Desarrollo y estandarización de técnicas de procesamiento para productos listos

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 185 (2023) Citar este artículo

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Las zanahorias negras son ricas en bioactivos pero se infrautilizan debido a su disponibilidad a corto plazo y su naturaleza perecedera. Tradicionalmente, las zanahorias negras se han utilizado para la preparación de Kanji, una bebida no láctea fermentada que se prepara mediante la fermentación natural de las bacterias del ácido láctico y algunas especias. Esta bebida probiótica de origen vegetal tiene altas propiedades antioxidantes, pero existe el riesgo de contaminación con patógenos debido a la fermentación descontrolada durante el almacenamiento. Para mejorar la disponibilidad de esta bebida nutritiva durante todo el año y garantizar la seguridad microbiológica del producto fermentado tradicional, el presente estudio se planeó para optimizar el proceso de fermentación controlada utilizando cultivo de bacterias ácido lácticas (LAB) liofilizadas y ventana de refractancia. polvo de zanahoria negra seca. Se analizaron los perfiles fisicoquímicos y microbiológicos de Kanji fermentado en LAB. La mezcla seca de Kanji se puede reconstituir en una bebida probiótica fermentada de forma natural con un sabor y aroma únicos junto con una seguridad microbiológica garantizada y un valor comercial mejorado.

Ha aumentado la demanda de los consumidores de productos no lácteos funcionales y los probióticos se utilizan para crear bebidas listas para beber a base de frutas y verduras. Los alimentos fermentados de origen vegetal se han evaluado como vectores para la administración de cultivos de bacterias ácido lácticas probióticas siguiendo la competencia de la producción de productos fermentados de origen vegetal a través de bacterias ácido lácticas1. Además, la preferencia de los consumidores por las bebidas listas para servir frescas, mínimamente procesadas, altamente nutritivas, que promueven la salud y sacian la sed está aumentando2. Tradicionalmente, la fermentación de alimentos utilizando bacterias del ácido láctico se lleva a cabo desde tiempos inmemoriales y la utilización de cultivos iniciadores funcionales mejora la calidad funcional de los productos.

Las zanahorias negras (Daucus carota subsp. sativus) son de mayor interés para los consumidores debido a su rico contenido de antioxidantes, antocianinas y otros fitoquímicos3,4. Sin embargo, el mal manejo poscosecha y el retraso en la comercialización alteran significativamente las concentraciones de sus compuestos bioactivos5,6. La bebida de zanahoria negra fermentada y probiótica es una opción saludable debido a su alta actividad antioxidante que ayuda contra las enfermedades del estilo de vida y las dolencias crónicas, incluidas la mejora del metabolismo de la lactosa, la prevención de infecciones intestinales, la mejora de la inmunidad, la reducción del nivel de colesterol sérico, la estimulación de la absorción de calcio, síntesis de vitaminas (vitamina-B, ácido fólico y ácido nicotínico), mejora de la digestibilidad de las proteínas y contrarrestación de los efectos nocivos de los patógenos transmitidos por los alimentos7.

Bebida tradicional de zanahoria negra fermentada con ácido láctico lista para servir, comúnmente conocida como 'Kanji' y es útil en el tratamiento de la indigestión, pérdida de apetito y trastornos hepáticos. Durante la fermentación tradicional de zanahorias negras, la fermentación natural del ácido láctico imparte propiedades probióticas a las bebidas mínimamente procesadas, pero se ha detectado riesgo de contaminación con patógenos Cronobacter sakazakii, Klebsiella pneumonia y Enterobacter hormaechei en la bebida de zanahoria negra fermentada naturalmente almacenada 'Kanji'8. De ahí surge la necesidad de garantizar la seguridad microbiológica del producto fermentado tradicional mediante el uso de técnicas de fermentación controlada y manejo aséptico para la producción a gran escala.

