evaluación de un proceso de fermentación acética

GRUPO DE INVESTIGACIONES UNIVERSIDAD DEL TOLIMA
EVALUACIÓN DE UN PROCESO DE FERMENTACIÓN ACÉTICA INDUCIDO POR KOMBUCHA
SOBRE SUSTRATO DE FRUCTOSA
*Guillermo Salamanca Grosso; María Angélica Beltrán Olaya; Diego Antonio Gutiérrez Pedraza
*Grupo de Investigaciones Mellitopalinológicas y Propiedades Fisicoquímicas de Alimentos. FC-DQ.
Universidad del Tolima. A.A. 546 Ibagué. Tolima. Colombia. Email: [email protected]
MELLITOPALINOLÓGICAS Y PROPIEDADES
FISICOQUÍMICAS DE ALIMENTOS
Resumen
La kombucha es una bebida fermentada y tradicional conocida desde la antigüedad, elaborada sobre
infusiones de té edulcorado, que es usado como sustrato por un complejo gelatinoso de bacterias y
levaduras en condiciones anaerobias, que ha demostrado efectos positivos para la salud. En éste trabajo
se han estudiado lo cambios asociados al proceso fermentativo sobre sustrato de fructosa. Infusiones de
té negro, rojo y verde a 20º brix, se usaron con el complejo microbiano de kombucha a 25º C, durante
20 días. El sistema fermentantivo se monitoreó a través de los parámetros de acidez total (mg/L), el pH,
potencial redox (Eh, mV), sólidos solubles, conductividad eléctrica (CE, mS/cm) y solidos iónicos solubles
totales (TCD, ppt), con evaluaciones periódicas de 72 h. La acidez final luego de 20 días de proceso es
del orden 3165 mg/L, su pH (2.79 a 2.87), el potencial Eh cambia de 192 a 244 mV, con una caída de
(-52,1 mV). La bebida de kombucha incorpora componentes del té que le confieren propiedades
funcionales y energizantes.
Resultados
La kombucha generada del proceso fermentativo, es una bebida refrescante de sabor acido
ligeramente punzante, debido al dióxido de carbono disuelto, de características similares a la cidra
elaborada con manzana. Durante la fermentación el suave y delicado sabor del mosto enriquecido con
azúcar, cambia a deleitable producto de tenor acético, la infusión elaborada como sustrato incorpora
cafeína y epicatequinas, epigalocatequina, galato de epicatequina y galato de epigalocatequina
propios del té, haciendo que el producto exhiba propiedades funcionales.
Introduccion
Con el nombre genérico de kombucha se conoce el complejo microbiano estructurado en una
matriz gelatinosa (Medusomyces gisevi), en la que predominan una simbiótica actividad de cepas
de Bacterium xylinum, Bacterium gluconicum, Gluconobacter oxydands y Acetobacter xylinum, A.
xylinoides, A. aceti, A. Pausterianus; entre las levaduras se ha indentificado Candida sp.,
Kloeckera sp., Schizosaccharomyces pombe, S. ludwigii, S. cerevisiae, Torulospora, sp. y
Zygosaccharomyces baili. El complejo gelatinoso trabaja de manera simbiótica con cepas de
bacterias y levaduras en condiciones anaerobias, que obtienen un margen energético de
ganancia a partir de la oxidación de la fructosa que es usada como fuente de carbono. Cada
agente microbiano asociado a un sistema fermentativo, tiene un intervalo típico de pH dentro del
cual es posible su crecimiento. El conocimiento de la cinética de consumo de sustrato y
formación de producto permite predecir la evolución de la fermentación, evaluar el rendimiento,
productividad y optimización de los procesos. Los factores que inciden en el rendimiento están
en función de la temperatura, el oxígeno al inicio del proceso y la cantidad de etanol del medio
en el tiempo. Las velocidades específicas (µi ) de formación de producto (µp) , consumo de
sustrato (µs ) y evolución de células (µx), así como sus velocidades de crecimiento (ri) se
relacionan con la concentración de células presentes en el mosto (x) e inciden en el rendimiento
del proceso.
En éste trabajo se ha planteado la evaluacion del proceso de fermentación acética inducido por
Kombucha sobre sustrato de té y fructosa.
Los cambios de pH de los mostos de té fermentado a 20 ºBrix, presentan un comportamiento similar.
