Cambios en las composiciones químicas y propiedades biológicas de las bebidas de kombucha hechas de té negro y cáscaras y corazones de piña

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 7859 (2023) Citar este artículo

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Se han utilizado varias materias primas como suplementos parciales o reemplazos completos de los ingredientes principales de la kombucha para mejorar las propiedades biológicas de la bebida de kombucha resultante. Este estudio utilizó cáscaras y corazones de piña (PPC), subproductos del procesamiento de piña, como materia prima alternativa en lugar de azúcar para la producción de kombucha. Las kombuchas se produjeron a partir de fusiones de té negro y PPC en diferentes proporciones, y sus perfiles químicos y propiedades biológicas, incluidas las actividades antioxidantes y antimicrobianas, se determinaron y compararon con la kombucha de control sin suplementos de PPC. Los resultados mostraron que el PPC contenía altas cantidades de sustancias beneficiosas, incluidos azúcares, polifenoles, ácidos orgánicos, vitaminas y minerales. Un análisis de la comunidad microbiana en un SCOBY (cultivos simbióticos de bacterias y levaduras) de kombucha mediante secuenciación de última generación reveló que Acetobacter y Komagataeibacter eran las bacterias de ácido acético más predominantes. Además, Dekkera y Bacillus también fueron las levaduras y bacterias destacadas en el SCOBY de kombucha. Se realizó un análisis comparativo de los productos de kombucha fermentados con té negro y una fusión de té negro y PPC, y los resultados revelaron que la kombucha hecha a partir de la infusión de té negro y PPC exhibió un contenido fenólico total y una actividad antioxidante más altos que la kombucha de control. Las propiedades antimicrobianas de los productos de kombucha elaborados con té negro y la infusión de PPC también fueron mayores que las del control. Se detectaron varios compuestos volátiles que contribuyeron al sabor, el aroma y las propiedades beneficiosas para la salud, como ésteres, ácidos carboxílicos, fenoles, alcoholes, aldehídos y cetonas, en productos de kombucha elaborados a partir de una fusión de té negro y PPC. Este estudio muestra que el PPC exhibe un alto potencial como complemento de la infusión de materia prima utilizada con el té negro para la producción de kombucha funcional.

Kombucha es una de las bebidas funcionales más populares que se consumen en todo el mundo. Es una bebida fermentada hecha por fermentación microbiana de té endulzado utilizando consorcios mixtos de bacterias y levaduras, conocido como cultivo simbiótico de bacterias y levaduras (SCOBY)1. Kombucha ha sido reconocida por sus beneficios para la salud debido a su rico contenido de varios metabolitos beneficiosos, que no solo se liberan de la materia prima sino que también se generan durante la fermentación, como polifenoles, ácidos orgánicos, vitaminas, aminoácidos, minerales, proteínas y hidrolíticos. enzimas1,2,3,4,5. El contenido de los principales ingredientes activos en los productos de kombucha varió según el tipo de té, las condiciones de fermentación y la comunidad microbiana en kombucha SCOBY. Por ejemplo, el contenido fenólico total (TPC) de la kombucha preparada con té verde, oolong y negro fue de 1,248, 1,011 y 0,455 mg de ácido gálico/ml de kombucha, respectivamente. Por otro lado, el té negro kombucha presenta un mayor contenido de ácidos orgánicos, como el ácido glucónico (70,11 g/L), ácido acético (11,15 g/L), ácido D-sacárico 1,4-lactona (DSL) (5,23 g/L). L), ácido succínico (3,05 g/L), ácido glucurónico (1,58 g/L) y ácido ascórbico (0,70 g/L) que los tés verde y oolong6. Un estudio de Jakubczyk et al.7 demostró que el té rojo kombucha contenía 242,50 mg/L de contenido total de flavonoides (TFC), que era superior al té verde (181,30 mg/L), el té negro (126,70 mg/L) y el blanco. té (111,60 mg/L) kombuchas. Como se muestra en las revisiones de la literatura, la kombucha posee importantes beneficios para la salud, incluidos los efectos antioxidantes, antimicrobianos, antiinflamatorios y anticancerígenos, así como otras capacidades para apoyar el sistema inmunológico y reducir los problemas de salud relacionados con la diabetes, la digestión y las enfermedades cardiovasculares5,8 ,9,10,11,12,13. Sin embargo, también debe preocuparse que el consumo excesivo de productos de kombucha puede causar acidosis láctica, específicamente en personas inmunodeprimidas, grandes bebedores de alcohol y mujeres embarazadas14,15. La kombucha también se ha relacionado con la hiponatremia, la hepatitis colestásica y tóxica y la miositis anti-Jo116,17,18,19. Debido a la creciente demanda de bebidas funcionales por parte de los consumidores, se cree que la kombucha es una de las opciones más prometedoras, y se prevé que las ventas alcancen los 10.450 millones de dólares en 202714,20.

La kombucha se produce típicamente a partir de té negro (Camellia sinensis) y azúcar, principalmente sacarosa. Sin embargo, diferentes tipos de té, como el té verde, oolong, blanco, rooibos y Pu'er6,7,12,21,22, y diferentes azúcares y edulcorantes, como lactosa, glucosa, fructosa, azúcar de coco, melaza , y aspartame23,24,25, también han sido evaluados como los principales ingredientes para la producción de kombucha, que proporciona diferentes composiciones químicas, características organolépticas, propiedades biológicas y efectos sobre la salud de los productos de kombucha. Además de los ingredientes principales, se han informado materias primas alternativas para reemplazar parcial o completamente los componentes tradicionales y mejorar las propiedades biológicas y los efectos beneficiosos para la salud, que incluyen pasto de trigo26, agua de coco27, cáscara de plátano y ortigas28, hoja de roble29, hoja de guayaba30, serpiente o salak. frutas31, hoja de olivo y miel32, jugos de ananá, manzana y granada33, papaya34, malvavisco o flores de malvavisco35 y menta36. Además, también se ha investigado el uso de otros microorganismos en sustitución del SCOBY de la kombucha, como Trametes versicolor y Lentinula edodes37.

A lo largo de los años, el consumo mundial de piña fresca y procesada se ha incrementado debido a que tiene diversos beneficios para la salud. La producción industrial de piña genera muchos subproductos de la piña, como cáscaras, corazones, hojas y tallos, que representan aproximadamente el 50 % (p/p) del peso de la piña38. Estos subproductos son materias primas económicas utilizadas para la formación de productos de alto valor agregado. Estudios previos han informado que los subproductos, particularmente la cáscara y el corazón de la piña (PPC), poseen un alto contenido de numerosas sustancias biodegradables, incluidos compuestos fenólicos, vitaminas, minerales, enzimas proteolíticas, azúcares y fibras crudas, que proporcionan antioxidantes beneficiosos, antimicrobianos y antimicrobianos. -efectos inflamatorios en la salud39,40,41. Por lo tanto, el PPC se considera un material nutricional prometedor para aumentar los componentes valiosos de los productos funcionales. Varios estudios han proporcionado pistas sobre cómo mejorar las propiedades promotoras de la salud de la suplementación con kombucha con varios ingredientes nutricionales; sin embargo, el uso de PPC fresco como un enriquecimiento valioso del té de kombucha aún requiere una mejor documentación. Por lo tanto, esta investigación está diseñada para evaluar los suplementos de PPC combinados con té negro para alterar las composiciones químicas y promover los beneficios para la salud de los productos de kombucha.

La piña (Ananas comosus L. cv. Pattavia) se recolectó de la Oficina de Investigación y Desarrollo Agrícola (ARD) Región 2, Tailandia, con el permiso de la oficina de ARD. Las hojas secas de té negro se compraron en Royal Project Tea Highland, Chiang Mai, Tailandia. Ni la piña ni el té negro son silvestres, pero se cultivan en las provincias de Nong Khai y Chiang Mai, respectivamente. Los métodos de recolección y preparación de muestras siguieron las pautas y la legislación pertinentes.

Los frutos de piña se lavaron minuciosamente con agua corriente del grifo para eliminar la suciedad y las partículas de tierra. Luego, el PPC se recogió después de pelar la fruta de piña lavada, y el PPC resultante se cortó en trozos pequeños (aproximadamente 0,5 × 0,5 cm). El PPC recién cortado se molió con una licuadora (HR2225/00, Philips, China) y se mantuvo a -20 °C hasta su uso. Para la preparación de té negro endulzado, se remojaron 4,5 g de hojas secas de té negro en 1 L de agua caliente durante 10 min. Después de retirar las hojas de té por filtración a través de cuatro capas de estopilla, se añadieron 60 g de azúcar moreno (Mitr Phol Sugar Corp., Ltd., Tailandia) y se mezclaron hasta que el azúcar se disolvió por completo. El té endulzado resultante se utilizó como material de partida para otros experimentos. Se determinaron las composiciones químicas del PPC fresco y el té negro seco, como el contenido de azúcar total (TS), TPC, TFC y actividad antioxidante.

