1. Введение
Современная наука о питании вступила в новый этап развития, о чем свидетельствует рост биотехнологических разработок пищевых продуктов с направленным воздействием на метаболическую активность организма человека с учетом антропологических, биохимических показателей и гастрономических предпочтений индивидуума. Так, в последние годы в пищевой биотехнологии развивается тенденция на создание продуктов питания с микробиомкорректирующими свойствами [1], [2].
Растет популярность пищевых продуктов, полученных биотехнологическими способами, например, обогащенных пробиотиками напитков, среди спортсменов [3], заварочных смесей травяных напитков для здорового питания [4], [5], напитков брожения на основе культуры чайного гриба. Продовольственный рынок заметно расширяется за счет развития ассортимента безалкогольных напитков, содержащих функциональные пищевые ингредиенты (витамины, минеральные вещества, антиоксиданты и др.). К данной группе относятся напитки на основе культуральной жидкости чайного гриба или комбучи [6].
Чайный гриб, реже – японский или маньчжурский гриб – это термины, обобщающие название симбиотической культуры микроорганизмов, результатом жизнедеятельности которых и является напиток, иногда называемый «чайный квас». В научной литературе для названия культуры чайного гриба используются термины: Medusomyces gisevii lindau или Medusomyces gisevii [7]. На современном рынке используется его торговое название «комбуча» [8].
В научной литературе приводятся данные, подтверждающие лечебно-профилактическое действие чайного гриба благодаря противомикробному, антиоксидантному, антиканцерогенному, противодиабетическому, энергетическому и иммуностимулирующему эффекту [9]. Благотворное воздействие чайного гриба объясняется наличием уксуснокислых и молочнокислых бактерий с пробиотическими свойствами и биоактивных компонентов, образующихся во время ферментации, в том числе, антибиотиков, аминокислот, полифенолов чайного листа различной степени ферментации, сахаров, органических кислот, этанола, водорастворимых витаминов и различных микроэлементов. Напитки с использованием чайного гриба содержат биологически активные соединения основного компонента для получения субстрата (чайный лист, соки овощей и фруктов, травяные сборы и др.): минералы (кальций, магний, калий, марганец, железо, никель, медь, цинк, кобальт, хром, фтора и др.), витамины (Е, К, группы В), аминокислоты (особенно теанин, производное глютамина), а также другие соединения, образующиеся в результате метаболических реакций, сопровождающих инкубационный период ферментации субстрата. При окислении полифенольных соединений растений образуются катехины, флавоноиды и другие биологически активные соединения [10].
Напитки с использованием Medusomyces gisevii относится к безалкогольным или слабоалкогольным напиткам с объемной долей этанола не более 1,2%, полученный в результате сбраживания начального питательного субстрата консорциумом микроорганизмов, который называют SCOBY (Symbiotic Сulture of Bacteria and Yeast). Составными частями Medusomyces gisevii являются культуральная жидкость, зооглея, мезоглея и осадок. Продукт культивирования чайного гриба представляет собой гелеобразную целлюлозную пленку (зооглею), содержащую различные семейства дрожжей и бактерий. Роды дрожжей SCOBY включают: Brettanomyces/Dekkera, Kloeckera/Hanseniaspora, Kluyveromyces, Picihia, Сandida, Saccharomyces, Saccharomycoides, Zygosaccharomyces, Torulaspora, Schizosaccharomyces. К основным видам бактерий относятся: Acetobacter и Gluconobacter [10].
В качестве субстрата традиционно используют водный экстракт черного, белого и зеленого чая с концентрацией сахарозы до 10%. С целью расширения ассортимента и для повышения конкурентоспособности производители активно экспериментируют с различными видами растительного сырья, в том числе, с кофе, ароматизированными сортами чая и дикорастущим растительным сырьем. Субстрат готовят на основе фруктовых и ягодных настоев и отваров, экстрактов из альтернативных сахаристых ингредиентов, тизанов (травяных чаев или настоев). Встречаются данные, свидетельствующие об удачных попытках добавления в базовый субстрат морковного, тыквенного, спаржевого соков, настоя чёрного чеснока и др. [11], [12].
Пропорции чайного листа и сахара, продолжительность и температура ферментирования, используемые при производстве чайного гриба, могут варьироваться в зависимости от региона или предпочтений потребителей. Традиционно для приготовления напитка из чайного гриба готовят настой чайного листа и добавляют сахарозу для получения питательного субстрата. В табл. 1 приведены концентрации чайного листа и сахара, указанные в ряде источников.
Массовая доля чайного листа и сахара к общему содержанию жидкости
| Количество чайного листа, % | Сахароза, % | Автор, год публикации |
| 0,6 | 7 | [13] |
| 0,4 | 7 | [14] |
| 0,5 - 0,7 | 5 - 20 | [15] |
Процесс культивирования субстрата может длиться от 5 до 20 дней, в зависимости от требуемых органолептических свойств готового напитка. В большинстве случаев кисло-сладкий напиток с выраженными вкусовыми характеристиками готов к употреблению через 7-10 суток ферментации. Ключевыми биотехнологическими параметрами, определяющими физико-химические и органолептические свойства напитка, в том числе, содержание этанола, являются: химический состав растительного сырья для приготовления питательного субстрата, содержание сахарозы, количество и состав колоний SCOBY, температура и продолжительность культивирования напитка, скорость накопления продуцентов и др. [10]. Сочетанное действие субстрата и SCOBY имеет важное значение для поддержания метаболизма в культивируемом продукте.