Las condiciones de fermentación controladas que utilizan un cultivo iniciador de ácido láctico de función pura dan como resultado un mayor control sobre el proceso de fermentación y la uniformidad del producto. Sin embargo, el alto valor nutricional del kanji fermentado se presta al crecimiento de varios microbios de deterioro durante el almacenamiento durante más tiempo. Como resultado, no está disponible para el consumo fuera de temporada. La disponibilidad de esta bebida nutritiva se puede mejorar varias veces si se mantiene estable en el estante, lo cual es posible mediante técnicas avanzadas de secado. Aunque se practican muchas técnicas para el secado de frutas/verduras, algunas son incapaces de preservar los compuestos bioactivos, como el secado al sol abierto, el secado solar y el secado con aire caliente, etc.9,10. Mientras que las técnicas de secado que pueden preservar los bioactivos son bastante costosas, como la liofilización.

El secado de ventana de refractancia (RWD) es un proceso nuevo y revolucionario desarrollado por MCD Technologies Inc (Tacoma, Washington, EE. UU.)11,12. Se ha demostrado que el enfoque RWD es eficaz para secar materiales sensibles al calor, como líquidos y purés, convirtiéndolos en polvo, escamas o láminas13. Esta técnica de secado supera al método convencional debido a la reducción de la temperatura de secado, el tiempo de secado, el consumo de energía y una mayor retención de la calidad. Los investigadores han encontrado que los resultados de papa deshidratada RW14, zanahoria15, tomate16, uchuva17 y aloe vera18 tenían la máxima retención de calidad. Teniendo en cuenta la ventaja de la técnica RWD, el presente estudio se planeó para secar puré de zanahoria negra utilizando un secador RW y luego fermentarlo con LAB liofilizado para producir Kanji reconstituido.

Las zanahorias negras frescas (cv. Punjab Black Beauty) se cosecharon en febrero y se obtuvieron del Departamento de Ciencias Vegetales de la Universidad Agrícola de Punjab (PAU) en Ludhiana, Punjab, India. Antes de su uso, las zanahorias negras se preenfriaron en una cámara frigorífica a 10 °C y 85 % de humedad relativa. Los experimentos se llevaron a cabo en los laboratorios del Departamento de Procesamiento e Ingeniería de Alimentos de la Universidad Agrícola de Punjab (PAU), Ludhiana, India, para lograr el resultado deseado. Para la experimentación, las zanahorias negras preenfriadas se lavaron, se pelaron usando un pelador manual y se quitó la parte superior de las zanahorias. Las zanahorias negras peladas se trataron sumergiéndolas en una solución de hidróxido de sodio (NaOH) a tres concentraciones diferentes (es decir, 0, 1 y 2% v/v). Las muestras tratadas luego se procesaron en puré utilizando un pulper. El puré recién preparado se secó utilizando una refractancia a escala piloto de tipo discontinuo.

El RSM se utilizó para evaluar el efecto de dos variables independientes, a saber, la temperatura del agua (x1) y la concentración de NaOH (x2), en varias métricas de calidad, como el cambio de color, el contenido total de flavonoides, el contenido total de fenoles y la tasa de rehidratación. Los experimentos se realizaron por duplicado. Basado en un diseño experimental misceláneo de dos factores y tres niveles, se desarrollaron trece corridas experimentales. El experimento fue aleatorio, con el punto central repetido cinco veces. Se utilizaron ANOVA y análisis de superficie de regresión para describir la significancia estadística de las variables del modelo y para ajustar una conexión de regresión apropiada para el diseño experimental. Los términos que resultaron estadísticamente significativos (p < 0,05) fueron incluidos en el modelo final19. El siguiente es el modelo polinomial generalizado desarrollado para predecir variables de respuesta con base en factores independientes:

donde yk es el valor de respuesta proyectado del modelo; β0, βi, βii y βij son constantes, coeficientes de regresión para factores de efectos lineales, cuadráticos y de interacción, y xi es la variable independiente codificada. Se utilizó el programa experto Miscellaneous 3-Level Factorial in Design (Versión 7.0.0) para el diseño experimental y el análisis de datos (Stat-Ease Inc., Minneapolis, MN, EE. UU.). La superficie de respuesta y los gráficos de contorno se crearon para varias interacciones. Estas superficies tridimensionales podrían brindar una representación geométrica precisa, así como información importante sobre el comportamiento del sistema dentro del diseño experimental. El polvo negro secado con RW se ajustó para determinar las cantidades de componentes independientes que darían como resultado el menor grado de cambio de color y el mayor contenido total de flavonoides, contenido fenólico total y relación de rehidratación.

La muestra seca optimizada obtenida en función del cambio de color mínimo y el contenido máximo de flavonoides totales, el contenido fenólico total y la relación de rehidratación se utilizó en la preparación de la bebida probiótica de zanahoria negra (Kanji).

Las bacterias de ácido láctico funcionales como cultivo iniciador para la preparación de la bebida tradicional Kanji a partir de polvo de zanahorias negras secas se obtuvieron del Departamento de Microbiología, PAU, Ludhiana, India. Se realizó un cultivo de 24 h de consorcio de diez LAB en caldo MRS a 37 °C, para obtener una densidad celular de 107 ufc/ml (antes de la liofilización). Las células se extrajeron por centrifugación a 11.000 × g durante 5 min a 4 °C, seguido de tres lavados con agua destilada estéril. A continuación, se descartó el sobrenadante y las células capturadas se resuspendieron en 100 ml de medio (recuentos viables finales en el rango de 7 a 8 log CFU/ml). Antes de la liofilización, todas las células resuspendidas se congelaron a 20 °C. Las suspensiones congeladas se liofilizaron durante 48 h (temperatura −40 ± 2 °C; presión de vacío 10−1 torr) utilizando un liofilizador de sobremesa (secador de sobremesa Modulyo, Edwards, Burgess Hill, Reino Unido). La retención de la carga microbiana en el cultivo liofilizado (5–8 % p/v) se realizó utilizando el protocolo estándar. El recuento de bacterias de ácido láctico equivalente a 7,9–8,96 log ufc/g lo convierte en un cultivo iniciador ideal para la producción de Kanji fermentado con ácido láctico listo para usar.

La mezcla se preparó utilizando diferentes cargas de LAB liofilizado y diferentes concentraciones de polvo de zanahoria negra secado por RW optimizado junto con las especias estándar para lograr la formulación Kanji deseada tras la reconstitución. Se analizó la calidad de las formulaciones Kanji reconstituidas utilizando procedimientos estándar. La combinación de Kanji se optimizó utilizando RSM en función de las respuestas del experimento diseñado. La calidad de la bebida Kanji reconstituida preparada en condiciones optimizadas se comparó con la bebida Kanji de control preparada por el método tradicional usando zanahorias negras frescas para determinar la aceptabilidad de la mezcla Kanji lista para usar desarrollada.

La estandarización de la rehidratación del polvo de zanahoria negra deshidratada en RW en agua para obtener el mismo sabor deseado de la bebida Kanji tradicional se realizó utilizando diferentes proporciones de polvo con agua 10:50, 10:60 y 10:70, sobre la base de características fisicoquímicas, análisis microbiológico y evaluación sensorial.