El cultivo iniciador de kombucha, o kombucha SCOBY (Chiira Organic, Tailandia), se preparó utilizando el método modificado de Torán-Pereg et al.42 Brevemente, se añadió 10 % (v/v) de kombucha SCOBY en frascos de vidrio estériles que contenían 900 ml de té endulzado, y las bocas de los frascos se cubrieron con gasa limpia y se incubaron a temperatura ambiente en la oscuridad. Después de 14 días de incubación, el SCOBY de kombucha resultante se utilizó como cultivo iniciador para la producción de kombucha en experimentos posteriores.

La comunidad microbiana de la kombucha SCOBY se determinó entre 3 y 7 días después de la fermentación en té negro endulzado. El ADN genómico total (ADNg) de bacterias y levaduras en el SCOBY de kombucha se aisló utilizando un procedimiento descrito por Kanwal et al.43 con modificaciones menores. La pureza y concentración del ADNg se evaluó con un BioDrop μLite (Denville Scientific Inc., New Jersey, EE. UU.), según las instrucciones del fabricante, y la calidad del ADN se controló con un gel de agarosa al 1% (Smart Agarose-S BIO, España). Las muestras de gDNA purificadas se enviaron a Novogene Co., Ltd., Beijing, China, para la amplificación por PCR, la preparación de bibliotecas y la secuenciación. Los cebadores conservados 341F (5'-CCTAYGGGRBGCASCA-3') y 806R (5'-GGACTACNNGGGTATCTAA-3') se usaron para amplificar la región V3–V4 del gen 16S rRNA bacteriano para la identificación bacteriana y los cebadores ITS5-1737F (5 '-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3') e ITS2-2043R (5'-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3') se usaron para amplificar la región del espaciador transcrito interno (ITS) para la identificación de hongos. La secuenciación de alto rendimiento se realizó con la plataforma Illumina NovaSeq PE250 (Novogene Co., Ltd., Beijing, China) y se generaron y analizaron lecturas de extremos emparejados de 250 pb. Brevemente, las regiones objetivo se amplificaron utilizando cebadores específicos que se conectan con códigos de barras, y los productos de PCR con el tamaño adecuado se seleccionaron mediante electroforesis en gel de agarosa al 2 %. La cantidad exacta de productos de PCR de cada muestra se agruparon, se repararon en los extremos, se colocaron en cola A y se ligaron con adaptadores Illumina. Después del análisis de cuantificación y distribución de tamaño, las bibliotecas cuantificadas se agruparon y secuenciaron en la plataforma Illumina para generar lecturas sin procesar de extremos emparejados de 250 pb de acuerdo con un protocolo estándar de Illumina. Después de truncar las secuencias del código de barras y del cebador, las lecturas de extremos emparejados se fusionaron usando FLASH (Versión 1.2.11; http://ccb.jhu.edu/software/FLASH/)44 y se obtuvieron las etiquetas sin procesar. El filtrado de calidad de las etiquetas sin procesar se realizó con el software FASTP (versión 0.20.0) para obtener etiquetas limpias de alta calidad. Se utilizó un software Vsearch (versión 2.15.0) para limpiar las etiquetas con la base de datos de referencia (base de datos Silva para 16S/18S; https://www.arbsilva.de/, y base de datos Unite para ITS; https://unite. ut.ee/) para detectar las secuencias quimeras45. Después de eliminar las secuencias de quimeras, las etiquetas efectivas resultantes se eliminaron utilizando el Divisive Amplicon Denoising Algorithm 2 (DADA2) o el módulo deblur en el software Quantitative Insights into Microbial Ecology (QIIME2) (Versión QIIME2-202,006), y las secuencias con menos de 5 de abundancia (n < 5 dentro de todas las muestras) se filtraron para obtener variantes de secuencia de amplicón final (ASV). La clasificación taxonómica del filo, clase, orden, familia, género y especie se realizó utilizando el módulo Classify-sklearn en el software QIIME2 basado en la anotación de unidades taxonómicas operativas (OTU)46.

Las bebidas de kombucha se produjeron a partir de una fusión de té negro y PPC utilizando el procedimiento descrito por Jayabalan et al.1, Kaewkod et al.6 y Jakubczyk et al.7, con ligeras modificaciones. Brevemente, se remojaron 4,5 g de hojas secas de té negro en 1 L de agua caliente desionizada durante 10 min. Después de retirar las hojas de té por filtración a través de cuatro capas de gasa, el té caliente resultante se usó como medio de fermentación para la producción de kombucha. Se produjeron siete formulaciones de las bebidas de kombucha utilizando diferentes contenidos de azúcar en el azúcar moreno y PPC, es decir, K1: 60 g de azúcar moreno y 0 g de PPC; K2: 50 g de azúcar moreno y 10 g de PPC; K3: 40 g de azúcar moreno y 20 g de PPC; K4: 30 g de azúcar moreno y 30 g de PPC; K5: 20 g de azúcar moreno y 40 g de PPC; K6: 10 g de azúcar moreno y 50 g de PPC; y K7: 0 g de azúcar moreno y 60 g de PPC. Las concentraciones de azúcar total en las mezclas de fermentación se ajustaron a 60 g/L con jugo de piña extraído del PPC para garantizar la validez de las comparaciones de producción de kombucha. Se añadió un cultivo iniciador de kombucha a las mezclas de fermentación para dar una concentración final del 10% (v/v). Las bocas de los frascos de fermentación se cubrieron cuidadosamente con cuatro capas de estopilla y los frascos se colocaron en la oscuridad a temperatura ambiente para permitir la fermentación durante 14 días. Durante la fermentación, se tomaron muestras de kombucha cada dos días y se analizaron los perfiles químicos y las propiedades biológicas, incluidas las actividades antioxidante y antimicrobiana. Kombucha K1 sin suplementación con PPC se utilizó como tratamiento de control en este estudio. La figura 1 muestra un diagrama de flujo del proceso de los experimentos de fermentación de kombucha. Se realizaron tres réplicas independientes para cada formulación de producción de kombucha y los resultados se presentan como la media ± desviación estándar (DE).

Un diagrama de flujo de proceso para experimentos de fermentación de kombucha. (K1: 60 g de azúcar moreno y 0 g de PPC; K2: 50 g de azúcar moreno y 10 g de PPC; K3: 40 g de azúcar moreno y 20 g de PPC; K4: 30 g de azúcar moreno y 30 g de PPC; K5: 20 g de azúcar moreno y 40 g de PPC; K6: 10 g de azúcar moreno y 50 g de PPC; y K7: 0 g de azúcar moreno y 60 g de PPC).

El potencial de reducción total o actividad antioxidante de una muestra de kombucha se determinó a partir de su capacidad para reducir Fe3+ a Fe2+ utilizando el método de potencia reductora de iones férricos (FRAP) descrito por Amanzadeh-Salout et al.47 con algunas modificaciones. El reactivo FRAP se preparó mezclando 100 ml de tampón acetato, 10 ml de solución 10 mM de 2,4,6-tris(2-piridil)-s-triazina (TPTZ) y 10 ml de solución 20 mM de FeCl3·3H2O. Cincuenta microlitros de la muestra de kombucha se mezclaron con 1,5 mL del reactivo FRAP y 150 μL de agua destilada, y la mezcla de reacción se mantuvo en la oscuridad a temperatura ambiente durante 10 min. Después de la incubación, se midió la absorbancia de la mezcla de reacción a una longitud de onda de 593 nm. La actividad antioxidante FRAP se determinó a partir de una curva de calibración generada con sulfato ferroso heptahidratado como estándar de referencia y expresada en milimolar de Fe(II) por litro de kombucha (mM Fe(II)/L).

Las actividades depuradoras del radical ABTS+ se determinaron con base en el método modificado descrito por Mukherjee et al.48 Para la preparación del reactivo ABTS•+, se mezcló una solución madre de ABTS (7 mM) con persulfato de potasio 2,45 mM y se incubó durante la noche en la oscuridad a temperatura ambiente. El reactivo madre ABTS•+ se diluyó con agua destilada para dar una absorbancia de 0,700 a 734 nm y la relación de dilución resultante se usó para preparar la solución de reacción. Se mezclaron cien microlitros de la solución de muestra diluida con 3,8 ml de solución de reacción. Después de 6 min de incubación en la oscuridad a temperatura ambiente, se midió la absorbancia de la mezcla de reacción a una longitud de onda de 734 nm. El ácido ascórbico se utilizó como referencia estándar y el porcentaje de inhibición por ABTS+ se calculó mediante la siguiente ecuación: % de inhibición = [(Acontrol − Amuestra)/(Acontrol)] × 100, donde Acontrol es el reactivo ABTS•+ diluido sin solución de muestra, y Amuestra es la mezcla de reacción de la solución de muestra y el reactivo ABTS•+ diluido.

