In a context characterized by an increasing interest for innovative products with functional properties, kombucha, a beverage resulting from the fermentation of sweetened tea by a microbial consortium known as SCOBY (Symbiotic Culture Of Bacteria and Yeasts), composed of yeast, acetic acid bacteria, and occasionally, lactic acid bacteria, has attracted renewed interest due to its potential benefits on human health. The aim of this study was to analyze the microbial community present during the fermentation process of this beverage, particularly as it relates to the innovative flavoring process, which involves the use of by-products from the fruit and vegetable industry (pineapple, carrot and fennel), in a circular economy perspective. Analysis of microbial populations was carried out by culture-dependent and independent methodologies, with a metatassonomic analysis based on amplification of 16S rRNA for bacteria and 26S rRNA sequences for yeasts. Sugar and organic acids were identified by high-performance liquid chromatography (HPLC), while analysis of volatile compounds (VOCs) was conducted by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Sampling was carried out during the entire fermentation process (0, 1, 4, 6, 8 days of fermentation at 24°C). In addition, the shelf-life of the beverage and the activity of the microorganisms in it were evaluated at 7 and 14 days at 4°C. The results of the microbiological and molecular analyses showed a predominant presence of yeasts, mainly belonging to the genus Schizosaccharomyces, and acetic bacteria of the genus Komagataeibacter, both presenting a charge of about 6 log10 CFU/ml following the second fermentation. This charge remains stable over shelf-life in the case of yeasts, while it tends to decrease in the case of bacteria within flavored kombucha. In addition, statistical analysis of microbial biodiversity shows a relatively stable composition over time, with some fluctuations due to flavoring and changing fermentation conditions (aerobiosis or anaerobiosis). There were 40 VOCs identified: they increase throughout fermentation and in shelf-life, suggesting the presence of an always active microbial community. This trend, however, shows some variations in the not flavored samples, emphasizing their influence on the microbial community and their metabolism. The main volatile compounds identified were acids, with a greater presence of acetic acid, and alcohols, mainly represented by ethanol. Overall, the product obtained showed characteristics of considerable interest, such as the presence of many flavors and natural carbonation, although it needs further development and careful sensory analysis. In conclusion, this research is part of a growing scientific trend which aim a deeper understanding of the biological processes underlying kombucha fermentation.
In un contesto caratterizzato da un crescente interesse per prodotti innovativi dotati di proprietà funzionali, il kombucha, bevanda derivante dalla fermentazione di tè zuccherato da parte di un consorzio microbico noto come SCOBY (Symbiotic Culture Of Bacteria and Yeasts), composto da lieviti, batteri acetici e, occasionalmente, batteri lattici, ha suscitato un rinnovato interesse grazie ai suoi potenziali benefici sulla salute umana. L'obiettivo di questo studio è stato quello di analizzare la comunità microbica presente durante il processo fermentativo di questa bevanda, in particolare modo, in relazione all’innovativo processo di aromatizzazione, che prevede l’utilizzo di sottoprodotti provenienti dall'industria ortofrutticola (ananas, carota e finocchio), in un’ottica di economia circolare. L’analisi delle popolazioni microbiche è stata svolta mediante metodologie coltura-dipendenti e indipendenti, con un'analisi metatassonomica basata sull'amplificazione delle sequenze 16S rRNA per i batteri e 26S rRNA per i lieviti. Gli zuccheri e gli acidi organici sono stati identificati mediante cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC), mentre l'analisi dei composti volatili (VOCs) è stata condotta tramite gas cromatografia-spettrometria di massa (GC-MS). I campionamenti sono stati effettuati durante l'intero processo fermentativo (0, 1, 4, 6, 8 giorni di fermentazione a 24°C). Inoltre, è stata valutata la conservabilità della bevanda e l'attività dei microrganismi in essa contenuti, tramite prove di shelf-life a 7 e 14 giorni a 4°C. I risultati delle analisi microbiologiche e molecolari hanno mostrato una predominante presenza di lieviti, principalmente appartenenti al genere Schizosaccharomyces, e di batteri acetici del genere Komagataeibacter, entrambi presentanti una carica di circa 6 log10 UFC/ml a seguito della seconda fermentazione. Tale carica rimane stabile in shelf-life nel caso dei lieviti, mentre tende a diminuire nel caso dei batteri all’interno dei kombucha aromatizzati. Inoltre, l’analisi statistica della biodiversità microbica mostra una composizione relativamente stabile nel tempo, con alcune fluttuazioni dovute all’aromatizzazione e alla variazione delle condizioni di fermentazione (aerobiosi o anaerobiosi). I VOCs identificati sono stati 40: essi aumentano durante tutta la fermentazione e in shelf-life, suggerendo la presenza di una comunità microbica sempre attiva. Tale andamento, tuttavia, mostra alcune variazioni nei campioni non aromatizzati con i panelli, sottolineando la loro influenza sulla comunità microbica e sul loro metabolismo. I principali composti volatili identificati sono gli acidi, con una maggiore presenza di acido acetico, e gli alcoli, rappresentati principalmente dall’etanolo. Complessivamente, il prodotto ottenuto ha mostrato caratteristiche di notevole interesse, come la presenza di molti aromi e di carbonatazione naturale, pur necessitando di ulteriori sviluppi e di un’accurata analisi sensoriale. In conclusione, questa ricerca si inserisce in un contesto di crescente attenzione scientifica volto a comprendere in modo più approfondito i processi biologici alla base della fermentazione del kombucha.