La fermentación de la bebida Kanji tradicional fue realizada por bacterias lácticas autóctonas inherentes a la zanahoria negra, extrayendo el jugo de zanahoria y zanahorias ralladas y diluyéndolo con tres volúmenes de agua hervida y luego enfriada a temperatura ambiente y se dejó fermentar a temperatura ambiente ( 25 ± 2 °C) durante 5 días con adición de sal y centeno al 1,5%. La preparación de la bebida Kanji a través de la fermentación controlada se llevó a cabo con una bebida diluida pasteurizada a 82 °C durante 10–15 s usando un pasteurizador (Dairy Tech, Maharashtra, India) e inoculando con un 8 % (v/v) de inóculo iniciador funcional cultivado activamente (108 cfu mL−1) de consorcio de bacterias ácido lácticas funcionales. Otras especias: sal de roca rosada (1,5 %), centeno (1,5 %) se esterilizaron antes de su uso en la mezcla. Se mantuvo una porción de bebida pasteurizada como control del proceso de fermentación. La bebida inoculada se incubó a 37 °C durante 24–36 h (condiciones determinadas en pruebas preliminares). Las muestras se extrajeron asépticamente y se analizaron en cuanto a parámetros microbiológicos y fisicoquímicos.

Para el polvo de zanahoria negra seca RW, la calidad se midió sobre la base del cambio de color, el contenido total de flavonoides, el contenido total de fenoles y la relación de rehidratación. Mientras que la calidad de la bebida Kanji fermentada con LAB y la bebida Kanji tradicional se midió sobre la base de la acidez titulable, el pH, la relación Brix-Acid, los azúcares totales, los azúcares reductores totales, la actividad antioxidante, el contenido total de flavonoides, el contenido total de fenoles, los carotenoides totales y el ácido ascórbico. contenido. Los siguientes métodos de cada parámetro se han explicado a continuación en varios subtítulos:

Se utilizó un colorímetro portátil (Konica Minolta Sensing Inc, Japón) para determinar el color de las muestras20. El color está definido por los valores triestímulo L, a y b. El cambio de color se determinó utilizando la siguiente relación21:

donde, Lo, ao y bo representan las lecturas respectivas del puré de zanahoria negra fresco.

A 95 °C, las muestras se sumergieron en agua en una proporción de 1:15 durante 20 min. El exceso de agua se eliminó con papel Whatman No. 1, y las muestras fueron pesadas22.

El pH de la bebida Kanji rehidratada se evaluó utilizando un medidor de pH digital (tipo 101, Electronic Corporation of India Limited, Hyderabad).

Los sólidos solubles totales (TSS) en el jugo de zanahoria rehidratado y en la bebida se examinaron con un refractómetro manual Erma de 0–32 ° Brix (UNICO). El refractómetro se calibró en la línea cero de la escala colocando una gota de agua destilada sobre un prisma limpio y seco a 20 °C. El valor TSS de las muestras se determinó agregando una gota de muestra en el prisma limpio y leyendo la línea clara de demarcación en la escala.

La acidez titulable, expresada como % de ácido láctico, se estimó siguiendo el procedimiento de Helrich23. Se utilizó una cantidad conocida de bebida y se añadieron unas gotas de solución de fenolftaleína al 1% como indicador. La titulación de la solución se realizó frente a hidróxido de sodio 0,1 N estandarizado (NaOH) hasta el punto final de color rosa que persistió durante 15 s.

La relación Brix-Acid se calculó dividiendo el valor de sólidos solubles totales con la acidez total del jugo y la bebida rehidratados para evaluar la madurez de las zanahorias.

Los azúcares totales se determinaron mediante la técnica de DuBois et al.24. En los tubos de ensayo, se colocaron volúmenes medidos de 0,1 a 0,5 ml de muestra/estándar y se aumentó el volumen a 1 ml con agua destilada. Cada tubo de ensayo recibió 1 ml de una solución de fenol al 5 por ciento, que se agitó bien. A continuación, se añadieron 5 ml de ácido sulfúrico fuerte. Para obtener la mejor apariencia de coloración amarilla, se vertió ácido sulfúrico directamente en el centro del tubo de ensayo y la temperatura se elevó a 70 °C. Los tubos de ensayo se dejaron a temperatura ambiente durante 10 min antes de enfriarse. La absorbancia del color amarillo-naranja estable producido se midió a 490 nm con un espectrofotómetro (Bausch & Laumb Spectronic-20) frente a un blanco de reactivo. Los azúcares solubles totales se determinaron usando la glucosa como curva estándar (20–100 mg mL−1).

