CC BY
218
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
Для корреспонденции
Фролова Юлия Владимировна - кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории пищевых биотехнологий и специализированных продуктов ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»
Адрес: 109240, Российская Федерация, г. Москва, Устьинский проезд, д.2/14 Телефон: (495) 698-53-71 E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0001-6065-2244
Воробьева В.М., Воробьева И.С., Саркисян В.А., Фролова Ю.В., Кочеткова А.А.
Технологические особенности производства ферментированных напитков с использованием
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи, 109240, г. Москва, Российская Федерация
Federal Research Centre of Nutrition, Biotechnology and Food Safety, 109240, Moscow, Russian Federation
Комбучей называют напиток, получаемый ферментацией подслащенного заваренного чая (субстрата) симбиотической культурой дрожжей и бактерий. Многочисленные исследования по оптимизации процесса ферментации, установлению влияния технологических факторов на физико-химические свойства, формирование вкусоароматического профиля напитков, предупреждение опасных производственных факторов, обусловлены растущей популярностью комбучи в Европе и США. Технологические особенности производства комбучи заключаются в создании оптимальных условий для роста симбиотической культуры и ферментации субстрата. Длительность процесса зависит от состава субстрата, соотношения чайного гриба и субстрата, температуры, размера и формы емкости для ферментации.
Цель работы - обобщение результатов изучения технологических особенностей производства ферментированных напитков типа комбуча и выявление факторов, влияющих на химический состав и безопасность готовых напитков. Материал и методы. Аналитическое исследование осуществлялось по основным базам данных по ключевому слову «котЬиска». Критериями включения статей в анализ являлись практические статьи с открытым доступом и представляющие подробную технологию получения комбучи.
Финансирование. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (грант № 19-76-30014). Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие конфликтов интересов.
Для цитирования: Воробьева В.М., Воробьева И.С., Саркисян В.А., Фролова Ю.В., Кочеткова А.А. Технологические особенности производства ферментированных напитков с использованием чайного гриба // Вопросы питания. 2022. Т. 91, № 4. С. 115-120. DOI: https://doi. org/10.33029/0042-8833-2022-91-4-115-120
Статья поступила в редакцию 15.06.2021. Принята в печать 01.07.2022.
Funding. The study was carried out with the support of the Russian Science Foundation (Project No. 19-76-30014). Conflict of interest. The authors declare no conflicts of interest.
For citation: Vorobyeva V.M., Vorobyeva I.S., Sarkisyan V.A., Frolova Yu.V., Kochetkova A.A. Technological features of fermented beverages production using kombucha. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2022; 91 (4): 115-20. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2022-91-4-115-120 (in Russian)
Received 15.06.2021. Accepted 01.07.2022.
чайного гриба
Technological features of fermented beverages production using kombucha
Vorobyeva V.M., Vorobyeva I.S., Sarkisyan V.A., Frolova Yu.V., Kochetkova A.A.
Результаты. Технология производства комбучи базируется на ферментации субстрата и получении основы напитка с высоким содержанием органических кислот, преимущественно уксусной. Для обеспечения микробиологической безопасности концентрация уксусной кислоты в основе напитка должна быть не ниже 1,2%. Высокое содержание органических кислот обусловливает необходимость использовать оборудование для ферментации только из стекла или нержавеющей стали, разрешенных для контакта с пищевыми продуктами. Температура ферментации варьирует в диапазоне от 18 до 32 °С. Контроль процесса ферментации осуществляется по основным критериям: температура, значениеpH, кислотность, содержание уксусной кислоты, содержание этилового спирта, а также остаточное количество сахара. Процесс получения комбучи связан с микробиологическими, химическими и физическими рисками, которые могут возникнуть при использовании сырья низкого качества, оборудования и потребительской тары, изготовленных из материалов, не соответствующих гигиеническим нормативам, при нарушении технологических режимов, условий хранения сырья и готовой продукции. Для предотвращения появления опасных факторов, влияющих на качество и безопасность готового продукта, необходимо осуществлять контроль технологического процесса на всех стадиях производства.
Заключение. Соблюдение санитарно-гигиенических норм и технологических режимов позволяет получать напиток на основе чайного гриба с гармоничным вкусом и ароматом, отвечающий требованиям безопасности, предъявляемым к ферментированным напиткам.
Ключевые слова: комбуча; чай; биологически активные вещества; технология производства
Kombucha is a beverage made by fermenting sweetened brewed tea (substrate) by symbiotic culture of yeast and bacteria. Numerous researches on optimization of fermentation process, determination of the influence of technological factors on physical and chemical properties, formation of taste and flavor profile of the beverages, prevention of industrial product risks are due to the growing popularity of kombucha in Europe and the USA. Technological features of kombucha production are to optimize conditions for the growth of symbiotic culture and substrate fermentation. The duration of the process depends on the composition of the substrate, the ratio of tea mushroom and substrate, temperature, size and shape of fermentation vessel.