Studio del microbiota nella fermentazione del Kombucha ottenuto da sottoprodotti di origine vegetale
DE VIZIA, ALESSANDRA
2023/2024
Abstract
In un contesto caratterizzato da un crescente interesse per prodotti innovativi dotati di proprietà funzionali, il kombucha, bevanda derivante dalla fermentazione di tè zuccherato da parte di un consorzio microbico noto come SCOBY (Symbiotic Culture Of Bacteria and Yeasts), composto da lieviti, batteri acetici e, occasionalmente, batteri lattici, ha suscitato un rinnovato interesse grazie ai suoi potenziali benefici sulla salute umana. L'obiettivo di questo studio è stato quello di analizzare la comunità microbica presente durante il processo fermentativo di questa bevanda, in particolare modo, in relazione all’innovativo processo di aromatizzazione, che prevede l’utilizzo di sottoprodotti provenienti dall'industria ortofrutticola (ananas, carota e finocchio), in un’ottica di economia circolare. L’analisi delle popolazioni microbiche è stata svolta mediante metodologie coltura-dipendenti e indipendenti, con un'analisi metatassonomica basata sull'amplificazione delle sequenze 16S rRNA per i batteri e 26S rRNA per i lieviti. Gli zuccheri e gli acidi organici sono stati identificati mediante cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC), mentre l'analisi dei composti volatili (VOCs) è stata condotta tramite gas cromatografia-spettrometria di massa (GC-MS). I campionamenti sono stati effettuati durante l'intero processo fermentativo (0, 1, 4, 6, 8 giorni di fermentazione a 24°C). Inoltre, è stata valutata la conservabilità della bevanda e l'attività dei microrganismi in essa contenuti, tramite prove di shelf-life a 7 e 14 giorni a 4°C. I risultati delle analisi microbiologiche e molecolari hanno mostrato una predominante presenza di lieviti, principalmente appartenenti al genere Schizosaccharomyces, e di batteri acetici del genere Komagataeibacter, entrambi presentanti una carica di circa 6 log10 UFC/ml a seguito della seconda fermentazione. Tale carica rimane stabile in shelf-life nel caso dei lieviti, mentre tende a diminuire nel caso dei batteri all’interno dei kombucha aromatizzati. Inoltre, l’analisi statistica della biodiversità microbica mostra una composizione relativamente stabile nel tempo, con alcune fluttuazioni dovute all’aromatizzazione e alla variazione delle condizioni di fermentazione (aerobiosi o anaerobiosi). I VOCs identificati sono stati 40: essi aumentano durante tutta la fermentazione e in shelf-life, suggerendo la presenza di una comunità microbica sempre attiva. Tale andamento, tuttavia, mostra alcune variazioni nei campioni non aromatizzati con i panelli, sottolineando la loro influenza sulla comunità microbica e sul loro metabolismo. I principali composti volatili identificati sono gli acidi, con una maggiore presenza di acido acetico, e gli alcoli, rappresentati principalmente dall’etanolo. Complessivamente, il prodotto ottenuto ha mostrato caratteristiche di notevole interesse, come la presenza di molti aromi e di carbonatazione naturale, pur necessitando di ulteriori sviluppi e di un’accurata analisi sensoriale. In conclusione, questa ricerca si inserisce in un contesto di crescente attenzione scientifica volto a comprendere in modo più approfondito i processi biologici alla base della fermentazione del kombucha.| File | Dimensione | Formato | |
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https://hdl.handle.net/20.500.14240/167265