Se utilizó el método Miller25 para la cuantificación de azúcares reductores totales en las muestras. Se agregaron 3 mL de la muestra y 3 mL de reactivo DNS en el tubo de ensayo y se mantuvo en el baño de agua caliente a 60 °C por 15 min. A continuación, se añadió 1 ml de solución de sal de Rochelle a los tubos y se dejaron enfriar. La absorbancia se tomó a 575 nm utilizando un espectrofotómetro (Bausch & Laumb Spectronic-20). La curva estándar se utilizó para calcular la concentración de azúcares reductores (20–100 g mL−1).

Se utilizó la técnica DPPH dada por de Ancos et al.26 para calcular el porcentaje de actividad antioxidante. Se recogieron alícuotas de 0,1 ml de muestra en un tubo de ensayo para la estimación. Se colocó en la oscuridad durante 45 min después de la adición de 3,9 mL de solución de DPPH (1 M DPPH). La decoloración en la solución se midió con un Bausch & Laumb Spectronic-20 a 515 nm.

El contenido total de flavonoides fue evaluado por el método dado por Carvalho y Clemente27 con pequeñas modificaciones. En un tubo de ensayo se colocaron 0.2 ml de cada estándar o muestra, luego se agregó 1 ml de metanol. Se usó 1 ml de metanol para hacer el blanco. Cada tubo de ensayo recibió 0,1 mL de una solución de nitrato de aluminio al 10%. Posteriormente, se agregaron 0,1 mL de acetato de potasio 1 M, seguido de 4,6 mL de agua destilada. Los materiales se combinaron adecuadamente y se dejaron a temperatura ambiente durante 45 min. La absorbancia se midió a 415 nm frente a un blanco de referencia de metanol. El contenido total de flavonoides (mg de equivalentes de quercetina) se estimó utilizando la curva estándar de quercetina.

El contenido de fenoles totales se determinó mediante la técnica de Slinkard y Singleton28, con modificaciones menores. Se colocaron 0,2 ml de cada muestra/estándar en un tubo de ensayo y se produjo un volumen de 1 ml con metanol. Los materiales se mezclaron bien después de agregar 2 ml de reactivo de Folin-ciocalteu, luego se agregaron 2 ml de solución de Na2CO3 al 15% después de cuatro minutos. La mezcla se mantuvo a temperatura ambiente durante dos horas. La absorbancia de cada muestra se tomó a 760 nm frente a una referencia y se midió a 760 nm frente a un blanco preparado de forma similar a las muestras sin adición de muestra o estándar. El contenido fenólico total (mg de equivalentes de ácido gálico) se calculó a partir de la curva estándar de ácido gálico.

En la estimación del ácido ascórbico se utilizó el método volumétrico con colorante 2,6-Diclorofenol Indofenol29. Se tomó el volumen medido de una alícuota (10 ml) y se agregaron 15 ml de solución de ácido oxálico (0,4 %) seguido de titulación contra solución de colorante estandarizada (0,04 %) hasta un punto final de color rosa con 15 s de persistencia.

La extracción de carotenoides se basó en el procedimiento descrito por Rodríguez-Amaya y Kimura30. Se homogeneizaron 5 ml de cada muestra con acetona fría y se filtraron con un embudo Büchner. La técnica se repitió hasta que el residuo y los pigmentos se decoloraron y se transfirieron a éter de petróleo; cada fracción se enjuagó con agua destilada para eliminar todos los rastros de acetona. Después de la extracción completa, el contenido total de carotenoides de los pigmentos aislados se midió espectrofotométricamente a 450 nm.

