Bacterial community succession during traditional fermentation processes of Greenland shark (Somniosus microcephalus)

Abstract

Fermented shark is a traditional delicacy from Iceland and is produced through fermentation and drying of Greenland shark. The fermentation process is a crucial step before its consumption as unprocessed shark is highly toxic. Although fermented shark has been an important source of nutrition for Icelanders for centuries, very little is known about what is behind the process of the bacterial community succession which takes place during the fermentation. For this study, experiments were conducted to evaluate if freezing/thawing of the shark would affect the bacterial community succession during the fermentation process. In addition, evaluating what effect added aeration processes would have on the succession during the fermentation period. Samples were taken throughout the process to get overall coverage of the succession by using both conventional culturing and molecular methods (16S rRNA amplicon sequencing), to quantify and identify bacteria that are responsible for the fermentation process. The conventional culturing analysis showed that the growth pattern between the same bacterial group was very similar between fresh and frozen shark cut. The 16S rRNA sequencing revealed that the fermentation process is divided into three separate phases (initial, intermediate and final phase), which are characterized by the assembly and activity of the microbial community. During the initial phase both Photobacterium and Pseudoalteromonas were dominant. The intermediate phase was characterized by the replacement of bacterial genera occupying the shark during the initial phase. During the final phase Atopostipes, Pseudomonas, Sporosarcina and Tissierella dominated the shark for the rest of the fermentation and into the drying. The freezing/thawing treatment influenced the initial bacterial community composition but as the fermentation progressed the community began to stabilize and resemble the bacterial community observed in the shark cuts of fresh fermented shark. Increased aeration did not have a significant effect on the overall composition of the microbial community. However, it did promote increased bacterial growth in the shark cuts. This study is the first to show the complex dynamic nature of the microbial community during fermentation and drying process of Greenland shark.Kæstur hákarl hefur oft verið nefndur þjóðarréttur Íslendinga og er verkaður með því að kæsa og þurrka Grænlandshákarl. Kæsingin er mikilvægt skref í verkuninni til þess að afeitra hákarlinn, því óverkaður er hann eitraður. Þó að hákarl hafi verið mikilvæg fæða fyrir Íslendinga fyrr á öldum, þá er mjög lítið vitað um hvað liggur að baki varðandi þær breytingar á örverurflóru hákarlsins sem eiga sér stað við kæsinguna. Í þessari rannsókn voru tilraunir framkvæmdar til þess að annars vegar meta hvaða áhrif það hefði á samsetningu örveruflóru hákarlsins að frysta/afþíða hákarlinn fyrir kæsingu og hins vegar að meta hvaða áhrif það hefði á samsetningu örveruflóru hákarlsins að verka hann með aukinni loftun. Sýni voru tekin yfir allan verkunarferilinn til þess að fá yfirsýn á samsetningu örveruflórunnar í hákarlinum. Notast var bæði við ræktanir og sameindalíffræðilegar aðferðir (16S rRNA raðgreining) til þess að magnmæla og greina þær bakteríur sem bera ábyrgð á kæsingu hákarlsins. Ræktunar niðurstöðurnar sýndu fram á það að vöxtur mismunandi bakteríuhópa á milli ófrosna og frosna hákarlsins var mjög líkur. 16S rRNA raðgreiningin sýndi fram á það að kæsingin skiptist í þrjá fasa (upphafs-, milli- og lokafasa) sem einkennast af samsetningu og virkni örveruflórunnar. Í upphafsfasanum voru bæði Photobacterium og Pseudoalteromonas ríkjandi. Millifasinn einkenndist af miklum breytingum á örveruflórunni þar sem bakteríur sem höfðu verið ríkjandi í upphafsfasanum höfðu skipst út fyrir aðra bakteríuhópa. Í lokafasanum voru Atopostipes, Pseudomonas, Sporosarcina og Tissierella ríkjandi það sem eftir var af kæsingunni og þurrkuninni. Frystingar/afþíðingar meðferðin hafði áhrif á upphafssamsetningu örveruflórunnar en eftir því sem leið á kæsinguna fór örveruflóran í frosna hákarlinum að líkjast örveruflórunni í ófrosna hákarlinum. Aukinn loftun til hákarlabitanna hafði ekki marktæk áhrif á samsetningu örveruflórunnar en stuðlaði þó að auknum bakteríuvexti í hákarlinum. Þessi rannsókn hefur varpað nýju ljósi á þá flóknu og breytilegri örveruflóru sem virkjast við verkun á Grænlandshákarli.Matvælasjóðu