La actividad antimicrobiana de la kombucha contra las bacterias patógenas se probó con el método de difusión en pozos de agar utilizando el protocolo descrito por Kaewkod et al.6 con ligeras modificaciones. Las cepas bacterianas utilizadas en este estudio, incluidas las bacterias gramnegativas (Aeromonas hydrophila, Escherichia coli ATCC 25922, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 y Salmonella typhi DMST 22842) y las bacterias grampositivas (Bacillus cereus) se obtuvieron amablemente de la Facultad de Medicina Asociada. Ciencias Médicas, Universidad de Khon Kaen, Tailandia. Para la prueba de actividad antimicrobiana, se transfirieron 200 μl de cultivo bacteriano a medio de caldo de infusión de cerebro y corazón (BHI) y se incubaron a 37 °C y 150 rpm durante 18–24 h. El crecimiento del cultivo bacteriano se midió por espectrofotometría a 600 nm y se secó en agar Mueller-Hinton (MH) (Himedia ™, India). Se prepararon pocillos de 6 mm de diámetro en placas de agar con un sacacorchos estéril. Las muestras de kombucha se centrifugaron a 10.000 rpm durante 5 min para eliminar los restos celulares y, a continuación, el sobrenadante se filtró a través de un microfiltro estéril de 0,22 μm y se transfirió a los pocillos de agar. Las placas se mantuvieron a 4 °C durante 2 horas y luego se incubaron a 37 °C durante 18 a 24 horas. Las zonas de inhibición para el crecimiento bacteriano se determinaron según lo descrito por Battikh et al.8 Se realizó una comparación de la actividad antimicrobiana de la kombucha fresca con ácido acético como control positivo y agua destilada como control negativo. Para la preparación del tratamiento de control, se mezclaron 8,5 g/L de ácido acético con agua destilada estéril y se ajustó el pH a 3,0 (el mismo pH que las muestras de kombucha). La solución resultante se esterilizó por filtración y se usó para probar la actividad antimicrobiana junto con las muestras de kombucha.

La composición química del PPC, incluidos los azúcares (como glucosa, fructosa y sacarosa), vitaminas (B1, B2, B3, B6, B9 y B12) y ácidos orgánicos (ácido cítrico, ácido ascórbico y ácido fórmico). ), se analizaron mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) con un detector de índice de refracción (IR) (Shimadzu, Kyoto, Japón) y una columna Aminex HPX-87H (300 × 7,8 mm) (Bio-Rad, Hercules, CA , EE. UU.) a 50 °C. Los contenidos minerales (nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio, manganeso, zinc, ferroso, cobre, calcio, sodio, cobalto y molibdeno) se determinaron mediante espectroscopía de absorción atómica (AAS) en el Laboratorio Central (Tailandia) Co., Ltd., Sucursal de Khon Kaen, Tailandia. Los pH de las muestras de kombucha se midieron con un pHmetro electrónico (FE28 FiveEasy, Mettler Toledo, Suiza) y la acidez total se determinó mediante el método descrito por Osiripun et al.33 El color de los productos de kombucha se determinó en una escala L *, a* y b* con un método de referencia estándar utilizando Ultrascan XE SN-U3115 (Hunterlab, Reston, Virginia, EE. UU.). El TS en la kombucha se analizó con el método de fenol-ácido sulfúrico.49 El TPC se determinó por el método de Folin-Ciocalteu7 usando ácido gálico como estándar, y los resultados se expresaron como equivalentes de ácido gálico gramo (GAE) por litro de la bebida de kombucha. (g EAG/L). El TFC se determinó mediante el ensayo colorimétrico de cloruro de aluminio50 utilizando quercetina como estándar. El TFC se expresó en miligramos de equivalente de quercetina (QE) por litro de bebida de kombucha (mg QE/L). La concentración de etanol en la kombucha se determinó mediante cromatografía de gases (GC) (GC-14B, Shimadzu, Kyoto, Japón) usando una columna rellena de polietilenglicol (PEG-20 M) con un detector de ionización de llama (FID). Los compuestos volátiles en las bebidas de kombucha se determinaron utilizando un GC (Agilent 7890A) equipado con un espectrómetro de masas (Agilent 7000B, Agilent Technologies, Inc., Palo Alto, CA, EE. UU.). La separación de analitos se evaluó con una columna capilar DB-wax (60 m de largo, 0,25 mm de diámetro y 0,25 μm de espesor de película).

Se utilizó un diseño aleatorio completo (CRD) para los experimentos de fermentación de kombucha con tres repeticiones, y todos los datos se expresaron como la media ± DE. Las diferencias significativas entre grupos se evaluaron mediante SPSS versión 28.0. (IBM SPSS Statistics, Armonk, NY: IBM Corp.) Se definió un nivel estadísticamente significativo con el análisis de varianza unidireccional (ANOVA) seguido de una prueba post hoc LSD a un nivel de 0,05 (p ≤ 0,05 significa significación).

Se evaluaron las composiciones químicas del té negro y el PPC fresco, incluidos TS, TPC, TFC y la actividad antioxidante, y los resultados se resumen en la Tabla 1. Los TS y TPC del PPC fueron aproximadamente 315 y dos veces más altos que los de té negro. Sin embargo, el té negro mostró una TFC y una actividad antioxidante significativamente más altas que el PPC. Con base en los ensayos FRAP y ABTS, el té negro exhibió una fuerte capacidad de inhibición de radicales libres (0,82 mM Fe(II)/L) y capacidad de captación de radicales (89,94 % de inhibición), aproximadamente 1,7 y 1,5 veces, respectivamente, mayor que la de PPC. La alta actividad antioxidante del té negro puede estar asociada con los altos niveles de polifenoles y flavonoides, como en un estudio de Zhang et al.51, quienes informaron un mayor contenido fenólico y una capacidad antioxidante más vital en el té negro. Debido a un bajo nivel de ST (0,15 g/L), el té negro es una bebida sin azúcar o baja en calorías. El PPC exhibió un pH más bajo que el té negro, lo que puede correlacionarse con un alto nivel de acidez, específicamente ácido cítrico y ácido ascórbico. El pH del té negro era de 4,60, lo que significa que el té negro es ligeramente ácido debido a la acidez de las hojas de té. Uno de los ácidos dominantes en el té negro es el ácido tánico (que representa el 13,36 %), que juega un papel crucial en la determinación del sabor del té negro52,53. Estudios previos demostraron que las condiciones ácidas (pH inferior a 7,0) mantuvieron la estabilidad de los compuestos beneficiosos en la materia prima54. Por lo tanto, el té negro y el PPC son fuentes potenciales de compuestos fenólicos y flavonoides que podrían desempeñar un papel vital en las fuertes capacidades antioxidantes de los productos de kombucha.

Naturalmente, los compuestos fenólicos y flavonoides contribuyen principalmente a las propiedades antioxidantes de las plantas, que potencian la inhibición de los radicales libres debido a la capacidad del grupo hidroxilo de donar un átomo de hidrógeno a un radical libre55. En este estudio, el TPC y TFC de PPC representaron 0,10 g de GAE/L y 2,97 mg de QE/L, respectivamente, y la capacidad de inhibición de radicales y la actividad depuradora de PPC fueron 0,49 mM Fe(II)/L y 58,97 % , respectivamente, que fueron similares a los informados por Azizan et al.39 En cuanto al contenido de azúcar, la glucosa y la fructosa fueron los azúcares significativos detectados en la PPC, representando 22,93 y 18,87 g/kg de peso fresco (PV). El contenido de sacarosa representó 10,80 g/kg FW (Cuadro 2). Según estos hallazgos, el PPC podría usarse como una fuente alternativa de azúcar para reemplazar parcial o totalmente la sacarosa, uno de los azúcares más utilizados para la producción de kombucha.