La viabilidad de las bacterias en la bebida Kanji rehidratada se evaluó mediante el método estándar de recuento en placa. El recuento bacteriano en placa se registró después de 24 a 48 h a 37 °C en Man Ragosa Sharpe Agar (HiMedia Laboratories Pvt Ltd, Mumbai) para el recuento bacteriano de ácido láctico8.

Las bebidas Kanji fermentadas con LAB de 30 ml se colocaron por separado en vasos de plástico etiquetados. Estas copas se mantuvieron a temperatura ambiente (28 ± 3 °C) dentro de cubículos con ajustes de luz diurna. Treinta panelistas (15 hombres y 15 mujeres) fueron reclutados entre el personal y los estudiantes de la Universidad de Agricultura de Punjab. Se proporcionó agua potable para que los sujetos se enjuagaran la boca entre dos tragos y se les dio cinco minutos de tiempo entre cada trago. Un panel de jueces semientrenados evaluó las propiedades organolépticas de la bebida de zanahoria negra en función de la apariencia, el sabor, el color, el aroma, el cuerpo, el sabor, la astringencia y la aceptabilidad general. Se utilizó la "escala hedónica" de aceptabilidad del consumidor para calcular la aceptación del producto31.

El polvo de zanahoria negra secado en RW se produjo ajustando dos variables de proceso, a saber, la temperatura del agua (70, 80 y 90 °C) y la concentración de la solución de NaOH (0, 1 y 2 % v/v), y el método se ajustó basado en los impactos en las respuestas elegidas (cambio de color, flavonoides, contenido fenólico total y tasa de rehidratación). La Tabla 1 muestra el análisis de varianza para todas las respuestas, y se crearon gráficos de superficie de respuesta tridimensionales (Fig. 1) para mostrar la influencia de los factores del proceso en los parámetros de respuesta del polvo de zanahoria negra secado con RW.

Efecto de la temperatura del agua y la concentración de NaOH en los parámetros de calidad de la zanahoria negra deshidratada.

El color es un factor de calidad clave que se utiliza para evaluar la calidad de cualquier producto alimenticio. Como resultado, los cambios de color ayudan a identificar cambios en la calidad del producto32. El cambio de color de la zanahoria negra seca osciló entre 1,48 y 4,61. El máximo cambio de color se observó para las muestras pretratadas en una solución de NaOH al 2 % y se secaron a una temperatura del agua de 90 °C, mientras que el mínimo se encontró para las muestras no tratadas secadas a 70 °C. El término lineal de la temperatura del agua y la concentración de NaOH tuvo un efecto positivo significativo en el cambio de color (p < 0,05). Se observó que con el aumento de la concentración de NaOH durante el pretratamiento de la zanahoria negra aumentó el cambio de color en el polvo de zanahoria negra (Fig. 1). Esto se debió al aumento en el valor 'L' de la zanahoria, lo que aumentó el valor general del cambio de color en comparación con los productos frescos. El aumento de la temperatura del agua también resultó en un aumento en el cambio de color, que puede atribuirse a un aumento en el valor 'a' en comparación con el valor 'b' del polvo de zanahoria negro33. El aumento en el valor 'a' se ha informado en varios alimentos debido a la reacción química que ocurre entre los aminoácidos y los azúcares reductores durante el procesamiento a temperaturas más altas, lo que genera un color marrón y la posterior aparición de la reacción de Milliard34.

Se ha demostrado que los flavonoides son útiles para la salud humana debido a su capacidad para servir como captadores de radicales libres y agentes reductores del potencial oxidativo, por lo que protegen contra el daño oxidativo producido por los grupos hidroxilo35. El contenido total de flavonoides de la zanahoria negra seca osciló entre 5,97 y 10,75 mg/100 g de peso seco. El contenido mínimo de flavonoides totales se observó para las muestras pretratadas en una solución de NaOH al 2 % y se secaron a una temperatura del agua de 90 °C, mientras que el máximo se encontró para las muestras no tratadas secadas a 70 °C. El término lineal de la temperatura del agua tuvo un efecto negativo significativo sobre el contenido total de flavonoides (p < 0,05). Se descubrió que el contenido total de flavonoides del polvo de zanahoria negra disminuía con el aumento de la temperatura del agua (Fig. 1). Esto podría deberse a que las temperaturas más altas causaron la descomposición parcial de la lignina y la degradación térmica de los compuestos fenólicos36.

