęczak
• Koji tane (starter zawierający spory A. oryzae)

Przygotowanie:

1. Wypłukać kaszę jęczmienną i zostawić do namoczenia na 4h.
2. Ugotować ziarna na parze do miękkości, ok. 20-30 min.
3. Schłodzić ugotowany jęczmień do ok. 30^oC.
4. Wymieszać kaszę z koji tane (starterem).
5. Odstawić w miejsce, w którym panuje stała temperatura 42^oC i wilgotność 70-75%.
6. Po 24 h przemieszać, aby równomiernie rozprowadzić ciepło.
7. Po kolejnych 18-24 h ugotowany jęczmień jest obrośnięty przez białą pleśń A. oryzae.  

Zastosowanie koji 

1. Miso

Miso to tradycyjna gęsta pasta japońska, produkowana ze sfermentowanej soi, najczęściej z dodatkiem ryżu lub jęczmienia, soli oraz koji [11].

Używana jest do sosów, past do smarowania, marynowania i kiszenia warzyw. W połączeniu z suszonym tuńczykiem katsuobushi i glonami kombu stanowi miso shiro, czyli podstawę zupy miso.

2. Sos sojowy

Sos sojowy to podstawowa przyprawa w kuchni azjatyckiej, nadająca potrawom smak umami. Aby go wytworzyć, soję i prażoną pszenicę miesza się razem i zaszczepia pleśnią grzybów Aspergillus. Po 3-4 dniach mieszaninę łączy się z wodą i solą, aby uzyskać gęstą papkę. Zacier jest następnie umieszczany w dużych kadziach i poddawany fermentacji, tradycyjnie przez 18 miesięcy lub dłużej, a następnie odcedzany i butelkowany [12].

Sosy sojowe mogą być w stylu chińskim lub japońskim. Sosy sojowe w stylu chińskim tradycyjnie są wytwarzane w 100% z soi, podczas gdy sosy sojowe w stylu japońskim (Shoyu) są wytwarzane z mieszanki soi i pszenicy (zwykle 50/50). Dzięki temu japońskie sosy mają słodszy, bardziej zbalansowany smak niż ich chińskie odpowiedniki, które są zwykle bardziej słone i bardziej agresywne.

Tamari to produkt podobny do sosu sojowego, który powstał podczas wytwarzania miso. Klasycznie jest wytwarzany wyłącznie z ziaren soi (bez pszenicy), koji i wody, dzięki czemu jest bardziej podobny w smaku do sosu sojowego w stylu chińskim.

3. Sake

Sake to tradycyjny japoński napój alkoholowy z tradycją trwającą ponad 1300 lat [13]. Do produkcji sake używa się koji, moto, ryżu i wody. Moto to starter fermentacyjny, wytwarzany z Aspergillus oryzae, zmieniających skrobię w cukry proste i Saccharomyces cerevisiae, które przekształcają cukry w etanol. Sake najczęściej zawiera 13-17% alkoholu. Jest powszechnie wykorzystywane w Japonii jako napój oraz do przygotowywania potraw. 

4. Shōchū

Shōchū to japoński napój destylowany zawierający mniej niż 45% alkoholu (zwykle 25%). Może być destylowany z ryżu (kome), jęczmienia (mugi), słodkich ziemniaków (satsuma-imo), gryki (soba), a także brązowego cukru (kokutō). Istnieje wiele rodzajów Shōchū. Najczęściej dzieli się go na shōchū kōrui (powstały w wyniku wielokrotnej destylacji) oraz shōchū otsurui (powstałe w pojedynczej destylacji ziaren, cukru lub ziemniaków hodowanych z koji). Do produkcji shochu wykorzystywane są trzy odmiany pleśni koji o różnych cechach, mających ostateczny wpływ na smak trunku:

• Żółty kōji (Asperigillus oryzae) – niezwykle wrażliwy na temperaturę; daje bogaty, owocowy orzeźwiający smak.
• Czarny kōji (Aspergillus awamori / A. luchuensis) – wyhodowany w 1901 roku w Tokio; wytwarza dużo kwasu cytrynowego; najskuteczniej wydobywa smak i charakter składników bazowych, nadając shōchū bogaty aromat o lekko słodkim, łagodnym smaku. 
• Biały kōji (Asperigillus kawachii) – odkryty jako mutacja czarnego kōji przez Genichirō Kawachi w 1923 roku; łatwy w uprawie, a zawarte w nim enzymy sprzyjają szybkiemu scukrzaniu; daje napój o orzeźwiającym, delikatnym, słodkim smaku [14].

5. Mirin

Mirin to słodka, płynna japońska przyprawa o zawartości alkoholu 14%, uzyskiwana w wyniku zmieszania ryżu sfermentowanego przy pomocy Aspergillus oryzae z wódką ryżową shōchū [14]. Stanowi składnik marynaty teriyaki.

