Технологические особенности производства ферментированных напитков с использованием чайного гриба

Резюме

Комбучей называют напиток, получаемый ферментацией подслащенного заваренного чая (субстрата) симбиотической культурой дрожжей и бактерий. Многочисленные исследования по оптимизации процесса ферментации, установлению влияния технологических факторов на физико-химические свойства, формирование вкусоароматического профиля напитков, предупреждение опасных производственных факторов, обусловлены растущей популярностью комбучи в Европе и США. Технологические особенности производства комбучи заключаются в создании оптимальных условий для роста симбиотической культуры и ферментации субстрата. Длительность процесса зависит от состава субстрата, соотношения чайного гриба и субстрата, температуры, размера и формы емкости для ферментации.

Цель работы - обобщение результатов изучения технологических особенностей производства ферментированных напитков типа комбуча и выявление факторов, влияющих на химический состав и безопасность готовых напитков.

Материал и методы. Аналитическое исследование осуществлялось по основным базам данных по ключевому слову "kombucha". Критериями включения статей в анализ являлись практические статьи с открытым доступом и представляющие подробную технологию получения комбучи.

Результаты. Технология производства комбучи базируется на ферментации субстрата и получении основы напитка с высоким содержанием органических кислот, преимущественно уксусной. Для обеспечения микробиологической безопасности концентрация уксусной кислоты в основе напитка должна быть не ниже 1,2%. Высокое содержание органических кислот обусловливает необходимость использовать оборудование для ферментации только из стекла или нержавеющей стали, разрешенных для контакта с пищевыми продуктами. Температура ферментации варьирует в диапазоне от 18 до 32 °С. Контроль процесса ферментации осуществляется по основным критериям: температура, значение pH, кислотность, содержание уксусной кислоты, содержание этилового спирта, а также остаточное количество сахара. Процесс получения комбучи связан с микробиологическими, химическими и физическими рисками, которые могут возникнуть при использовании сырья низкого качества, оборудования и потребительской тары, изготовленных из материалов, не соответствующих гигиеническим нормативам, при нарушении технологических режимов, условий хранения сырья и готовой продукции. Для предотвращения появления опасных факторов, влияющих на качество и безопасность готового продукта, необходимо осуществлять контроль технологического процесса на всех стадиях производства.

Заключение. Соблюдение санитарно-гигиенических норм и технологических режимов позволяет получать напиток на основе чайного гриба с гармоничным вкусом и ароматом, отвечающий требованиям безопасности, предъявляемым к ферментированным напиткам.

Ключевые слова:комбуча; чай; биологически активные вещества; технология производства

Финансирование. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (грант № 19-76-30014).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие конфликтов интересов.

Для цитирования: Воробьева В.М., Воробьева И.С., Саркисян В.А., Фролова Ю.В., Кочеткова А.А. Технологические особенности производства ферментированных напитков с использованием чайного гриба // Вопросы питания. 2022. Т. 91, № 4. С. 115-120. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2022-91-4-115-120

Комбуча (Tea Fungus, Kargasok Tea, Manchurian Mushroom, Haipao) - напиток, изготавливаемый путем ферментации подслащенного чая (Camellia sinensis) чайным грибом, представляющим собой симбиотическую культуру бактерий и дрожжей (Symbiotic Culture of Bacteria and Yeast - SCOBY) [1, 2], в результате чего образуется ферментированный слабогазированный напиток с кисло-сладким вкусом, содержащий небольшое количество этилового спирта. До недавнего времени этот напиток готовили в домашних условиях, однако в последние годы он приобрел популярность в странах Европы, США и производится крупными предприятиями [3]. Распространение комбучи связано с декларируемыми свойствами, в числе которых упоминают противомикробные, антиоксидантные, антиканцерогенные, а также c проявлением гипохолестеринемического действия, улучшением функции печени, иммунной системы, желудочно-кишечного тракта и др. [4, 5]. Потенциальная польза для здоровья человека обосновывается метаболическими эффектами ингредиентов комбучи, наличием биологически активных веществ, обладающих известными физиологическими свойствами. В Российской Федерации в торговой сети также представлены напитки на основе чайного гриба, однако их производство осуществляется в небольших объемах и сдерживается достаточно низким в настоящее время потребительским спросом.

Химический состав ферментированных напитков зависит от многих факторов, среди которых основными являются вид субстрата и используемых углеводов, состав SCOBY, наличие биологически активных веществ (полифенолов, витаминов, органических кислот и др.), температура, продолжительность ферментации и другие параметры технологического процесса.

