Padronização do processo produtivo de kombucha pela aplicação de técnicas de biotecnologia e bioprocesso

Abstract

Kombucha é uma bebida obtida através da fermentação de uma infusão de Camellia sinensis por uma cultura simbiótica de microrganismos e vem ganhando cada vez mais popularidade, em função de seus possíveis efeitos benéficos à saúde. A composição microbiológica, predominada por bactérias ácido acéticas e leveduras, é complexa e muito diversa entre kombuchas e bateladas. Isso resulta em processos e produtos finais muito diferentes e normalmente em concentrações alcoólicas acima dos limites permitidos pela legislação. As variáveis do processo, como temperatura, pH, concentração de substratos, geometria do tanque de fermentação e tempo de cultivo, contribuem para o controle da fermentação, no entanto não são suficientes para garantir a padronização do processo. Em função da dificuldade de controle do processo fermentativo, o objetivo geral do presente trabalho foi estudar o perfil microbiológico de kombucha, avaliando a interação de sua microbiota com os produtos formados durante a fermentação, e desenvolver uma cultura starter a partir de microrganismos isolados, para a obtenção de um produto padronizado, com boa aceitação sensorial e dentro das exigências da legislação. Para isso, o perfil de bactérias e leveduras de uma cultura starter tradicional de kombucha do Rio Grande do Sul foi avaliado através de sequenciamento de nova geração. A cultura starter foi processada de três maneiras diferentes (controle, cultura starter centrifugada e cultura starter liofilizada) para avaliar as mudanças na composição microbiológica, bioquímica e sensorial da kombucha. Foi possível identificar sete gêneros de bactérias na cultura starter, incluindo Komagataeibacter, Gluconacetobacter, Gluconobacter, Acetobacter, Liquorilactobacillus, Ligilactobacillus e Zymomonas, e três gêneros de levedura, Dekkera/Brettanomyces, Hanseniaspora e Saccharomyces. Apesar de não ter diferido significativamente no teste de aceitação sensorial, diferentes processamentos da cultura starter tradicional resultaram em produtos com diferentes composições bioquímicas e microbiológicas. Embora tenhas sido possível liofilizar a cultura starter, esta não garantiu a padronização do produto final. Em função disso, foram realizados mais estudos visando a padronização do produto e controle da produção de álcool, desta vez através do desenvolvimento de uma cultura starter com microrganismos de interesse isolados e selecionados. Foi desenvolvido um inóculo com a bactéria acética Komagataeibacter saccharivorans e as leveduras Dekkera anomala e Kluyveromyces marxianus fragilis (probiótica). O tempo de fermentação utilizando essa combinação de microrganismos foi reduzido para 48 h e dois métodos de carbonatação foram testados (natural e forçada) e submetidos a uma análise de vida de prateleira. As kombuchas obtidas foram comparadas com duas marcas comerciais em relação aos metabólitos, compostos voláteis, aceitação sensorial e atividade antioxidante. A kombucha obtida através da carbonatação forçada obteve a mesma aceitação que as bebidas comerciais e o teor alcoólico permaneceu dentro dos limites permitidos pela legislação por 60 dias. Em relação aos compostos voláteis, os ésteres foram a classe que mais impactou a composição e diferenciou as kombuchas. Este trabalho trouxe novas informações a respeito da composição microbiológica, perfil aromático e outras características de kombuchas, além de uma nova abordagem para a produção de uma bebida padronizada e estável.

Kombucha is a beverage obtained through the fermentation of Camellia sinensis infusion performed by a complex symbiotic culture of microorganisms and has been rising in popularity, due to its possible beneficial health effects. The microbial composition, dominated by acetic acid bacteria and yeasts, is very complex and diverse among commercial kombuchas and fermentation batches. It results in a highly variable process and end products and, usually, the alcohol content surpasses the legal limits. Process variables, such as temperature, pH, the concentration of substrates, vessel geometry, and time, help to control the fermentative process but are not sufficient to assure the standardization of kombucha production. Due to the difficulty of controlling the fermentation process, the objective of the present work was to study the microbiological profile of kombucha, evaluating the interaction of its microbiota with the products formed during fermentation, and to develop a starter culture from isolated microorganisms, in order to obtain a standardized product, with satisfactory sensory acceptance and within the requirements of the legislation. For this, the profile of bacteria and yeasts of a traditional kombucha starter culture from Rio Grande do Sul was evaluated through next-generation sequencing. The starter culture was processed in three different ways (control, centrifuged starter culture, and freeze-dried starter culture) to assess changes in the microbiological, biochemical, and sensory characteristics of the kombucha. We identified seven genera of bacteria, including Komagataeibacter, Gluconacetobacter, Gluconobacter, Acetobacter, Liquorilactobacillus, Ligilactobacillus, and Zymomonas, and three genera of yeasts, Dekkera/Brettanomyces, Hanseniaspora, and Saccharomyces. Although there were no statistically significant differences in the acceptance test in sensory analysis, different starter cultures resulted in products showing different microbial and biochemical compositions. Even though it was possible to freeze-dry the starter culture, it did not assure the standardization of the final product. As a result, further studies were carried out to standardize the product and control the production of alcohol, through the development of a starter culture with isolated and selected microorganisms of interest. A starter culture was developed using the acetic acid bacteria Komagataeibacter saccharivorans, and the yeasts Dekkera anomala, and Kluyveromyces marxianus fragilis (probiotic). The fermentation time of the best combination of microbes was optimized for 48 h and two carbonation methods were tested (forced and natural carbonation) and the shelf-life was evaluated. The kombuchas were compared to two commercial brands regardings their metabolites, volatile compounds, sensory acceptance, and antioxidant activity. The acceptance of the forced carbonated Kombucha was similar to the commercial brands, and the alcohol content remained within legal limits during 60 days of storage. Regarding volatile compounds, the esters were the most impactful compounds that differentiated the kombuchas. This work brings new information about the microbial composition, aromatic profile, and other characteristics of kombuchas, in addition to a new approach for the production of a standardized and stable beverage.