The aim of the work was to generalize the results of studying the technological features of the production of fermented kombucha type beverages and to identify the factors that affect the chemical composition and safety of the finished beverages. Material and methods. Analytical research was carried out on the main databases for the keyword "kombucha". The criteria for inclusion of articles in the analysis were research articles with open access and presenting detailed technology of kombucha. Results. The technology of kombucha production is based on fermentation of the substrate and obtaining the base of the beverage with high content of organic acids, mainly acetic acid. In order to ensure microbiological safety the acetic acid concentration in the beverage base must be at least 1.2%. The high organic acid content necessitates the use of only glass or stainless steel fermentation equipment approved for food contact. The fermentation temperature ranges from 18 to 32 °C. The fermentation process is monitored according to basic criteria: temperature, pH value, acidity, acetic acid content, ethyl alcohol content, and residual sugar content. Kombucha production process is connected with microbiological, chemical and physical risks which could appear in case of using low quality raw materials, equipment and consumer packaging made of materials which do not correspond to sanitary norms, violating technological regimes, storage conditions of raw materials and ready production. To prevent hazards affecting the quality and safety of the finished product, it is necessary to control the technological process at all stages of production.
Conclusion. Following sanitary-hygienic norms and technological regimes allowsproduc-ing kombucha with a balanced taste and aroma, which meets the safety requirements for fermented beverages.
Keywords: kombucha; tea; biologically active substances; production technology
Комбуча (Tea Fungus, Kargasok Tea, Manchurian Mushroom, Haipao) - напиток, изготавливаемый путем ферментации подслащенного чая (Camellia sinensis)
чайным грибом, представляющим собой симбиотиче-скую культуру бактерий и дрожжей (Symbiotic Culture of Bacteria and Yeast - SCOBY) [1, 2], в результате чего
~(Сахар / SugaryJ Заваривание / Brewing кС-ВРда питьевая / Drinking water )
■ 15 min)
к:
Чай черный / Black tea
Охлаждение до 23±2°С Cooling up to 23±2°С
о
CD съ
3- <о 5 я
н ic
CÛ СО
о
s03
О
( SCOBY
Начало ферментации Start of fermentation (рН<4,6)
-«-(Стартовая жидкость / Starting fluid)
Окончание ферментации (рН 3±0,3) Endfermentation (pH 3±0,3)
(Фильтрование / Filtration)
Розлив комбучи Pouring kombucha
о о
ль nal те ion
ит iti н di
^ Тз о ^
Пастеризация / Pasteurization (t=72±2°C, т - 40 min)
Внесение вкусоароматических композиций/ Introduction of flavoring compositions
Внесение функциональных ингредиентов / Adding functional ingredients
СО2-газирование / СО2-carbonation
Деалкоголизация / Dealcoholization
Стерилизующая фильтрация / Sterilizing filtration
Рис. 1. Технологическая схема производства напитков на основе чайного гриба Fig. 1. Technological scheme for the production of drinks based on kombucha
образуется ферментированный слабогазированный напиток с кисло-сладким вкусом, содержащий небольшое количество этилового спирта. До недавнего времени этот напиток готовили в домашних условиях, однако в последние годы он приобрел популярность в странах Европы, США и производится крупными предприятиями [3]. Распространение комбучи связано с декларируемыми свойствами, в числе которых упоминают противоми-кробные, антиоксидантные, антиканцерогенные, а также с проявлением гипохолестеринемического действия, улучшением функции печени, иммунной системы, желудочно-кишечного тракта и др. [4, 5]. Потенциальная польза для здоровья человека обосновывается метаболическими эффектами ингредиентов комбучи, наличием биологически активных веществ, обладающих известными физиологическими свойствами. В Российской Федерации в торговой сети также представлены напитки на основе чайного гриба, однако их производство осуществляется в небольших объемах и сдерживается достаточно низким в настоящее время потребительским спросом.
Химический состав ферментированных напитков зависит от многих факторов, среди которых основными являются вид субстрата и используемых углеводов, состав БСОВ^ наличие биологически активных веществ (полифенолов, витаминов, органических кислот и др.), температура, продолжительность ферментации и другие параметры технологического процесса.
В связи с этим цель данной работы - обобщение результатов изучения технологических особенностей производства ферментированных напитков типа «комбуча» и выявление факторов, влияющих на химический состав и безопасность готовых напитков.