6. Amazake 

Amazake to tradycyjny japoński słodki, niskoalkoholowy napój [15]. Przygotowywany jest z ryżu oraz koji. Głównym źródłem słodyczy jest glukoza pochodząca ze skrobi ryżowej po strawieniu enzymami Aspergillus oryzae podczas procesu scukrzania. 

Według tradycyjnej receptury do lekko ciepłego, ugotowanego ryżu dodaje się koji [16]. Mieszaninę należy odstawić na 2 dni w temperaturze 65^oC. Zwykle amazake serwowane jest jako deser lub napój.

7. Tera natto

Tera natto to pikantna fermentowana czarna soja, mająca podobny smak do czerwonego miso [17]. Do jej produkcji wykorzystuje się pleśń koji, potem dodaje się sól, a następnie mieszaninę odstawia się na proces fermentacji, który trwa około 6 miesięcy. Finalny produkt jest słony i ma ciemny kolor. Może być spożywany jako element posiłku, na ugotowanym ryżu, a także dodawany do dań, takich jak np. zupa miso.

8. Shio koji

Shio koji to mieszanka soli i drożdży koji, używana powszechnie w Japonii do peklowania mięs i ryb. Oprócz nadania smaku, zmiękcza mięso, ponieważ proteazy, wytwarzane przez Aspergillus oryzae, rozkładają białka na prostsze związki – aminokwasy [10,18].

9. Ser

Koji wykorzystywane są także do produkcji serów długodojrzewających. W badaniu Mamo i wsp. wykazano, że proteazy produkowane przez Aspergillus oryzae działały analogicznie do podpuszczki, powodując krzepnięcie mleka. Ser Danbo, wytworzony z użyciem koji wykazywał lepsze cechy organoleptyczne i był mniej wodnisty niż jego tradycyjny odpowiednik [19].

10. Suszone sproszkowane koji (mąka koji)

Poprzez wysuszenie wyhodowanego na ziarnach koji, a następnie zmielenie, powstaje mąka koji. Może być ona wykorzystywana do bulionów, zupy miso, majonezu, smakowego oleju. Wymieszana z bułką tartą sprawdzi się jako pełna umami panierka. Poprzez zmieszanie z olejem oraz cukrem pudrem można uzyskać słodką pastę, przypominającą marcepan [10].

11. Warzywa pokryte białą pleśnią

Noma, duńska restauracja wyróżniona dwiema gwiazdkami Michelin serwowała jako element menu degustacyjnego warzywnego szparagi pokryte pleśnią Aspergillus oryzae. Zielone szparagi były blanszowane metodą sous vide w oleju z czarnej porzeczki, a następnie lekko suszone (aby zmniejszyć wilgotność) i zaszczepione czystymi zarodnikami A. oryzae. Po inkubacji w temperaturze 28°C i wilgotności 70% w ciągu kilku dni konsystencja stała się miękka, a smak zintensyfikowany i zdecydowanie bardziej słodki [10].

Bezpieczeństwo 

Wykorzystywanie koji do produkcji żywności uznane jest za bezpieczne. Aspergillus oryzae produkuje niewiele znanych mykotoksyn i są one wytwarzane tylko przez kilka szczepów. Jeśli są wytwarzane, istnieją genetyczne sposoby inaktywacji szlaków ich biosyntezy. Co więcej, A. oryzae może nawet hamować rozwój niektórych toksycznych związków pochodzenia grzybowego. W badaniu Alshannaq i wsp. [21] wykazano, że fermentujący pokarm szczep Aspergillus oryzae M2040, wyizolowany z koreańskiego Meju (produkt z fermentowanej soi), może hamować produkcję aflatoksyny B1 (AFB1) i proliferację toksynotwórczego Aspergillus flavus w warunkach hodowli laboratoryjnej i w orzeszkach ziemnych. W orzeszkach ziemnych 1% poziom inokulacji A. oryzae M2040 może skutecznie wypierać toksynogenne A. flavus i zahamować produkcję AFB1 [20]. 

Podsumowanie

Koji to grzyby, najczęściej z gatunku Aspergillus oryzae, powszechnie wykorzystywane w przemyśle spożywczym od wielu lat. Ich głównym zadaniem jest produkcja enzymów m.in. amylaz rozkładających skrobię na cukry proste i proteaz, przekształcających białka w aminokwasy. Dzięki temu produkty sporządzone z koji są pełne smaku, słodkie lub umami. Z ich udziałem produkowane są m.in. sosy sojowe, pasta miso, sake, mirin, shōchū, amazake i niektóre rodzaje natto. Ponadto w postaci shio koji służą do peklowania i zmiękczania mięsa. W niektórych restauracjach podawane są sosy na bazie koji, zupy, a nawet warzywa pokryte białą pleśnią Aspergillus oryzae. Ich stosowanie jest uznawane za bezpieczne. Tylko niektóre szczepy produkują mykotoksyny, które można łatwo inaktywować. Co więcej, A. oryzae potrafi hamować rozwój toksynotwórczego Aspergillus flavus i tworzenie niebezpiecznej aflatoksyny B1.