Функциональный эффект напитков на основе чайного гриба объясняется взаимодействием микроорганизмов с фенольными соединениями в составе чая с образованием продуцентов, многие из которых еще полностью не идентифицированы [16]. Бесспорно, что ферментация питательных субстратов консорциумом чайного гриба имеет тенденцию увеличивать биоактивный потенциал функциональных ингредиентов растительного сырья и способствовать синергизму между метаболитами культивирования и микроорганизмами [17].
Следует отметить, что несмотря на рост публикаций, связанных с напитками на основе комбучи, информация о влиянии биохимического состава растительной основы для приготовления питательного субстрата на формирование биотехнологического потенциала напитков, в том числе, синтеза биологически активных соединений с функциональными свойствами, достаточна противоречива. Среди определяемых показателей качества редко встречаются данные исследований содержания биологически активных соединений, в том числе, витаминов, фенольных соединений, суммарного содержания антиоксидантов.
Цель работы – определение биотехнологических параметров качества для обоснования рецептуры и технологии напитка брожения на основе культуральной жидкости чайного гриба Мedusomyces gisevi с использованием травяного настоя «Бруснивер».
В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:
- оценить органолептические показатели напитка брожения на основе травяного настоя «Бруснивер;
- оценить влияние питательного субстрата на основе травяного настоя «Бруснивер» на содержание витамина С, фенольных соединений, суммарной антиоксидантной активности;
- разработать технологическое решение по приготовлению напитка брожения.
2. Объекты и методы исследования
В качестве объектов исследования использовали: биопленку чайного гриба Medusomyces gisevi, напиток брожения на основе культуральной жидкости чайного гриба в качестве контрольного образца (субстрат из зеленого чая (0,2%)) с сахарозой (8%), образцы напитка брожения с содержанием травяного настоя «Бруснивер» от 0,2 до 0,4% с разными периодами культивирования. Изучали следующие образцы: №1 – культуральная жидкость на основе зеленого чая (0,2 %); образцы №2 и №3 – культуральные жидкости на основе травяного сбора «Бруснивер» (0,2 и 0,4% соответственно). Ферментирование образцов проводили в течение 14 суток при температуре 24 ±2 °С.
Для приготовления питательного субстрата (чайно-сахарного раствора) использовали:
- «Чайный гриб–комбуча», изготовитель: «Здоровеево» по ТУ 10.89.19–001–0149984421 – 2019;
- вода питьевая, подготовленная, соответствующая требованиям СанПиН 2.1.3684-21;
- сахар-песок нерафинированный, производитель ООО «Русагро-Тамбов» по ГОСТ 33222-2015 Сахар белый. Технические условия;
- лекарственный сбор «Бруснивер» (Фармацвет, ОАО Красногорсклексредства, Россия), включающий лист брусники 50%, траву зверобоя 20 %, плоды шиповника 20%, траву череды 10%. Номер регистрационного удостоверения ЛС-001483.
Суммарное количество фенольных соединений определяли спектрофотометрическим методом с применением реактива Фолина-Дениса. Для определения содержания витамина С использовали общепринятую методику с раствором 2,6- дихлорфенолиндофенолята натриясогласно ГОСТ 24556 «Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения витамина С».Суммарное содержание антиоксидантов определяли с помощью электрохимического метода кулонометрического титрования на серийном кулонометре «Эксперт-006-антиоксиданты» по МВИ.01-44538054-07 (ТУ 4215–003–41541647–98. Аналитический кулонометр «Эксперт-006». Технические условия)Статистический анализ проводился с использованием программы Microsoft Excel 2017.
В настоящее время на территории Российской Федерации отсутствует нормативный документ с требованиями к органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям качества напитков на основе культуральной жидкости чайного гриба. Авторы в качестве базового регламента использовали ГОСТ 31494-2012 Квасы. Общие технические условия.
Исследуемые образцы могут быть идентифицированы в соответствии с категорией нефильтрованных и неосветлённых квасов, так как они не подвергались осветлению, фильтрации и сепарированию.
3. Основные результаты и их обсуждение
3.1. Определение органолептических показателей
Сравнительная характеристика параметров исследуемых образцов проводилась путём сравнения с требованиями, указанными в ГОСТ 31494-2012. Результаты зарегистрированы в табл. 2.