El ácido cítrico fue el ácido orgánico predominante detectado en el PPC, representando 590 mg/100 g FW. Cabe señalar que el contenido de ácido ascórbico o vitamina C en el PPC fue de 0,02 mg/100 g FW, que fue marcadamente inferior al informado por Mohsin et al.40 (47,90 mg/100 mg FW). Este hallazgo podría atribuirse a las diferencias en las especies de plantas, las etapas de cosecha y los métodos de procesamiento de la piña. Sorprendentemente, el PPC contiene muchas vitaminas, principalmente pertenecientes al Grupo B, que se refiere al grupo de vitaminas solubles en agua (los contenidos de B1, B3, B6 y B9 fueron 0,05, 0,07, 0,01 y 0,01 mg/100 g FW, respectivamente) . Las vitaminas B2 y B12 no se detectaron en este estudio. Se sabe que todas las vitaminas detectadas en PPC benefician la salud humana, por ejemplo, B1 es un cofactor esencial para muchas reacciones catalizadas por enzimas en diferentes metabolismos de carboxilación, mientras que B3 es un cofactor para muchas enzimas que participan en varias vías metabólicas y reducen el nivel. del colesterol y mejorar la circulación sanguínea. B6 es esencial para convertir la homocisteína en metionina, lo que reduce el nivel de homocisteína en el cuerpo. Además, B9 es un cofactor en las transferencias de átomos de carbono catalizadas por enzimas en muchas rutas metabólicas, incluidas las biosíntesis de purinas y pirimidinas (esenciales para el ADN y el ARN) y las interconversiones de aminoácidos56,57. En el caso de la nutrición de la piña, varios estudios han informado que B1 (0,05–0,14 mg/100 g), B3 (0,13–0,27 mg/100 g) y B6 (0,08–0,11 mg/100 g) son los más predominantes entre todas las vitaminas58.

Además de azúcares, ácidos orgánicos y vitaminas, el PPC también contiene varios minerales o elementos, algunos de los cuales son esenciales para el crecimiento microbiano y la actividad metabólica. El nitrógeno (N) fue el principal elemento detectado en el PPC, con 1410 mg/kg FW, seguido del potasio (K) (991,95 mg/kg), magnesio (Mg) (77,80 mg/kg), calcio (Ca) ( 72,30 mg/kg), zinc (Zn) (71,75 mg/kg), y el más bajo fue el hierro (Fe) (7,60 mg/kg) (Cuadro 2). El N y el fósforo (P) son esenciales para la biosíntesis de proteínas y ácidos nucleicos, mientras que el Fe, el Mg y el Zn son necesarios para el crecimiento microbiano y sirven como cofactores para varias enzimas en la vía de reacción bioquímica microbiana59. El K es necesario para el funcionamiento normal de todas las células y regula los latidos del corazón, asegura las actividades de los músculos y los nervios y apoya la síntesis de proteínas y el metabolismo de los carbohidratos. Cabe destacar que los contenidos de K y Zn en el PPC utilizado en este estudio fueron significativamente superiores, mientras que los de Mg, Ca y manganeso (Mn) fueron considerablemente inferiores a los informados por Lu et al.60 y Romelle et al. 61, lo que podría deberse a las diferentes variedades de plantas, condiciones ambientales de crecimiento y etapas de cosecha.

Los microorganismos encontrados en el SCOBY de kombucha fueron principalmente bacterias del ácido acético (AAB) y levaduras, que afectan significativamente las propiedades bioquímicas de los productos de kombucha, y la diversidad de microbios puede variar según la fuente de SCOBY, el medio de cultivo, las condiciones de fermentación y el materias primas utilizadas para la producción de kombucha1,5. La Figura 2 ilustra la diversidad microbiana de SCOBY de kombucha de 3 y 7 días según los análisis de secuenciación de próxima generación. Se identificaron varias bacterias, como Acetobacter, Komagataeibacter, Bacillus, Bosea, Blautia, Cellvibrio y Faecalibacterium. Entre las bacterias encontradas en el SCOBY de kombucha de 3 días, las más predominantes fueron Acetobacter y Komagataeibacter, representando el 85,35 y el 6,81% del total, respectivamente (Fig. 2A). Estas dos bacterias se clasifican como AAB, que son responsables de la producción de ácidos orgánicos, como el ácido acético, el ácido glucurónico, el ácido glucónico, el ácido ascórbico y el ácido succínico. Además, también forman biopelículas de celulosa y prometedores compuestos detoxificantes y antioxidantes, en concreto DSL1,11,62. Varios estudios también han señalado que se encontraron AAB en productos de kombucha en niveles más altos que las bacterias del ácido láctico (BAL)63,64. Un estudio reciente de Lee et al.65 demostró que los principales BAA encontrados en varias muestras comerciales de SCOBY de kombucha fueron Gluconobacter (95,25%) y Komagataeibacter (76,69%). Las LAB predominantes detectadas en la kombucha pertenecían principalmente al grupo Lactobacillus, que mejora la función biológica como bebidas probióticas de la kombucha66,67. Sin embargo, no se detectaron BAL en el presente estudio. Bacillus es otra bacteria que se encuentra en kombucha SCOBY, representando el 1,07%, que es responsable de la producción de ácido láctico. Las especies de Bacillus también se han utilizado como probióticos en varios productos alimenticios y bebidas. En la fermentación de alimentos, algunos probióticos de Bacillus se utilizan como factor clave en la fermentación de soja y productos dietéticos para generar diversos antioxidantes y antimicrobianos68. Las cepas de Bacillus combinadas con metabolitos secundarios de plantas mejoraron la aparente biodisponibilidad y digestibilidad en el sistema intestinal69. Además de AAB y Bacillus, otras bacterias presentes en la kombucha SCOBY, como Blautia sp. y Faecalibacterium sp., también pueden desempeñar un papel durante la fermentación de la kombucha, aunque se encontraron en un número relativamente bajo. Con base en las revisiones de la literatura, Blautia sp. y Faecalibacterium sp. son conocidos como productores de ácido acético, ácido butírico y ácidos grasos de cadena corta. Además, ambas cepas se consideran probióticos potenciales de próxima generación que pueden desempeñar un papel en la regulación de la salud del huésped y el alivio de los síndromes metabólicos70,71.

Comunidad microbiana en kombucha SCOBY. Diversidad bacteriana en kombucha SCOBY después de 3 días (A) y 7 días (B) de fermentación. Diversidad fúngica en kombucha SCOBY después de 3 días (C) y 7 días (D) de fermentación.

Durante la fermentación de kombucha, la comunidad microbiana exhibió un cambio notable en la diversidad bacteriana, principalmente en el SCOBY de kombucha de 7 días (Fig. 2B). El porcentaje de Acetobacter disminuyó ligeramente de 85,35 a 82,04 %, mientras que las proporciones de Komagataeibacter y Bacillus aumentaron a 7,35 y 1,36 %, respectivamente, lo que podría deberse a los cambios bioquímicos en la kombucha que afectan el crecimiento y desarrollo bacteriano. Estudios previos informaron que Acetobacter participaba en la oxidación del etanol y estaba fuertemente asociado con un ambiente altamente alcohólico, mientras que Komagataeibacter utiliza glucosa, fructosa, sacarosa y etanol durante el metabolismo72,73.

Las levaduras también juegan un papel vital en la hidrólisis de la sacarosa en glucosa y fructosa y finalmente en etanol, lo que influye en los sabores y aromas de los productos de kombucha. En este estudio, Dekkera fue la levadura predominante en el SCOBY de kombucha de 3 días, representando el 97,94% (Fig. 2C). La caída del valor de pH de la kombucha durante la fermentación provocó una reducción en el crecimiento de Dekkera, que se puede ver en el SCOBY de kombucha de 7 días; el porcentaje de Dekkera había disminuido del 97,94 % al 89,05 % (fig. 2D). Dekkera produce altos niveles de etanol y está asociado con la producción de ácidos orgánicos y ésteres, que influyen en el aroma de la kombucha y la convierten en una buena opción para la producción de bebidas alcohólicas y bioetanol73,74,75. Tran et al.76 informaron que Dekkera exhibió una actividad de invertasa y una eficiencia fermentativa relativamente altas en la producción de altos contenidos de etanol.

Además de Dekkera sp., también se detectaron varias otras levaduras en abundancia relativamente baja, como Chloridium, Archaeorhizomyces, Trichoderma, Rhizospogon, Saitozyma y Suillus, la mayoría de las cuales son hongos asociados a plantas que se encuentran en la superficie de las plantas y en la rizosfera. Aunque se sabe que algunos producen enzimas celulolíticas, como Trichoderma, otros, como Saitozyma, producen ácido glucónico77,78. La pequeña presencia de estos hongos puede no jugar ningún papel en el proceso de kombucha. En particular, la levadura etanológena común Saccharomyces cerevisiae, un conocido productor de etanol en bebidas alcohólicas, no se detectó en este estudio, lo que podría atribuirse a las diferentes fuentes de kombucha SCOBY y a las condiciones de fermentación.