На российском рынке представлены напитки, полученные с использованием чайного гриба, в виде классической комбучи и напитков на ее основе.
Классическая комбуча - напиток, полученный ферментацией в аэробных условиях при температуре от 18 до 32 °С субстрата, состоящего из настоя чая, приготовленного путем заваривания листового чая в воде, сахара, БСОВУ При получении классической комбучи процесс термической обработки (пастеризации) после ферментации, как правило, не осуществляется. Напитки на основе комбучи дополнительно могут содержать вкусоаромати-ческие композиции (фрукты, ягоды, соки, пюре, травы, пряности и др.), функциональные ингредиенты (витамины, минеральные вещества, растворимые пищевые волокна - пребиотики и др.). В технологическую схему производства включают процессы вторичной ферментации, пастеризации, фильтрации, деалкоголизации для снижения содержания образующегося этилового спирта, СО2-газирование. Технологическая схема производства напитков на основе чайного гриба приведена на рис. 1.
Традиционным сырьем для производства комбучи являются черный чай и сахар (сахароза), однако иногда ис-
Целлюлоза Cellulose
Глюконовая
кислота Gluconic acid
Уксусная кислота Acetic acid
Этиловый спирт Ethanol
Диоксид углерода Carbon dioxide
Рис. 2. Метаболизм субстратов культурой Symbiotic Culture of Bacteria and Yeast:
УКБ - уксуснокислые бактерии.
Fig. 2. Substrate metabolism by the Symbiotic Culture of Bacteria and Yeast:
AAB - acetic acid bacteria.
пользуют и другие субстраты: травяные настои, фруктовый сок, молоко и др. В качестве источников углеводов часто используют фруктозу, глюкозу, галактозу, лактозу, мальтозу, мед, сироп топинамбура, кленовый сироп.
Процесс ферментации начинается после внесения культуры SCOBY и/или стартовой жидкости. SCOBY представляет собой симбиотическую культуру бактерий и дрожжей, при этом состав бактерий и дрожжей разнообразный [2, 6]. Из бактерий в консорциуме преобладают Acetobacter sp., Komagataeibacter, Gluconacetobacter sp. и Gluconobacter, а состав дрожжей более изменчив: Schizosaccharomyces pombe, Saccharomycodes ludwigii, Kloeckera apiculata, Saccharomyces cerevisiae, Zygosac-charomyces bailii, Torulaspora delbrueckii, Brettanomyces bruxellensis, Candida sp., Halomonas sp. и др. [6]. Бактерии и дрожжи внутри консорциума образуют пучки и слои между целлюлозными волокнами, при этом этанол, производимый дрожжами, потребляется ацетобактериями с образованием уксусной кислоты.
Технологический процесс производства комбучи направлен на создание оптимальных условий для роста чайного гриба и ферментации субстрата. Приготовление субстрата осуществляется при температуре не ниже 90 °С, при этом содержание чая в нем варьирует от 0,2 до 1,2%, а источника углеводов - от 2 до 10%. После охлаждения до 23±2 °С в субстрат вносят культуру чайного гриба SCOBY и/или стартовую жидкость. В качестве стартовой жидкости используют ферментированную комбучу от предыдущей партии. Для обеспечения микробиологической безопасности напитка значение рН субстрата перед ферментацией не должно превышать 4,6. Для выполнения этих условий количество вносимой в субстрат стартовой жидкости и/или SCOBY должно составлять 5% [7] или более [8, 9] от его объема. Температура ферментации от 18 до 32 °С считается опти-
мальной, однако при температуре выше 25 °С возможен рост нежелательной микрофлоры [6], а также изменение состава и соотношения образующихся в процессе ферментации органических кислот. Продолжительность процесса зависит от предпочитаемого вкусоароматиче-ского профиля и химического состава готового напитка и может составлять от 7 до 60 дней [10].
Под действием ферментов, образующихся в клетках дрожжей, происходит гидролиз сахарозы до фруктозы и глюкозы, которые впоследствии превращаются в этанол и углекислый газ в результате спиртового брожения. Уксуснокислые бактерии не могут метаболизировать сахарозу, они используют фруктозу и глюкозу в качестве субстрата для осуществления параллельных процессов. Метаболизм субстратов культурой SCOBY на сахаре представлен на рис. 2.