В связи с этим цель данной работы - обобщение результатов изучения технологических особенностей производства ферментированных напитков типа "комбуча" и выявление факторов, влияющих на химический состав и безопасность готовых напитков.

На российском рынке представлены напитки, полученные с использованием чайного гриба, в виде классической комбучи и напитков на ее основе.

Классическая комбуча - напиток, полученный ферментацией в аэробных условиях при температуре от 18 до 32 °C субстрата, состоящего из настоя чая, приготовленного путем заваривания листового чая в воде, сахара, SCOBY. При получении классической комбучи процесс термической обработки (пастеризации) после ферментации, как правило, не осуществляется. Напитки на основе комбучи дополнительно могут содержать вкусоароматические композиции (фрукты, ягоды, соки, пюре, травы, пряности и др.), функциональные ингредиенты (витамины, минеральные вещества, растворимые пищевые волокна - пребиотики и др.). В технологическую схему производства включают процессы вторичной ферментации, пастеризации, фильтрации, деалкоголизации для снижения содержания образующегося этилового спирта, СО2-газирование. Технологическая схема производства напитков на основе чайного гриба приведена на рис. 1.

Традиционным сырьем для производства комбучи являются черный чай и сахар (сахароза), однако иногда используют и другие субстраты: травяные настои, фруктовый сок, молоко и др. В качестве источников углеводов часто используют фруктозу, глюкозу, галактозу, лактозу, мальтозу, мед, сироп топинамбура, кленовый сироп.

Процесс ферментации начинается после внесения культуры SCOBY и/или стартовой жидкости. SCOBY представляет собой симбиотическую культуру бактерий и дрожжей, при этом состав бактерий и дрожжей разнообразный [2, 6]. Из бактерий в консорциуме преобладают Acetobacter sp., Komagataeibacter, Gluconacetobacter sp. и Gluconobacter, а состав дрожжей более изменчив: Schizosaccharomyces pombe, Saccharomycodes ludwigii, Kloeckera apiculata, Saccharomyces cerevisiae, Zygosaccharomyces bailii, Torulaspora delbrueckii, Brettanomyces bruxellensis, Candida sp., Halomonas sp. и др. [6]. Бактерии и дрожжи внутри консорциума образуют пучки и слои между целлюлозными волокнами, при этом этанол, производимый дрожжами, потребляется ацетобактериями с образованием уксусной кислоты.

Технологический процесс производства комбучи направлен на создание оптимальных условий для роста чайного гриба и ферментации субстрата. Приготовление субстрата осуществляется при температуре не ниже 90 °С, при этом содержание чая в нем варьирует от 0,2 до 1,2%, а источника углеводов - от 2 до 10%. После охлаждения до 23±2 °С в субстрат вносят культуру чайного гриба SCOBY и/или стартовую жидкость. В качестве стартовой жидкости используют ферментированную комбучу от предыдущей партии. Для обеспечения микробиологической безопасности напитка значение рН субстрата перед ферментацией не должно превышать 4,6. Для выполнения этих условий количество вносимой в субстрат стартовой жидкости и/или SCOBY должно составлять 5% [7] или более [8, 9] от его объема. Температура ферментации от 18 до 32 °С считается оптимальной, однако при температуре выше 25 °С возможен рост нежелательной микрофлоры [6], а также изменение состава и соотношения образующихся в процессе ферментации органических кислот. Продолжительность процесса зависит от предпочитаемого вкусоароматического профиля и химического состава готового напитка и может составлять от 7 до 60 дней [10].

Под действием ферментов, образующихся в клетках дрожжей, происходит гидролиз сахарозы до фруктозы и глюкозы, которые впоследствии превращаются в этанол и углекислый газ в результате спиртового брожения. Уксуснокислые бактерии не могут метаболизировать сахарозу, они используют фруктозу и глюкозу в качестве субстрата для осуществления параллельных процессов. Метаболизм субстратов культурой SCOBY на сахаре представлен на рис. 2.

Поскольку процесс ферментации происходит в аэробных условиях, уксуснокислые бактерии используют глюкозу и этанол для производства органических кислот, основная из которых уксусная. Для обеспечения микробиологической безопасности концентрация уксусной кислоты в напитке в конце процесса ферментации должна быть не ниже 1,2%. Кроме уксусной кислоты в значительно меньших количествах в процессе ферментации образуются D-глюкуроновая, молочная, лимонная, глюконовая, яблочная, винная, малоновая, щавелевая, янтарная, пировиноградная, усниновая кислоты. За счет накопления органических кислот происходит снижение значения pH и увеличение кислотности. Образующиеся органические кислоты, как правило, представляют собой результат микробного гликометаболизма; исключением является галловая кислота, которая образуется в результате гидролиза катехинов [7], содержащихся в используемом чае. Формирование специфичного вкусоароматического профиля напитка происходит за счет накопления сложных эфиров, образующихся в процессе этерификации при ферментации субстрата, а также полифенолов чая. В комбуче могут содержаться остаточные количества сахарозы, глюкозы, фруктозы, а также витамины группы В, С, аминокислоты, пурины, пигменты, этанол, полифенолы, диоксид углерода и др. [11].