Durante la fermentación de la kombucha, una biopelícula, identificada como la capa de celulosa a la que se unen las células microbianas, fue visible en 3 días y flotó sobre el medio de cultivo en 14 días de fermentación. El color de los productos de kombucha variaba según los tipos y proporciones de la materia prima utilizada. Como se muestra en la Tabla 3, los valores L* de la kombucha producida a partir de fusiones de té negro y PPC oscilaron entre 88,68 y 90,85, que fueron más altos que los de la kombucha de control (74,60), lo que indica que los productos de kombucha a partir de fusiones de té negro y Los PPC fueron más claros que el control de kombucha. Por otro lado, los valores a* y b* de la kombucha de control fueron más altos que los productos de kombucha de fusiones de té negro y PPC, lo que indica un color más rojo amarillento que los producidos a partir de fusiones de té negro y PPC (Fig. 3) .

La aparición de productos de kombucha elaborados con té negro y fusiones de té negro y PPC usando diferentes contenidos de azúcar en el azúcar moreno y PPC como se describe en "Materiales y métodos". (K1: 60 g de azúcar moreno y 0 g de PPC; K2: 50 g de azúcar moreno y 10 g de PPC; K3: 40 g de azúcar moreno y 20 g de PPC; K4: 30 g de azúcar moreno y 30 g de PPC; K5: 20 g de azúcar moreno y 40 g de PPC; K6: 10 g de azúcar moreno y 50 g de PPC; y K7: 0 g de azúcar moreno y 60 g de PPC).

El pH inicial de la kombucha de control (K1) (pH 4,99) fue ligeramente superior al de las kombuchas suplementadas con PPC (K2–K7), que osciló entre 3,85 y 4,46. El aumento de la suplementación con PPC disminuyó los valores de pH de la kombucha, lo que podría estar relacionado con la alta acidez ya que el PPC contiene un alto contenido de ácidos orgánicos, específicamente debido al ácido cítrico y al ácido ascórbico (Tabla 2). Durante la fermentación, el pH de la kombucha se redujo drásticamente de 3,85 a 4,99 a 2,95 a 3,30, que estaba en el rango aceptable para las bebidas de kombucha según la recomendación de la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA)5. En particular, las disminuciones en el pH de las kombuchas producidas a partir de fusiones de té negro y PPC (K2-K7) fueron más significativas que las de la kombucha de control (K1) (Fig. 4). La disminución del pH durante el período de fermentación indicó que las bacterias y levaduras en el SCOBY de kombucha convirtieron los azúcares en varios ácidos orgánicos, como ácido acético, ácido glucónico, ácido glucurónico, ácido láctico y otros metabolitos secundarios79. Además, un pH bajo de kombucha también limita el crecimiento indeseable de contaminantes microbianos4. Cabe señalar que los valores finales de pH de los productos de kombucha pueden estar correlacionados con las diferentes sustancias liberadas de las materias primas o generadas durante la fermentación, lo que puede afectar el crecimiento microbiano y las actividades metabólicas de la kombucha SCOBY79.

Cambios en los valores de pH durante la fermentación de productos de kombucha hechos de té negro y fusiones de té negro y PPC utilizando diferentes contenidos de azúcar en el azúcar moreno y PPC como se describe en "Materiales y métodos".

Las concentraciones iniciales de azúcar de las bebidas de kombucha fueron de aproximadamente 60 g/L. Se observaron cambios en el contenido de TS durante el proceso de fermentación debido a las actividades microbianas de la kombucha SCOBY, que utilizó el azúcar como fuente de carbono para crecer y producir sustancias bioactivas beneficiosas. Hubo reducciones dramáticas en el contenido de azúcar de todos los productos de kombucha, especialmente durante los primeros 2 a 8 días de fermentación, dependiendo de las proporciones de las materias primas utilizadas. Una alta proporción de PPC proporcionó una alta tasa de consumo de azúcar, lo que puede atribuirse a la glucosa y la fructosa, los principales azúcares que se encuentran en el PPC, que las células microbianas absorben de manera más eficiente que otros azúcares. Las concentraciones finales de TS de las kombuchas producidas a partir de fusiones de té negro y PPC (K2–K7) oscilaron entre 1,70 y 11,13 g/L, que fueron inferiores a las de la kombucha de control (20,45 g/L) (K1) (Fig. 5). Este hallazgo sugirió que el PPC mejoró el crecimiento y las actividades metabólicas de la comunidad microbiana en el SCOBY de kombucha que utilizó los azúcares como fuentes de nutrientes que respaldan la producción de metabolitos valiosos. Cabe señalar que las concentraciones finales de ST en los productos de kombucha del presente estudio fueron inferiores a las reportadas por Osiripun et al.33 y Lee et al.65, lo que podría deberse a las diferencias en los contenidos iniciales de ST, la diversidad y actividades metabólicas de las comunidades microbianas de la kombucha SCOBY, los niveles de suplementación nutricional y las condiciones de fermentación.

Cambios en el contenido total de azúcar durante la fermentación de productos de kombucha elaborados con té negro y fusiones de té negro y PPC usando diferentes contenidos de azúcar en el azúcar moreno y PPC como se describe en "Materiales y métodos".

Se sabe que la kombucha contiene altas cantidades de polifenoles, que provienen de las hojas de té y también son generados durante la fermentación por la comunidad microbiana en la kombucha SCOBY. En comparación con las materias primas, los productos de kombucha elaborados a partir de fusiones de té negro y PPC mostraron contenidos fenólicos más altos que los materiales originales de té negro y PPC. El contenido fenólico de los productos de kombucha tendió a aumentar al final de la fermentación, específicamente para aquellos suplementados con 30–60 g/L de PPC, en comparación con los suplementados con 10–20 g/L de PPC y el tratamiento de control sin adición de PPC. El mayor contenido fenólico de los productos de kombucha elaborados a partir de fusiones de té negro y PPC puede estar relacionado con la liberación de polifenoles del PPC, como se observó en otros estudios que utilizaron jugo de pasto de trigo26, zanahorias negras80 y plantas medicinales81. Estudios previos han demostrado que el PPC contiene varios compuestos químicos beneficiosos, y los polifenoles se encuentran entre esos compuestos61,82,83.

El contenido fenólico final de la kombucha de control fue de 0,28 g GAE/L, mientras que las kombuchas elaboradas a partir de fusiones de té negro y PPC tenían contenidos fenólicos en el rango de 0,27 a 0,34 g GAE/L (Tabla 4). Las fluctuaciones observadas en el contenido fenólico durante la fermentación pueden estar asociadas con la actividad metabólica de la comunidad microbiana en la kombucha SCOBY. El efecto sinérgico de las enzimas, como la celulasa, la glucanasa, la pectinasa y la glucosidasa, producidas por las bacterias y la levadura en el SCOBY de kombucha, puede degradar los complejos de polifenoles de las materias primas en monómeros de polifenoles más pequeños, lo que aumenta el contenido fenólico de los productos de kombucha. . Otra posibilidad es que las paredes celulares de las plantas, como las del té, contuvieran altos niveles de fenoles insolubles unidos, que eran difíciles de liberar en los productos de kombucha. Los metabolitos beneficiosos producidos por la comunidad microbiana durante la fermentación de la kombucha, como ácidos, alcoholes y ésteres, pueden afectar la solubilidad de los compuestos fenólicos, lo que lleva a la liberación de fenoles unidos insolubles67. Según la reducción de TPC observada en los productos de kombucha, la comunidad microbiana en el SCOBY de kombucha también puede liberar enzimas hidrolíticas para degradar los polifenoles en otros metabolitos y usarlos como fuentes de nutrientes para actividades metabólicas, lo que lleva a una reducción en el TPC6,84 ,85. La polimerización de los polifenoles en complejos de alto peso molecular también puede inhibir la detección de estos compuestos en los productos de kombucha86; por tanto, la despolimerización de los compuestos activos polimerizados podría aumentar el contenido de fenol total medido.