Przypisy i źródła:

[1] Takagi, S. (2020). Koji mold (Aspergillus oryzae). AccessScience. Retrieved September 10, 2020.
[2] Hui, W., Hou, Q., Cao, C., Xu, H., Zhen, Y., Kwok, L. Y., Sun, T., Zhang, H., & Zhang, W. (2017). Identification of Microbial Profile of Koji Using Single Molecule, Real-Time Sequencing Technology. Journal of food science, 82(5), 1193–1199.
[3] Shurtleff, W., Aoyagi, A. (2012). HISTORY OF KOJI – GRAINS AND/OR SOYBEANS ENROBED WITH A MOLD CULTURE (300 BCE to 2012). Lafayette: SoyInfo Center
[4] He, B., Tu, Y., Jiang, C., Zhang, Z., Li, Y., & Zeng, B. (2019). Functional Genomics of Aspergillus oryzae: Strategies and Progress. Microorganisms, 7(4), 103
[5] Kitamoto K. (2015). Cell biology of the Koji mold Aspergillus oryzae. Bioscience, biotechnology, and biochemistry, 79(6), 863–869.
[6] Machida, M., Yamada, O., & Gomi, K. (2008). Genomics of Aspergillus oryzae: learning from the history of Koji mold and exploration of its future. DNA research : an international journal for rapid publication of reports on genes and genomes, 15(4), 173–183.
[7] Machida, M., Asai, K., Sano, M., Tanaka, T., Kumagai, T., Terai, G., Kusumoto, K., Arima, T., Akita, O., Kashiwagi, Y., Abe, K., Gomi, K., Horiuchi, H., Kitamoto, K., Kobayashi, T., Takeuchi, M., Denning, D. W., Galagan, J. E., Nierman, W. C., Yu, J., Kikuchi, H. (2005). Genome sequencing and analysis of Aspergillus oryzae. Nature, 438(7071), 1157–1161.
[8] Watarai, N., Yamamoto, N., Sawada, K., & Yamada, T. (2019). Evolution of Aspergillus oryzae before and after domestication inferred by large-scale comparative genomic analysis. DNA research : an international journal for rapid publication of reports on genes and genomes, 26(6), 465–472.
[9] Seo, H. S., Lee, S., Singh, D., Park, M. K., Kim, Y. S., Shin, H. W., Cho, S. A., & Lee, C. H. (2018). Evaluating the Headspace Volatolome, Primary Metabolites, and Aroma Characteristics of Koji Fermented with Bacillus amyloliquefaciens and Aspergillus oryzae. Journal of microbiology and biotechnology, 28(8), 1260–1269.
[10] Redzepi, R., Zilber, D. (2018). The Noma Guide to Fermentation. New York: Artisan.
[11] http://miso.or.jp/misoonline/wp-content/uploads/2012/09/miso-english-leaflet.pdf
[12] Zhong, Y., Lu, X., Xing, L., Ho, S., & Kwan, H. S. (2018). Genomic and transcriptomic comparison of Aspergillus oryzae strains: a case study in soy sauce koji fermentation. Journal of industrial microbiology & biotechnology, 45(9), 839–853.
[13] Akaike, M., Miyagawa, H., Kimura, Y., Terasaki, M., Kusaba, Y., Kitagaki, H., & Nishida, H. (2020). Chemical and Bacterial Components in Sake and Sake Production Process. Current microbiology, 77(4), 632–637.
[14] Kosakai, T., Kato, H., Sho, C., Kawano, K., Iwai, K. I., Takase, Y., Ogawa, K., Nishiyama, K., & Yamasaki, M. (2019). Dietary fermented products using koji mold and sweet potato-shochu distillery by-product promotes hepatic and serum cholesterol levels and modulates gut microbiota in mice fed a high-cholesterol diet. PeerJ, 7, e7671.
[15] Oguro, Y., Nakamura, A., & Kurahashi, A. (2019). Effect of temperature on saccharification and oligosaccharide production efficiency in koji amazake. Journal of bioscience and bioengineering, 127(5), 570–574.
[16] Hachisu, N. (2018). Japan The Cookbook. London: Phaidon 
[17] https://nattosphere.com/2015/02/25/natto-varieties/
[18] Gerelt, B., Ikeuchi, Y., & Suzuki, A. (2000). Meat tenderization by proteolytic enzymes after osmotic dehydration. Meat Science, 56(3), 311–318.
[19] Mamo, J., Getachew, P., Kuria, M., Assefa, F. (2020). Application of Milk-Clotting Protease from Aspergillus oryzae DRDFS13 MN726447 and Bacillus subtilis SMDFS 2B MN715837 for Danbo Cheese Production, Journal of Food Quality 12.