El contenido fenólico total de la zanahoria negra deshidratada osciló entre 22.876,40 y 23.444,30 mg/100 gpd. El máximo cambio de color se observó para las muestras no tratadas secadas a 70 °C. El mínimo se encontró para las muestras pretratadas en una solución de NaOH al 2 % y secadas a una temperatura del agua de 90 °C. El término lineal de la temperatura del agua tuvo un efecto negativo significativo sobre el contenido fenólico total (p < 0,05). Se observó que con el aumento de la temperatura del agua del secador disminuyó el contenido fenólico total en el polvo de zanahoria negra (Fig. 1). Una de esas explicaciones de la disminución del contenido fenólico general a altas temperaturas es el impacto del calor en los compuestos tánicos y la muerte de las células y sus vacuolas, lo que hace que los compuestos fenólicos se adhieran a otros compuestos como las proteínas o cambien sus estructuras químicas18.

La relación de rehidratación de la zanahoria negra seca osciló entre 4,99 y 6,30. La relación de rehidratación mínima se observó para las muestras pretratadas en una solución de NaOH al 2 % y se secaron a una temperatura del agua de 90 °C, mientras que el máximo se encontró para las muestras no tratadas y secadas a 70 °C. El término lineal de la temperatura del agua tuvo un efecto positivo significativo en la tasa de rehidratación (p < 0,05). Se encontró que la proporción de rehidratación del polvo de zanahoria negra disminuía con el aumento de la temperatura del agua del secador. (Figura 1). Esto puede deberse al sobrecalentamiento de la superficie del producto que provoca el desarrollo de una capa impermeable que dificulta que el producto seco se rehidrate a su volumen y forma reales33,37.

Utilizando la técnica de optimización numérica, las condiciones óptimas del proceso para el polvo de zanahoria negra se obtuvieron sumergiendo la zanahoria negra en una solución de NaOH al 0 %, seguida de un secado por ventana de refractancia a una temperatura del agua de 70 °C. El polvo de zanahoria negra producido en condiciones optimizadas se prevé que tenga el valor más alto de contenido total de flavonoides: 11,11 mg/100 g dw, contenido fenólico total: 23.493,50 mg/100 g dw y relación de rehidratación: 6,49 mientras que el menor cambio de color posible: 2,08 con deseabilidad general del 94,8%. Las muestras se secaron aún más a granel en condiciones de proceso optimizadas para producir polvo de zanahoria negra para la bebida Kanji reconstituida.

Para la evaluación de la relación de reconstitución correcta del polvo de zanahoria negra deshidratada por RW para la formulación de bebidas, se prepararon las tres proporciones de polvo con agua, es decir, 10:50, 10:60 y 10:70, y se sometieron a evaluación sensorial. La evaluación sensorial se realizó en una escala hedónica de 9 puntos. La puntuación obtenida de los panelistas se muestra en la Tabla 2. A partir de las puntuaciones sensoriales, se observa claramente que la combinación 10:60 de polvo de zanahoria negra deshidratada por RW y agua ha mostrado una mejor aceptabilidad (7,8 ± 0,2) en comparación con otras combinaciones

