Παραγωγή λειτουργικού ροφήματος χαμηλού αλκοολικού βαθμού μέσω ζύμωσης χυμού ροδιού

Abstract

The present PhD dissertation aimed at the preparation of novel functional beverage of low alcoholic grade, through fermentation of pomegranate juice with lactic bacteria. Especially for the fermented juices prepared, two lactic bacteria have been used. One was the potentially probiotic strain L. paracasei K5, which was recently isolated from dairy products and kefir, and the other the commercial probiotic strain L. plantarum ATCC 14917. Initially, the two microorganisms were used for fermentations of pomegranate juice at different fermentation temperatures, at different pH values, different added amounts of microorganisms and different sugar concentrations of juice. The purpose for these experiments was to find the optimum fermentation conditions, in order to achieve the best values of the viability of microorganisms during fermentation and during their cold storage for 4 weeks. Besides the determination of the viability of lactic bacteria, during the fermentation and storage of juices, possible contamination from aerobic mesophilic bacteria and yeasts was also tested. A variety of chemical analyses were carried out on fermented pomegranate juices, using High Pressure Liquid Chromatography (HPLC), such as the determination of the concentration of (i) residual sugar, (ii) produced organic acids and (iii) ethanol. At the same time, (i) the antioxidant capacity, and (ii) the levels of phenolic constituents were also identified. In addition, analysis of volatile compounds of fermented pomegranate juice was carried out with Solid Phase Microextraction (SPME) and Gas Chromatography/Mass Spectroscopy (GC/MS). Finally, all the products were evaluated through sensorial tests, in order to assess the levels of acceptance of beverage by consumers. The results of the thesis were encouraging and showed that the lactic fermentation of pomegranate juice from both microorganisms led to a product (i) with high nutritional value (high levels of phenolics and high antioxidant activity), (ii) high concentration of probiotic microorganisms and (iii) production of many desirable volatile compounds throughout the cold storage for 4 weeks. In addition, an important outcome was the accepted technological properties that the potentially probiotic strain L. paracasei K5 exhibited, through the fermentation of pomegranate juice, satisfying a very important criterion for its characterization and choice as probiotic microorganism by the food industry.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή είχε σαν στόχο την παρασκευή καινοφανούς λειτουργικού ροφήματος χαμηλού αλκοολικού βαθμού, μέσω ζύμωσης χυμού ροδιού με γαλακτικά βακτήρια. Ειδικά για τους ζυμωμένους χυμούς που παρασκευάστηκαν έγινε χρήση δύο γαλακτικών βακτηρίων. Το ένα ήταν το δυνητικά προβιοτικό στέλεχος L. paracasei K5, το οποίο πρόσφατα απομονώθηκε από γαλακτοκομικά προϊόντα και κεφίρ και το άλλο το εμπορικό προβιοτικό στέλεχος L. plantarum ATCC 14917. Αρχικά, οι δύο μικροοργανισμοί χρησιμοποιήθηκαν για ζυμώσεις του χυμού ροδιού σε διαφορετικές θερμοκρασίες ζύμωσης, σε διαφορετικές τιμές pH, διαφορετικές ποσότητες προστιθέμενου μικροοργανισμού και διαφορετικές συγκεντρώσεις σακχάρου του χυμού. Ο σκοπός ήταν να βρεθούν οι βέλτιστες συνθήκες ζύμωσης, για την επίτευξη των βέλτιστων τιμών της βιωσιμότητας των μικροοργανισμών κατά την διάρκεια της ζύμωσης αλλά και κατά την ψυχρή συντήρησή τους για 4 εβδομάδες. Εκτός από τον προσδιορισμό της βιωσιμότητας των γαλακτικών βακτηρίων, κατά την διάρκεια της ζύμωσης και αποθήκευσης των χυμών, ελέγχθηκαν τυχόν επιμολύνσεις από το σύνολο των αερόβιων μεσόφιλων βακτηρίων και ζυμών. Ποικίλες χημικές αναλύσεις διεξάχθηκαν στους ζυμωμένους χυμούς ροδιού, με την χρήση υγρής χρωματογραφίας υψηλής πίεσης (HPLC), όπως ο προσδιορισμός της συγκέντρωσης (i) του αζύμωτου σακχάρου, (ii) των παραγόμενων οργανικών οξέων και (iii) της αιθανόλης. Παράλληλα, προσδιορίστηκαν (i) η αντιοξειδωτική ικανότητα και (ii) τα επίπεδα των φαινολικών συστατικών. Επίσης έγινε ανάλυση των πτητικών ενώσεων του ζυμωμένου χυμού ροδιού με μικροεκχύλιση στερεάς φάσης (SPME) και αέρια χρωματογραφία/φασματοσκοπία μάζας (GC/MS). Τέλος, διεξάχθηκε γευσιγνωστικός έλεγχος όλων των προϊόντων, προκειμένου να αξιολογηθούν τα επίπεδα αποδοχής τους από τους καταναλωτές. Τα αποτελέσματα της διατριβής ήταν ενθαρρυντικά και έδειξαν ότι η γαλακτική ζύμωση του χυμού ροδιού και από τους δύο μικροοργανισμούς οδήγησε σε προϊόν (i) με υψηλή θρεπτική αξία (υψηλά επίπεδα φαινολικών και υψηλή αντιοξειδωτική ικανότητα), (ii) με υψηλή συγκέντρωση των προβιοτικών μικροοργανισμών και (iii) παραγωγή πολλών επιθυμητών πτητικών ενώσεων καθόλη την διάρκεια της ψυχρής αποθήκευσης για 4 εβδομάδες. Επιπρόσθετα, αξιοσημείωτο εύρημα ήταν οι ικανοποιητικές τεχνολογικές ιδιότητες που επέδειξε το δυνητικά προβιοτικό στέλεχος L. paracasei K5, κατά τη ζύμωση του χυμού ροδιού, ικανοποιώντας ένα πολύ σημαντικό κριτήριο για τον χαρακτηρισμό του και την επιλογή του ως προβιοτικός μικροοργανισμός στη βιομηχανία τροφίμων.