Поскольку процесс ферментации происходит в аэробных условиях, уксуснокислые бактерии используют глюкозу и этанол для производства органических кислот, основная из которых уксусная. Для обеспечения микробиологической безопасности концентрация уксусной кислоты в напитке в конце процесса ферментации должна быть не ниже 1,2%. Кроме уксусной кислоты в значительно меньших количествах в процессе ферментации образуются D-глюкуроновая, молочная, лимонная, глюконовая, яблочная, винная, малоновая, щавелевая, янтарная, пировиноградная, усниновая кислоты. За счет накопления органических кислот происходит снижение значения рН и увеличение кислотности. Образующиеся органические кислоты, как правило, представляют собой результат микробного гликоме-таболизма; исключением является галловая кислота, которая образуется в результате гидролиза катехинов [7], содержащихся в используемом чае. Формирование специфичного вкусоароматического профиля напитка происходит за счет накопления сложных эфиров, образующихся в процессе этерификации при ферментации субстрата, а также полифенолов чая. В комбуче могут содержаться остаточные количества сахарозы, глюкозы, фруктозы, а также витамины группы В, С, аминокислоты, пурины, пигменты, этанол, полифенолы, диоксид углерода и др. [11].
Для получения напитка с желаемыми органолептиче-скими свойствами в процессе ферментации необходимо контролировать температуру, значение рН, титруемую кислотность, содержание уксусной кислоты и этилового спирта, а также остаточное количество сахара. Объемная доля этилового спирта в комбуче не должна превышать 1,2%, что, в соответствии с ГОСТ 281882014 «Напитки безалкогольные. Общие технические условия», позволяет отнести ее к категории «напитки безалкогольные».
Популярность комбучи и напитков на ее основе способствовала поиску возможностей для расширения ассортимента в первую очередь за счет использования различных видов чая и их комбинаций [1, 7, 12, 13], оказывающих влияние на химический состав и орга-нолептический профиль готовой продукции. Во время
ферментации происходят многочисленные процессы, в результате которых формируется органолептический профиль напитка [13]. Так, изменение цвета комбучи в процессе ферментации может быть связано с наличием полифенольных соединений, например теарубигина, который при трансформации в теафлавин приводит к изменению цвета напитка от темно-коричневого до более светлого. При использовании чайного субстрата Zijuan чай, богатого антоцианами, можно получить комбучу лососево-розового цвета. В процессе ферментации снижается показатель рН, что приводит к изменению цвета готового напитка, отмечается, что в течение 14-дневной ферментации общее количество антоцианов снижается на 51% [7]. Следует отметить, что полифенольные соединения и антоцианы, содержащиеся в комбуче, не только придают цвет напитку, но и обусловливают анти-оксидантную активность, в том числе за счет синерге-тического эффекта между антоцианами и катехинами.
Особенности технологического процесса получения напитков на основе чайного гриба формируют специальные требования к используемому оборудованию. Необходимость использования технологического оборудования только из стекла или нержавеющей стали, разрешенных для контакта с пищевыми продуктами, обусловлено накоплением органических кислот в процессе ферментации. Неправильно подобранный объем емкости для ферментации может привести к дезинтеграции дрожжей и бактерий: дрожжи опустятся на дно, а бактерии останутся на поверхности, что затруднит их взаимодействие и приведет к получению напитка с неудовлетворительными показателями качества и безопасности.
Для получения напитков на основе комбучи в нее добавляют вкусовые или обогащающие ингредиенты, при необходимости подвергают вторичной ферментации, фильтрованию, охлаждению, газированию и розливу. Для прекращения ферментации, увеличения срока годности напитка и обеспечения возможности хранить его при температуре до 25 °С в технологический процесс следует включать стадию пастеризации.
Сведения об авторах
Соблюдение санитарно-гигиенических норм и технологических режимов позволяет получать напитки на основе чайного гриба с гармоничным вкусом и ароматом, отвечающие требованиям безопасности, предъявляемым к безалкогольным ферментированным напиткам.
В Российской Федерации на сегодняшний день отсутствуют государственные или межгосударственные стандарты, где были бы приведены технические требования к ферментированным напиткам на основе чайного гриба. На такие напитки распространяются требования безопасности, установленные Техническими регламентами Таможенного союза ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции» для безалкогольных напитков брожения, ТР ТС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств», а также требования ТР ТС 022/2011 «Пищевая продукция в части ее маркировки».
Заключение
Процесс производства напитка путем ферментации чая симбиотической культурой бактерий и дрожжей позволяет отнести комбучу к ферментированным продуктам. В качестве субстрата, как правило, используется питательная среда, содержащая черный чай и сахар. Ключевыми факторами, влияющими на физико-химические и органолептические свойства комбучи, являются температура, продолжительность ферментации, скорость накопления продуцентов (органические кислоты, этиловый спирт, вкусоароматические вещества). Ком-буча относится к безалкогольным напиткам, поэтому объемная доля этилового спирта в ней не должна превышать 1,2%. Для обеспечения качества и безопасности ферментированных напитков необходимо соблюдать санитарно-гигиенические нормы и осуществлять контроль технологического процесса на всех стадиях производства.
ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии» (Москва, Российская Федерация):
Воробьева Валентина Матвеевна (Valentina M. Vorobyeva) - кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории пищевых биотехнологий и специализированных продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0001-8110-9742
Воробьева Ирина Сергеевна (Irina S. Vorobyeva) - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории пищевых биотехнологий и специализированных продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0003-3151-2765
Саркисян Варужан Амбарцумович (Varuzhan A. Sarkisyan) - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории пищевых биотехнологий и специализированных продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0002-5911-610X
Фролова Юлия Владимировна (Yuliya V. Frolova) - кандидат технических наук, научный сотрудник пищевых биотехнологий и специализированных продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0001-6065-2244
Кочеткова Алла Алексеевна (Alla A. Kochetkova) - член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией пищевых биотехнологий и специализированных продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0001-9821-192X
Литература/References
1. Coelho R.M.D., de Almeida A.L., do Amaral R.Q.G., da Mota R.N., de 8. Sousa P.H.M. Kombucha. Int J Gastronomy Food Sci. 2020; 22: 100272. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijgfs.2020.100272
2. Laureys D., Britton S. J., De Clippeleer J. Kombucha tea fermentation:
a review. J Am Soc Brew Chem. 2020; 78 (3): 165-74. DOI: https://doi. 9. org/10.1080/03610470.2020.1734150
3. Kim J., Adhikari K. Current trends in kombucha: marketing perspectives and the need for improved sensory research. Beverages. 2020; 6 (1): 15. DOI: https://doi.org/10.3390/beverages6010015
4. Chakravorty S., Bhattacharya S., Chatzinotas A., Chakraborty W., 10. Bhattacharya D., Gachhui R. Kombucha tea fermentation: microbial
and biochemical dynamics. Int J Food Microbiol. 2016; 220: 63-72. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2015.12.015 11.
5. Kapp J. M., Sumner W. Kombucha: a systematic review of the empirical evidence of human health benefit. Ann Epidemiol. 2019; 30: 66-70. DOI: https://doi.org/10.1016Zj.annepidem.2018.11.001
6. Soares M.G., de Lima M., Schmidt V.C.R. Technological aspects
of Kombucha, its applications and the symbiotic culture (SCOBY), 12. and extraction of compounds of interest: a literature review. Trends Food Sci Technol. 2021; 110: 539-50. DOI: https://doi.org/10.1016/j. tifs.2021.02.017
7. Zou C., Li R.Y., Chen J.X., Wang F., Gao Y., FuY. Q., et al. Zijuan 13. tea-based kombucha: Physicochemical, sensorial, and antioxidant profile. Food Chem. 2021; 363: 130322. DOI: https://doi.org/10.1016/j. foodchem.2021.130322
Malbasa R., Loncar E., Djuric M., Dosenovic I. Effect of sucrose concentration on the products of Kombucha fermentation on molasses. Food Chem. 2008; 108 (3): 926-32. DOI: https://doi.org/10.1016/j. foodchem.2007.11.069
Kallel L., Desseaux V., Hamdi M., Stocker P., Ajandouz E.H. Insights into the fermentation biochemistry of Kombucha teas and potential impacts of Kombucha drinking on starch digestion. Food Res Int. 2012; 49 (1): 226-32. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodres.2012. 08.018
Zhang J., Van Mullem J., Dias D.R., Schwan R.F. The chemistry and sensory characteristics of new herbal tea-based Kombuchas. J Food Sci. 2021; 86 (3): 740-8. DOI: https://doi.org/10.1111/1750-3841.15613 Jayabalan R., Malbasa R.V., Loncar E.S., Vitas J.S., Sathishkumar M. A review on Kombucha tea - microbiology, composition, fermentation, beneficial effects, toxicity, and tea fungus. Compr Rev Food Sci Food Saf. 2014; 13 (4): 538-50. DOI: https://doi.org/10.1111/1541-4337.12073
Jayabalan R., Marimuthu S., Swaminathan K. Changes in content of organic acids and tea polyphenols during Kombucha tea fermentation. Food Chem. 2007; 102 (1): 392-8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.food-chem.2006.05.032
Jakubczyk K., Ka-tdunska J., Kochman J., Janda K. Chemical profile and antioxidant activity of the Kombucha beverage derived from white, green, black and red tea. Antioxidants. 2020; 9 (5): 447. DOI: https://doi. org/10.3390/antiox9050447