La tasa de cambio en descenso del pH, UpH/día, es de -0.025 en té verde, < -0.0235, té negro <
-0.0405 en té rojo. Los cambios en la acidez de las infusiones, presentaron diferencias
estadísticamente significativas, en té rojo (5653) < negro (5678) < verde (5700), en mg de ácido
acético/L. La fracción final de solidos solubles en 20 días de proceso es de 8.20 (té rojo) < 9.11
(verde) < 10.3 g/100g. La conductividad (C.E) y los solidos iónicos totales disueltos (TCD) e los tres
casos es semejante. El potencial redox (Eh) esta asociado a las mediciones de pH, con valores
iniciales de 198.7 a 246 mV (te rojo). El comportamiento global del sistema evaluado podría obedecer
al efecto inhibidor ejercido por algunos de los componentes de las variedades de té frente al complejo
de kombucha o en la masa activa real del complejo de kombucha usado. El proceso fermentativo en
términos cinéticos, se ajusta a un modelo sigmoidal logístico.
Parámetros de referencia iniciales y finales asociados al proceso fermentativo
de mosto der fructosa y té inducido por kombucha.
Té
pHo
pHF
ATo
ATF
ºBrix
BrixF
Negro 3.61±0.04
3.14±0.07
694 ± 7.60
6372±16,2
20.3±0.10
10.3±0.20
Rojo
3.64±0.15
2.83±0.06
887 ± 9.10
6540±76.8
20.0±1.2
8.20±1.3
Verde 3.60±0.20
3.10±0.46
771 ±16.4
6471±22.7
20.5±0.70
9.11±0.12
CEF
TCD0
TCDF
Eh0
EhF
0.13±0.02
0.26±0.04
201±7.82
228±7.82
CE0
Materiales y métodos
Muestras: cepas madre de un complejo tipo Kombucha, con adaptación previa en solución
azucarada de 30 º brix a 25 º C. . Como sustrato se emplearon soluciones de fructosa de 20º brix,
incorporando una matriz acuosa de té, rojo (Dewei téTM fueron dispuestas por duplicado en reactores
4.0 L. En todos los casos se usó agua destilada de 0.20 µS cm-1 agua destilada, en proporción de
7.0 ± 0.1 g /2.5 L. Las mezclas resultantes se homogenizaron tomando cuidado de no disgregar el
complejo.
Negro 0.27±0.02 0.472±0.13
Rojo
0.24±0.01 0.510±0.12 0.110±0.01 0.245±0.05 198.7±9.82 246.7±7.46
Verde 0.28±0.01 0.455±0.14
!
!! − !!
!=
+ !!
!
!
1+ !
0.14±0.01
0.225±0.07 201.1±10.1 230.7±10.4
A1 y A2, corresponde a los valores inicial y final de la acidez, XO es el valor medio y
X, es un valor en el tiempo t, P es un factor pre-exponencial propio del modelo. La
evolución del pH, los solidos solubles y la acidez (meq/L), en un periodo de 20 días
e como se ilustra:
!
22,5
3,7
120
20,5
120
100
100
3,3
80
3,1
60
2,9
40
Acidez total (meq/l)
pH (Unidades (25ºC)
3,5
Solidos solubles (g/100g)
18,5
16,5
80
14,5
12,5
60
10,5
40
8,5
6,5
20
Sólidos solubles
4,5
2,7
pH
2,5
Acidez
Caracterizaciones: Durante 20 días se monitoreo el complejo de reaccion, determinando cambios a
través de los parámetros de acidez total, AT (como acido acético, mg/L), pH, potencial redox (Eh,
mv), sólidos solubles (ºBrix), conductividad eléctrica (C.E., mS/cm) y los solidos iónicos solubles
totales (TCD, ppt), con evaluaciones periódicas de 72 h. el crecimiento de la biomasa de Kombucha
se determinó mediante gravimetría al final el proceso. Las propiedades cromaticas finales(La*b*C y
h) en cada uno de los procesos fermentativos se evaluó mediuante espectroscopia usando tres
series de longitudes de onda entre 400 700 nm !
!
!
!
!=
! !/!
116[ ] -16
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∗
! = 500[
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−
] ! = 200[
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Fermentaciones: . Como sustrato se emplearon soluciones de fructosa de 20º brix, incorporando
una matriz acuosa de té, rojo (DeweiteTM), negro ( Delita teTM) y verde (BeijinJointZhongAnTangBiotechTM ), que fueron dispuestas por duplicado en reactores 4.0 L. En todos los casos se usó agua
destilada de 0.20 µS cm-1 con esterilización previa.
0
5
10
15
0
0
2,5
0
Acidez (meq/L)
20
5
10
15
20
Tiempo (días)
20
Tiempo (días)
!
Perfil típico para los cambios de pH y evolución de la acidez total en un proceso fermentativo
inducido por complejo de kombucha sobre sustrato de fructosa.
Parámetros cromaticos asociados a las bebidas funcionales de kombucha sobre sustrato te y fructosa