Los flavonoides son omnipresentes en los compuestos de polifenoles y se encuentran entre los metabolitos secundarios de plantas más abundantes y extendidos. Muchas plantas comestibles, como el té y la piña, contienen grandes cantidades de flavonoides61,82,87. En este estudio se determinaron los contenidos de flavonoides de las kombuchas producidas a partir de té negro y de fusiones de té negro y PPC, y los resultados se resumen en la Tabla 5. La kombucha de té negro (K1) exhibió un mayor contenido de flavonoides que las producidas a partir de una fusión de té negro y el PPC. El aumento de las proporciones de suplementos de PPC condujo a una reducción en el contenido inicial de flavonoides de la kombucha, particularmente para aquellos suplementados con 40–60 g/L de PPC; los contenidos iniciales de flavonoides oscilaron entre 21,68 y 24,05 mg QE/L. Se observó una marcada disminución en el contenido de flavonoides durante la fermentación de los productos de kombucha suplementados con 10 g/L (K2), 20 g/L (K3) y 30 g/L de PPC (K4), mientras que otros productos de kombucha (K1, K6 , y K7) mostraron ligeras diferencias entre los contenidos de flavonoides inicial y final. Los cambios observados en los contenidos de flavonoides durante la fermentación pueden atribuirse a las reacciones oxidativas de los polifenoles, lo que también fue informado por Gaggìa et al.88 y Jakubczyk et al.7 Biodegradación fermentativa de los flavonoides en moléculas más pequeñas por las enzimas hidrolíticas liberadas de la comunidad microbiana en la kombucha SCOBY también es una posibilidad89. Un ejemplo es el de las LAB, especialmente Lactiplantibacillus plantarum, que libera β-glucosidasa para degradar polifenoles y flavonoides90,91. Además, también pueden estar involucrados otros factores, como las reducciones extraíbles y las reacciones de esterificación que ocurren durante la fermentación92.

La mayoría de los productos de kombucha estudiados aquí contenían niveles bajos de etanol, que oscilaban entre 0,09 y 0,99 % (v/v). El nivel más alto de etanol se detectó en el producto K3 kombucha, mientras que el más bajo se encontró en el control kombucha (K1) (Tabla 6). Cabe señalar que la suplementación de la kombucha con PPC dio concentraciones de etanol más altas que las de la kombucha de control elaborada sin la suplementación con PPC. Las concentraciones más altas de etanol en las kombuchas suplementadas con PPC pueden estar correlacionadas con las sustancias beneficiosas en el PPC, ya que contenían no solo azúcar sino también minerales y vitaminas (Tabla 2), lo que podría promover el crecimiento y la actividad metabólica de la comunidad microbiana en el kombucha SCOBY. También se observaron resultados similares para la kombucha fermentada con jugos de frutas, como manzanas, granadas, uvas rojas y jugos de cereza agria, en los que las concentraciones finales de etanol fueron 0,82 %, 0,84 %, 0,59 % y 0,67 % (v/v) etanol, respectivamente93. En comparación con el estudio actual, también se informaron valores bajos (0,30–0,60%)94,95 y valores altos para el contenido de etanol (1,14–5,83%)7,88,96, lo que podría deberse a las diferencias en las materias primas. utilizado, las condiciones de fermentación, las fuentes y las composiciones microbianas en el SCOBY de kombucha y los materiales complementarios de kombucha97. En cuanto a los beneficios para la salud de la kombucha, un nivel bajo de etanol tiene una influencia inocua sobre la salud humana, similar a las bebidas bajas en alcohol en las que los contenidos de etanol oscilan entre 0,05 y 1,20%93.

Durante la fermentación, la levadura y las bacterias en la kombucha SCOBY usan diferentes vías metabólicas para metabolizar los azúcares complejos en varias sustancias beneficiosas, incluidos los ácidos orgánicos. Se han encontrado muchos ácidos orgánicos en los productos de kombucha, como el ácido acético, el ácido láctico, el ácido glucónico, el ácido glucurónico, el ácido cítrico, el ácido succínico y el ácido butírico5, que influyen en el aroma y el sabor de la kombucha. Esta acumulación de ácidos orgánicos provoca diferentes cambios en la acidez total y el pH de los productos de kombucha. Se encontró que la acidez total de los productos de kombucha producidos a partir de la fusión de té negro y PPC estaba en el rango de 15,43-41,25 g/L, que era más alta que la de la kombucha de control (6,19 g/L) (Tabla 6). Al igual que con los perfiles de etanol, la mayor acumulación de ácidos orgánicos en los productos de kombucha suplementados con PPC podría estar correlacionada con las sustancias valiosas en PPC que favorecen el crecimiento y la actividad metabólica de la comunidad microbiana en el SCOBY de kombucha. Estudios anteriores también demostraron que la suplementación con sustratos beneficiosos, como bálsamo de limón, cáscara de mangostán, espinacas, manzana, uva roja y jugo de granada, enriqueció la kombucha SCOBY con un contenido de ácido mucho más alto en comparación con la kombucha tradicional93,98. En particular, los ácidos orgánicos acumulados en los productos de kombucha dependían de varios factores, como el contenido inicial de azúcar, la composición microbiana del SCOBY de kombucha y las condiciones de fermentación. La acumulación excesiva de ácidos orgánicos con pH bajos puede afectar negativamente la salud humana, como la acidosis; por lo tanto, las condiciones de fermentación de la kombucha deben optimizarse14,15.

Según los análisis de GC-MS, se produjeron un total de 28 compuestos volátiles, incluidos 12 ésteres, 6 ácidos carboxílicos, 5 fenoles, 3 alcoholes, 1 aldehído y 1 cetona, dentro de los 14 días posteriores a la fermentación de la kombucha (Tabla 7), de acuerdo con un informe de de Melo et al.99 Otros compuestos volátiles que no se detectaron en nuestro estudio, como aminas, lactonas de hidrocarburos y terpenos, también fueron informados por de Melo et al.99 Las diferencias en los compuestos volátiles que surgen de diferentes kombucha los productos pueden estar asociados con las materias primas utilizadas, la composición microbiana de la kombucha SCOBY y las condiciones de fermentación. Se detectaron diecinueve compuestos volátiles, en su mayoría ésteres, ácidos carboxílicos y alcoholes, en la kombucha de control (K1). En comparación, los productos de kombucha hechos de fusiones de té negro y PPC (K2-K7) contenían de 19 a 23 compuestos, de los cuales el producto de kombucha K7 tenía la mayor cantidad de compuestos volátiles. En particular, 12 compuestos, incluidos acetato de etilo, decanoato de etilo, dodecanoato de etilo, ácido acético, ácido isobutírico, ácido 2-metilhexanoico, 4-etil-2-metoxifenol, 4-etilfenol, 4-(1,1-dimetilpropil)fenol, etanol , 2-metil-1-butanol y alcohol feniletílico se detectaron en todos los productos de kombucha. Sin embargo, nueve compuestos volátiles, incluidos butanoato de 2-metil-2-metilbutilo, bencenoacetato de etilo, acetato de 2-fenetilo, hexadecanoato de etilo, oleato de etilo, 2-metoxi-4-propilfenol, 4-(2-propenil)fenol, benzaldehído y acetoína, no se detectaron en la kombucha de control, pero estaban presentes en los productos de kombucha complementados con PPC, lo que sugiere que estos compuestos pueden haber sido llevados a los productos de kombucha durante el proceso de fermentación por la materia prima.

Un mayor contenido de éster indica la calidad superior de la bebida. Entre los ésteres, el acetato de etilo, el decanoato de etilo y el dodecanoato de etilo fueron los compuestos más abundantes detectados en todos los productos de kombucha. Estos compuestos volátiles se detectan comúnmente no solo en los productos de kombucha sino también en muchas otras bebidas alcohólicas, como vinos, licores y destilados de frutas100,101,102,103,104. El acetato de etilo, un éster de cadena corta, es un compuesto de sabor con un aroma afrutado y solvente. Estudios previos demostraron que la esterificación de ácido acético con etanol catalizada por lipasa producía acetato de etilo como producto principal105. Además, varias levaduras también pueden esterificar acil-CoA con etanol para formar acetato de etilo a través de alcohol acetiltransferasas106. El acetato de etilo se encuentra ampliamente en varias bebidas, como bebidas destiladas producidas a partir de pulpa de café103, licores de durazno104 y vinagre elaborado a partir de un subproducto de piña102. El decanoato de etilo, también conocido como caprato de etilo, es un éster de ácido graso formado a partir de ácido decanoico o ácido cáprico y etanol. Aporta aromas afrutados y florales y se produce con frecuencia durante la vinificación, concretamente a temperaturas superiores a los 15 °C107. Otros productos, como las bebidas destiladas de pulpa de café y los licores de melocotón, también contienen altos contenidos de decanoato de etilo103,104. El dodecanoato de etilo, un éster etílico de cadena media, es uno de los ésteres derivados de la fermentación que se encuentran comúnmente en el vino. Aporta notas florales y afrutadas a los aromas del vino108,109. La formación de dodecanoato de etilo posiblemente se correlacionó con las transformaciones de acil-CoA causadas por la respuesta de las enzimas109. El dodecanoato de etilo está presente no solo en el vino y la kombucha, sino también en otras bebidas, como las bebidas destiladas a base de pulpa de café y licores de durazno103,104.