Сравнительная характеристика органолептических показателей исследуемых образцов
| Показатель | ГОСТ 31494-2012 | Образец №1 | Образец №2 | Образец №3 |
| Внешний вид | Непрозрачная пенящаяся жидкость. Допускается осадок, обусловленный особенностями используемого сырья, без посторонних включений, не свойственных продукту | Мутноватая жидкость, с небольшим осадком | Мутноватая жидкость, с небольшим осадком | Мутноватая жидкость, с небольшим осадком |
| Цвет | Характерный для используемого растительного сырья | Светло-жёлтый, характерный заваренного зелёного чая | Ярко-жёлтый, характерный заваренного сбора чая | Янтарный, характерный заваренного сбора чая |
| Аромат | Приятный аромат со слабовыраженным уксусным запахом | Приятный аромат со слабовыраженным уксусным запахом | Приятный травяной аромат со слабовыраженным уксусным запахом | Приятный травяной аромат со слабовыраженным уксусным запахом, более насыщенный чем образец №1 и образец №2 |
| Вкус | Кисло-сладкий вкус, небольшая степень газации | Кисло-сладкий вкус, небольшая степень газации | Кисло-сладкий вкус, небольшая степень газации, менее кислый чем образец №1 | Кисло-сладкий вкус, небольшая степень газации, менее кислый чем образец №1 |
Органолептическая оценка исследуемых образцов проводилась по пятибалльной системе, рис. 1. Оценивали внешний вид, прозрачность, цвет, аромат, вкус. Практически по всем органолептическим показателям образец №3 превосходит образец №2 и образец №1.
Органолептическая оценка исследуемых образцов
3.2. Определение фенольных соединений
Данные, представленные на рис. 2, показали, что суммарное содержание антиоксидантов в образцах увеличивалось со временем культивирования и достигло максимальных значений через 7 суток.
Динамика антиоксидантной активности при разных периодах ферментации
Полученные результаты согласуются с данными Amarasinghe et al. [18], свидетельствующими о повышении антиоксидантной активности чайного гриба в зависимости от периода ферментации. Образец №3 продемонстрировал самую высокую антиоксидантную активность 24,63 мг/г (после 7 суток ферментации), что примерно на 40% выше, чем у образца №1 (14,93 мг/г).
На рис. 3 показано, что общее количество фенольных соединений повысилось с течением процесса ферментации и достигло максимума после 7 суток, наибольшее значение определено в образце №3 (0,207 мг/мл), немного меньше в образце №2 (0,201 мг/мл), и самое низкое – в образце №1 (0,198 мг/мл).
Динамика содержания фенольных соединений при разных периодах ферментации
Это можно объяснить тем, что травяной сбор (плоды шиповника, трава зверобоя, череды и листья брусники) содержит разнообразные фенольные соединения, органические кислоты, витамины, усиливающие антиоксидантные свойства образцов №2 и №3 по сравнению с зеленым чаем. Физиологическое действие напитков на основе чайного гриба, связанное с облегчением воспалительных процессов, в том числе, артритов, профилактикой онкологических заболеваний и повышением иммунитета, может быть связано с их антиоксидантной активностью, и эти эффекты объясняются наличием полифенолов, а также ряда органических кислот, образующихся в ходе ферментации [19]. Кроме этого, авторы установили, что антиоксидантная активность и фенольные соединения постепенно увеличиваются со временем ферментации, фенольные соединения считаются антиоксидантами высокого уровня из-за их способности нейтрализовать свободные радикалы и активные формы кислорода [20].
3.3. Определение витамина С
В процессе ферментации содержание витаминов увеличивается в результате метаболической активности как уксуснокислых, так молочнокислых бактерий и дрожжей. В чайном грибе штаммы Gluconobacter способны продуцировать витамин С (L-аскорбиновую кислоту) из D-сорбита, который в свою очередь, синтезируется из глюкозы [21]. Как видно из рис. 4 наблюдается увеличение содержания витамина С к 7 суткам ферментации, всё образцы накапливались максимальное количество витамина С в порядке убывания: образец №3 (0,62 мг/мл) > образец №2 (0,52 мг/мл) > образец №1 (0,44 мг/мл).
Динамика содержания витамина С в образцах при разных периодах ферментации
Несмотря на то, что длительное время ферментации чайного гриба может привести к накоплению антиоксидантов, увеличение продолжительности процесса не рекомендуется из-за образования потенциально вредных уровней органических кислот, таких как глюконовая. Nummer (2013) рекомендует период ферментации ограничить десятью сутками [22].
4. Заключение
В результате выполненных исследований определили, что образцы напитков брожения на основе субстрата из травяного сбора «Бруснивер» оказались эффективнее по динамике синтеза биологически активных соединений (витамин С и полифенольные соединения) по сравнению с образцами с использованием субстрата на основе зелёного чая. Опытные образцы обладали более высоким суммарным содержанием антиоксидантов. Оптимальное количество времени, требуемое для получения напитка, составило 7 суток при температуре культивирования 22±2 ℃. На основе полученных показателей разработана рецептура фитонапитка. Рекомендуемая доза сбора «Бруснивер» составляет 0,4% и сахарозы 8%. Органолептическая оценка напитка Комбучи на основе настоя травяного сбора «Бруснивер» свидетельствует о качественном продукте, обладающим новыми, уникальными вкусовыми и функциональными характеристиками, что стоит на первом месте у многих потребителей при выборе продукции.