Для получения напитка с желаемыми органолептическими свойствами в процессе ферментации необходимо контролировать температуру, значение рН, титруемую кислотность, содержание уксусной кислоты и этилового спирта, а также остаточное количество сахара. Объемная доля этилового спирта в комбуче не должна превышать 1,2%, что, в соответствии с ГОСТ 28188-2014 "Напитки безалкогольные. Общие технические условия", позволяет отнести ее к категории "напитки безалкогольные".

Популярность комбучи и напитков на ее основе способствовала поиску возможностей для расширения ассортимента в первую очередь за счет использования различных видов чая и их комбинаций [1, 7, 12, 13], оказывающих влияние на химический состав и органолептический профиль готовой продукции. Во время ферментации происходят многочисленные процессы, в результате которых формируется органолептический профиль напитка [13]. Так, изменение цвета комбучи в процессе ферментации может быть связано с наличием полифенольных соединений, например теарубигина, который при трансформации в теафлавин приводит к изменению цвета напитка от темно-коричневого до более светлого. При использовании чайного субстрата Zijuan чай, богатого антоцианами, можно получить комбучу лососево-розового цвета. В процессе ферментации снижается показатель pH, что приводит к изменению цвета готового напитка, отмечается, что в течение 14-дневной ферментации общее количество антоцианов снижается на 51% [7]. Следует отметить, что полифенольные соединения и антоцианы, содержащиеся в комбуче, не только придают цвет напитку, но и обусловливают антиоксидантную активность, в том числе за счет синергетического эффекта между антоцианами и катехинами.

Особенности технологического процесса получения напитков на основе чайного гриба формируют специальные требования к используемому оборудованию. Необходимость использования технологического оборудования только из стекла или нержавеющей стали, разрешенных для контакта с пищевыми продуктами, обусловлено накоплением органических кислот в процессе ферментации. Неправильно подобранный объем емкости для ферментации может привести к дезинтеграции дрожжей и бактерий: дрожжи опустятся на дно, а бактерии останутся на поверхности, что затруднит их взаимодействие и приведет к получению напитка с неудовлетворительными показателями качества и безопасности.

Для получения напитков на основе комбучи в нее добавляют вкусовые или обогащающие ингредиенты, при необходимости подвергают вторичной ферментации, фильтрованию, охлаждению, газированию и розливу. Для прекращения ферментации, увеличения срока годности напитка и обеспечения возможности хранить его при температуре до 25 °C в технологический процесс следует включать стадию пастеризации.

Соблюдение санитарно-гигиенических норм и технологических режимов позволяет получать напитки на основе чайного гриба с гармоничным вкусом и ароматом, отвечающие требованиям безопасности, предъявляемым к безалкогольным ферментированным напиткам.

В Российской Федерации на сегодняшний день отсутствуют государственные или межгосударственные стандарты, где были бы приведены технические требования к ферментированным напиткам на основе чайного гриба. На такие напитки распространяются требования безопасности, установленные Техническими регламентами Таможенного союза ТР ТС 021/2011 "О безопасности пищевой продукции" для безалкогольных напитков брожения, ТР ТС 029/2012 "Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств", а также требования ТР ТС 022/2011 "Пищевая продукция в части ее маркировки".

Заключение

Процесс производства напитка путем ферментации чая симбиотической культурой бактерий и дрожжей позволяет отнести комбучу к ферментированным продуктам. В качестве субстрата, как правило, используется питательная среда, содержащая черный чай и сахар. Ключевыми факторами, влияющими на физико-химические и органолептические свойства комбучи, являются температура, продолжительность ферментации, скорость накопления продуцентов (органические кислоты, этиловый спирт, вкусоароматические вещества). Комбуча относится к безалкогольным напиткам, поэтому объемная доля этилового спирта в ней не должна превышать 1,2%. Для обеспечения качества и безопасности ферментированных напитков необходимо соблюдать санитарно-гигиенические нормы и осуществлять контроль технологического процесса на всех стадиях производства.