Además de los ésteres etílicos, en todos los productos de kombucha se detectaron tres ácidos volátiles, ácido acético, ácido isobutírico y ácido 2-metilhexanoico, que contribuyeron principalmente al aroma ácido. El ácido acético es un ácido volátil predominante con diversos efectos beneficiosos sobre la digestión, los niveles de antioxidantes y la disminución del contenido de lípidos, y regula la presión arterial110,111. Confiere un sabor avinagrado a los productos de kombucha112, y su producción se asocia principalmente con AAB durante la fermentación de kombucha usando etanol como precursor. Otras bacterias, como Blautia sp. y Faecalibacterium sp.70,71, y algunos géneros de levaduras, como Dekkera, también son responsables de la producción de ácido acético73,74,75. Las concentraciones de ácido acético detectadas en las bebidas de kombucha variaron de 7,65 a 18,00 g/L, dependiendo de las materias primas utilizadas y las condiciones de fermentación10. El ácido isobutírico, un ácido alquilcarboxílico típico, es un ácido graso de cadena corta que presenta un potencial tanto preventivo como terapéutico para contrarrestar la colitis ulcerosa mediada por inflamación y el cáncer colorrectal113,114. No se encuentra ampliamente en las bebidas de kombucha excepto en la kombucha fermentada con polen115. Varias bacterias son responsables de producir ácido isobutírico, como Clostridium sp., Faecalibacterium sp. y Lactobacillus sp.116 El ácido metilhexanoico, también conocido como ácido 2-metilcaproico, es un ácido graso de cadena media con un perfil único y una gran combinación de sabores a queso, cremosos y afrutados. Se encuentra naturalmente en manzanas y fresas. Hasta donde sabemos, el ácido 2-metilhexanoico aún no se ha descubierto en las bebidas de kombucha. Estudios previos han demostrado que este ácido volátil está presente en el aguardiente brasileño Cachaca y en los aguardientes de melocotón104,117. En particular, también se encontraron otros ácidos volátiles, como el ácido octanoico, el ácido decanoico y el ácido dodecanoico, que frecuentemente se asocian con impactos negativos en las cualidades sensoriales de las bebidas alcohólicas. Estos ácidos se asocian a aromas rancios y grasos103,112.

Los principales fenoles volátiles encontrados en todos los productos de kombucha fueron 4-etil-2-metoxifenol, 4-etilfenol y 4-(1,1-dimetilpropil)fenol. Estos compuestos volátiles están muy presentes en otras bebidas fermentadas, como la cerveza, la sidra y el vino, y sus concentraciones varían según la composición microbiana y las condiciones de fermentación118. Se informó anteriormente que los fenoles volátiles son posiblemente los responsables de los sabores de las bebidas de kombucha, y exhiben perfiles únicos de sabores a corral, cuero, humo y especias11,119,120. La levadura, en concreto Dekkera, y algunas especies de LAB, como Lpb. plantarum, son responsables de la producción de fenoles volátiles. Estos microbios convierten el ácido hidroxicinámico no volátil, que se encuentra comúnmente en frutas, verduras y granos, en fenoles volátiles, específicamente 4-etilfenol y 4-etilguiaiacol, que afectan las propiedades organolépticas de las bebidas de kombucha64,112,120.

Los alcoholes también tienen efectos positivos sobre los aromas y sabores de la kombucha. Se detectaron tres alcoholes destacados en todos los productos de kombucha: etanol, 2-metil-1-butanol y alcohol feniletílico. Estos alcoholes se consideran productos secundarios del metabolismo de las levaduras y contribuyen significativamente a los aromas de las bebidas alcohólicas121. Las levaduras pueden sintetizar estos compuestos a través de la glucólisis o de una vía catabólica a partir de los aminoácidos correspondientes, como la valina, la leucina, la isoleucina y la fenilalanina103. Se ha informado que la presencia de alcohol feniletílico en las bebidas de kombucha está asociada con la actividad de la levadura, específicamente la de Zygosaccharomyces parabailii122. Es uno de los macrocomponentes comunes en la cerveza y el vino, que exhibe aromas florales, de rosas y de miel123. Recientemente se ha detectado en kombuchas suplementadas con hibisco99. El alcohol de cadena ramificada 2-metil-1-butanol es uno de los metabolitos producidos a través de la vía de Ehrlich, las vías biosintéticas de los alcoholes de fusel en levaduras124. Este compuesto con sabor a malta también se ha detectado en varias plantas, como frambuesas rojas, nectarinas, algarrobos, guisantes de ojos negros, berros de jardín y árboles de rábano picante. Hasta donde sabemos, aún no se ha encontrado en las bebidas de kombucha; sin embargo, esto podría ser posible ya que el SCOBY de kombucha contiene varias especies de levadura que pueden tener actividad metabólica en la conversión de 2-cetoácidos en 2-metil-1-butanol124.

Los compuestos volátiles benzaldehído y acetoína solo se encontraron en productos de kombucha elaborados a partir de una fusión de té negro y PPC. Estos compuestos se usan comúnmente como aditivos alimentarios para mejorar los sabores de los productos. El benzaldehído imparte toques de cereza y almendra al sabor de la kombucha, y su formación está estrechamente asociada con levaduras que utilizan enzimas glucosidasas, específicamente Z. parabailii122. Por otro lado, la acetoína, que imparte un olor a mantequilla, cremoso y a queso, se genera a partir de la oxidación del ácido láctico por algunas especies de AAB, como Acetobacter pasteurianus125. Algunas especies de BAL y Bacillus subtilis también producen acetoína a partir de piruvato a través de α-acetolactato, y las enzimas responsables de la formación de acetoína son α-acetolactato sintasa y α-acetolactato descarboxilasa126. Esta cetona volátil se ha encontrado en el sake japonés, el vinagre de arroz y el vinagre derivado de la piña102,127.

Se ha informado que los fenoles, flavonoides y metabolitos beneficiosos, como ácidos orgánicos, vitaminas, minerales y enzimas, generados durante la fermentación a través de las actividades metabólicas de la comunidad microbiana en la kombucha SCOBY contribuyen de manera vital a las propiedades antioxidantes de la kombucha. bebidas98,128. Diferentes antioxidantes reaccionan con los radicales libres a través de diferentes mecanismos, como la unión de metales prooxidantes, la eliminación de radicales libres y la inhibición de enzimas prooxidantes129. Por lo tanto, se han utilizado varios métodos para evaluar los antioxidantes, dependiendo de sus mecanismos de reacción130. En este estudio, se utilizaron dos plataformas diferentes de actividad antioxidante, los ensayos de inhibición de radicales FRAP y ABTS +, para analizar las actividades antioxidantes de las bebidas de kombucha. Los resultados del ensayo FRAP indicaron que agregar PPC al medio de fermentación, específicamente a niveles más altos, disminuyó el poder reductor de la kombucha. En el día 0, el poder reductor de la kombucha de control fue de 3,87 mM Fe(II)/L, mientras que los valores de las kombuchas suplementadas con PPC fueron de 3,13–3,73 mM Fe(II)/L, particularmente para las kombuchas K3 a K7. Sin embargo, durante la fermentación, se detectaron actividades antioxidantes marcadamente aumentadas en todos los productos de kombucha, y estas se correlacionaron estrechamente con TPC altos, acidez total alta y pH bajos. Chakravorty et al.131 también informaron un aumento en la actividad antioxidante durante la fermentación. En particular, al final de la fermentación (14 días), las bebidas de kombucha hechas con té negro y PPC exhibieron los poderes reductores más altos, que estaban dentro del rango de 4,40–5,12 mM Fe(II)/L; estos fueron más altos que los de la kombucha de control (4.39 mM Fe(II)/L) (Fig. 6A).

Capacidades antioxidantes de los productos de kombucha hechos de té negro y fusiones de té negro y PPC (como se describe en "Materiales y métodos") utilizando ensayos FRAP (A) y ABTS (B).

Se probaron diferentes productos de kombucha como antioxidantes que eliminan el radical ABTS, y los resultados se resumen en la Fig. 6B. La adición de PPC a los tés negros (es decir, en K2, K3, K4, K5, K6 y K7) condujo a disminuciones en las actividades antioxidantes de las kombuchas resultantes, como lo indica el ensayo FRAP. La proporción del radical ABTS+ eliminado por la kombucha de control (día 0) fue del 97,68 %, mientras que los valores de las kombuchas elaboradas a partir de fusiones de té negro y PPC fueron del 90,78 al 94,57 %. En particular, las kombuchas elaboradas con té negro y PPC exhibieron aumentos considerables en su eficiencia de eliminación de radicales durante el proceso de fermentación y alcanzaron valores máximos dentro del rango de 97,80 a 98,80 %, mientras que el valor de la kombucha de control se mantuvo sin cambios durante la fermentación. Estos resultados demostraron que el PPC mejoró las actividades antioxidantes de las bebidas de kombucha, de acuerdo con estudios previos sobre jugos de frutas, como jugo de manzana, granada y piña33,132, guanábana133, hoja de olivo y miel134 y fruta de serpiente31,135. Dado que el PPC contenía varios antioxidantes potenciales, incluidos polifenoles, minerales y vitaminas, así como otras sustancias beneficiosas que promovían el crecimiento y la actividad metabólica de la comunidad microbiana en la kombucha SCOBY, esos compuestos, así como los metabolitos microbianos generados durante la fermentación , es decir, ácidos orgánicos y compuestos volátiles, pueden haber contribuido a las actividades antioxidantes totales de los productos de kombucha.

La kombucha tiene efectos antimicrobianos sobre diversos microorganismos patógenos, incluidas bacterias, levaduras y hongos10,20,136. Varias sustancias beneficiosas liberadas de las materias primas o generadas a través de la actividad metabólica de la comunidad microbiana durante la fermentación, como los polifenoles, los ácidos orgánicos (específicamente el ácido acético), los alcoholes y otros compuestos volátiles, se han atribuido a las propiedades antimicrobianas de las kombuchas5,6. ,8. Diferentes componentes han exhibido diferentes mecanismos para prevenir o inhibir el crecimiento microbiano. Por ejemplo, los ácidos orgánicos afectan a las bacterias patógenas y formadoras de esporas mediante la acidificación del citoplasma y la disminución del pH intracelular79,98. Los polifenoles pueden actuar de dos maneras: pueden modificarse en formas activas para mejorar las bacterias beneficiosas o cambiar su composición para inhibir las bacterias patógenas137. En este estudio, la kombucha de té negro fermentado y PPC exhibió una vigorosa actividad antimicrobiana contra todos los patógenos probados, incluidas las bacterias gramnegativas (A. hydrophila, E. coli ATCC 25922, P. aeruginosa ATCC 27853 y S. typhi) y gramnegativas. bacterias positivas (B. cereus), similar al tratamiento control con ácido acético (Tabla 8). Estos resultados del presente estudio son consistentes con los informados por Cetajevic-Simin et al.138, quienes demostraron que el té de kombucha suplementado con toronjil exhibió una gran actividad antimicrobiana contra bacterias gramnegativas, como P. aeruginosa ATCC 27853, Proteus mirabilis ATCC 35659, E. coli ATCC 25922, S. enteritidis ATCC 13076 y Erwinia carotovora NCPPB 595, y bacterias grampositivas, como Staphylococcus aureus ATCC 25923, B. cereus ATCC 10876 y Sarcina lutea ATCC 9341. En particular, no tiene actividad antimicrobiana contra cualquier patógeno probado en la kombucha de control, posiblemente debido a un bajo nivel de ácido acético en el producto de control. Otra posibilidad es que los productos de kombucha elaborados con té negro y PPC contuvieran varios compuestos orgánicos volátiles que no estaban presentes en el control. Estos compuestos orgánicos volátiles pueden haber interactuado con las células bacterianas y causado daños en la membrana, metabolismo defectuoso y alteraciones celulares que inhibieron el crecimiento de varios microorganismos139,140. Además, muchos informes anteriores han demostrado que los compuestos fenólicos y flavonoides liberados de la materia prima limitan el crecimiento bacteriano141,142,143. Así, las actividades antimicrobianas de las bebidas de kombucha se deben a la presencia de ácidos orgánicos y otros componentes bioactivos, como polifenoles y compuestos orgánicos volátiles. Por lo tanto, el té negro y el PPC parecen ser una combinación efectiva para mejorar la actividad antimicrobiana de la kombucha.

En este estudio se produjo por primera vez kombucha de té negro elaborado con PPC como materia prima alternativa para reemplazar parte o la totalidad del azúcar utilizado en la fermentación. Según los análisis de composición química, el PPC contiene varias sustancias beneficiosas, como azúcares, ácidos orgánicos, vitaminas, minerales y polifenoles, que podrían promover el crecimiento microbiano, la actividad metabólica y las propiedades biológicas de los productos de kombucha. La suplementación con PPC mejoró las propiedades TPC, antioxidantes y antimicrobianas de las bebidas de kombucha contra las bacterias gramnegativas y grampositivas. Se detectaron varios compuestos volátiles, incluidos ésteres, ácidos carboxílicos, fenoles, alcoholes, aldehídos y cetonas, que contribuyeron a los sabores, aromas y efectos beneficiosos para la salud, en productos de kombucha elaborados con té negro y PPC. Estos hallazgos demostraron claramente que el PPC tiene un amplio potencial para su uso como suplemento en la producción de bebidas funcionales de kombucha. Dado que numerosos beneficios para la salud de la kombucha se determinan principalmente mediante ensayos in vitro e in vivo utilizando varias líneas de células humanas, no existe un informe sobre la evidencia empírica de los beneficios para la salud de la kombucha en sujetos humanos. Por lo tanto, se deben abordar más estudios, específicamente ensayos clínicos.

El envío de un artículo implica que el trabajo descrito no ha sido publicado previamente en ninguna forma.

Los conjuntos de datos de secuencias de ADN generados durante el estudio actual están disponibles en el depósito del NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/) con las entradas SRR23314099, SRR23314100, SRR23314101 y SRR23314102.

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Esta investigación fue apoyada financieramente por la investigación y estudios de posgrado y el Centro de Investigación de Fermentación para Productos Agrícolas de Valor Agregado (FerVAAPs), Universidad de Khon Kaen, bajo el programa de investigación en el año fiscal 2023.

La investigación y estudios de posgrado y el Centro de Investigación de Fermentación para Productos Agrícolas de Valor Agregado (FerVAAPs), Universidad de Khon Kaen, en el marco del programa de investigación en el año fiscal 2023.

Departamento de Biotecnología, Facultad de Tecnología, Universidad de Khon Kaen, Khon Kaen, 40002, Tailandia

Ly Tu Phung, Haruthairat Kitwetcharoen, Nuttaporn Chamnipa, Nongluck Boonchot, Preekamol Klanrit y Pornthap Thanonkeo

Instituto de Investigación Botánica Walai Rukhavej, Universidad de Mahasarakham, Mahasarakham, 44150, Tailandia

Sudarat Thanonkeo

Facultad de Ciencias Médicas Asociadas, Universidad de Khon Kaen, Khon Kaen, 40002, Tailandia

Patcharaporn Tippayawat

Centro de Investigación de Fermentación para Productos Agrícolas de Valor Agregado (FerVAAPs), Universidad de Khon Kaen, Khon Kaen, 40002, Tailandia

Preekamol Klanrit y Pornthap Thanonkeo

Departamento de Química Biológica, Facultad de Agricultura, Universidad de Yamaguchi, Yamaguchi, 753-8315, Japón

Mamoru Yamada

Centro de Investigación de Recursos Microbianos Termotolerantes, Universidad de Yamaguchi, Yamaguchi, 753-8315, Japón

Mamoru Yamada

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LTP realizó los experimentos y analizó los datos. HK y NC recogieron las muestras de plantas y analizaron las composiciones químicas de los materiales vegetales. NB preparó el ADN genómico total de kombucha SCOBY y determinó la calidad del ADN. PT (Patcharaporn Tippayawat) proporcionó bacterias gramnegativas y grampositivas para el ensayo antimicrobiano. ST concibió las ideas, analizó los datos y escribió el borrador del manuscrito original. MI supervisó y diseñó los experimentos. PK y PT (Pornthap Thanonkeo) concibieron las ideas, diseñaron los experimentos, analizaron los datos y revisaron y enviaron el manuscrito. Todos los autores leyeron y aprobaron la versión final del manuscrito.

Correspondencia a Pornthap Thanonkeo.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Phung, LT, Kitwetcharoen, H., Chamnipa, N. et al. Cambios en las composiciones químicas y propiedades biológicas de las bebidas de kombucha hechas de té negro y cáscaras y corazones de piña. Informe científico 13, 7859 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34954-7

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Recibido: 03 febrero 2023

Aceptado: 10 de mayo de 2023

Publicado: 15 mayo 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34954-7

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