Литература/References

1. Coelho R.M.D., de Almeida A.L., do Amaral R.Q.G., da Mota R.N., de Sousa P.H.M. Kombucha. Int J Gastronomy Food Sci. 2020; 22: 100272. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijgfs.2020.100272

2. Laureys D., Britton S. J., De Clippeleer J. Kombucha tea fermentation: a review. J Am Soc Brew Chem. 2020; 78 (3): 165-74. DOI: https://doi.org/10.1080/03610470.2020.1734150

3. Kim J., Adhikari K. Current trends in kombucha: marketing perspectives and the need for improved sensory research. Beverages. 2020; 6 (1): 15. DOI: https://doi.org/10.3390/beverages6010015

4. Chakravorty S., Bhattacharya S., Chatzinotas A., Chakraborty W., Bhattacharya D., Gachhui R. Kombucha tea fermentation: microbial and biochemical dynamics. Int J Food Microbiol. 2016; 220: 63-72. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2015.12.015

5. Kapp J. M., Sumner W. Kombucha: a systematic review of the empirical evidence of human health benefit. Ann Epidemiol. 2019; 30: 66-70. DOI: https://doi.org/10.1016/j.annepidem.2018.11.001

6. Soares M.G., de Lima M., Schmidt V.C.R. Technological aspects of Kombucha, its applications and the symbiotic culture (SCOBY), and extraction of compounds of interest: a literature review. Trends Food Sci Technol. 2021; 110: 539-50. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.02.017

7. Zou C., Li R.Y., Chen J.X., Wang F., Gao Y., FuY. Q., et al. Zijuan tea-based kombucha: Physicochemical, sensorial, and antioxidant profile. Food Chem. 2021; 363: 130322. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.130322

8. Malbaša R., Lončar E., Djurić M., Došenović I. Effect of sucrose concentration on the products of Kombucha fermentation on molasses. Food Chem. 2008; 108 (3): 926-32. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.11.069

9. Kallel L., Desseaux V., Hamdi M., Stocker P., Ajandouz E.H. Insights into the fermentation biochemistry of Kombucha teas and potential impacts of Kombucha drinking on starch digestion. Food Res Int. 2012; 49 (1): 226-32. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodres.2012. 08.018

10. Zhang J., Van Mullem J., Dias D.R., Schwan R.F. The chemistry and sensory characteristics of new herbal teabased Kombuchas. J Food Sci. 2021; 86 (3): 740-8. DOI: https://doi.org/10.1111/1750-3841.15613

11. Jayabalan R., Malbaša R.V., Lončar E.S., Vitas J.S., Sathishkumar M. A review on Kombucha tea - microbiology, composition, fermentation, beneficial effects, toxicity, and tea fungus. Compr Rev Food Sci Food Saf. 2014; 13 (4): 538-50. DOI: https://doi.org/10.1111/1541-4337.12073

12. Jayabalan R., Marimuthu S., Swaminathan K. Changes in content of organic acids and tea polyphenols during Kombucha tea fermentation. Food Chem. 2007; 102 (1): 392-8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2006.05.032

13. Jakubczyk K., Kałduńska J., Kochman J., Janda K. Chemical profile and antioxidant activity of the Kombucha beverage derived from white, green, black and red tea. Antioxidants. 2020; 9 (5): 447. DOI: https://doi.org/10.3390/antiox9050447

SCImago Journal & Country Rank
Scopus CiteScore
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Тутельян Виктор Александрович
Академик РАН, доктор медицинских наук, профессор, научный руководитель ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»
Вскрытие
Медицина сегодня
Съезд хирургов ФМБА России

Съезд хирургов ФМБА России " Высокотехнологичная медицинская помощь: концепция безопасности и единого хирургического пространства " 14-15 октября 2022 года, г. Санкт-Петербург Впервые в истории хирургическая безопасность будет изучена столь подробно! Отныне "S afe surgery "...

Председатель организационного комитета 17-го Национального конгресса терапевтов - министр здравоохранения Российской Федерации - Михаил Альбертович Мурашко

Председатель организационного комитета 17-го Национального конгресса терапевтов - министр здравоохранения Российской Федерации - Михаил Альбертович Мурашко В программе конгресса запланированы более 150 образовательных секций, симпозиумов, клинических разборов, мастер-классов...

Представляем оргкомитет 17-го Национального конгресса терапевтов

Уважаемые коллеги! Представляем оргкомитет 17-го Национального конгресса терапевтов (с международным участием) , который состоится 12-14 октября в МВЦ "Крокус Экспо" (павильон 3, Зал 20, г. Москва). · Президент Российского научного медицинского общества терапевтов,...


Журналы «ГЭОТАР-Медиа»