La concentración de inóculo bacteriano de ácido láctico funcional, que contenía una carga celular de 107 ufc/ml, se usó como inóculo para desarrollar una bebida Kanji fermentada con ácido láctico. Se tomaron los porcentajes variados de concentración de inóculo liofilizado (4–8 % p/v) y se incorporaron en la bebida Kanji seca RW estandarizada reconstituida (10:60) y fermentada durante 24 h a 37 °C para ver la variación en la carga celular con respecto a la carga celular bacteriana del ácido láctico en la bebida tradicional fermentada. Los datos obtenidos después de los estudios de enumeración en la fermentación tradicional y después de la fermentación por liofilización se muestran en la Tabla 3. El recuento funcional de bacterias de ácido láctico en polvo de zanahoria negra RW-secado fermentado con 7% (p/v) de inóculo liofilizado estuvo en línea con carga celular en bebida Kanji fermentada tradicionalmente. Por lo tanto, se requiere una concentración mínima de inóculo liofilizado del 7 % (p/v) que cumpla con los requisitos de la bebida Kanji fermentada tradicionalmente.

El polvo de zanahoria negra se reconstituyó de acuerdo con la estandarización con agua y se fermentó con una concentración de inóculo liofilizado estandarizado al 7 % (p/v) con una carga celular de 9,21 log ufc/ml a 37 °C durante 28 h y se estudió la cinética de fermentación. en términos de crecimiento bacteriano ácido láctico durante la fermentación, cinética de pH y acidez total titulable. La proliferación de bacterias del ácido láctico durante la fermentación puede proporcionar información vital sobre las propiedades de la bebida Kanji fermentada. La Figura 2A representa el cambio en la cantidad de bacterias del ácido láctico. Las bacterias se adaptaron rápidamente a la bebida reconstituida, lo que resultó en un aumento de la viabilidad de la fermentación original. El número de bacterias del ácido láctico en la bebida creció rápidamente en las primeras 24 h, lo que corresponde a la curva habitual de desarrollo microbiano. Después de las primeras 24 h, el número de bacterias del ácido láctico disminuyó ligeramente y luego se estabilizó. Además, la Fig. 2A mostró que el modelo polinomial de tercer orden mostró el modelo de mejor ajuste para describir el aumento de la viabilidad de las bacterias con el valor R2 más alto de 0,985. Costa et al.38 descubrieron que después de 24 h de fermentación por L. casei NRRL B-442, la viabilidad en jugo de piña alcanzó 8.65 log ufc/ml. Después de las primeras 24 h, la acumulación significativa de ácido láctico y otros metabolitos impidió la proliferación de bacterias del ácido láctico. En resumen, el polvo de zanahoria negra secado con RWD reconstituido con agua (proporción 10:60) es un sustrato apropiado para los probióticos y puede usarse como medio nutricional para mejorar el desarrollo de las BAL.

(A) La cantidad de microbios (bacterias del ácido láctico), (B) el pH y la acidez titulable total durante la fermentación LAB de la bebida Kanji reconstituida a una concentración de 10:60.

La Figura 2B muestra los resultados de una investigación sobre el pH y la dinámica de la acidez titulable de las bebidas fermentadas. Debido al aumento del contenido de acidez titulable, el pH cayó durante la fermentación. Después de 12 h de fermentación, el pH de la bebida Kanji fue inferior a 4,0, que era un umbral para la inhibición de numerosas bacterias sépticas y patógenas38. En la Fig. 2B, el modelo polinomial de tercer orden mostró el modelo de mejor ajuste para describir la disminución del pH y el aumento de TA con respecto al tiempo, con el valor R2 más alto de 0,955 y 0,994 para pH y TA, respectivamente. Después de 28 h de fermentación, la acidez titulable pasó de 0,13 g/100 ml a 0,96 g/100 ml. Ghosh et al.39 observaron un aumento similar durante la fermentación de una bebida a base de arroz. La creciente concentración de ácidos orgánicos producidos por el proceso de fermentación de las bacterias del ácido láctico, particularmente la formación de ácido láctico, podría explicar las variaciones en el pH y la acidez titulable7.

El contenido fenólico total, el contenido total de flavonoides y la capacidad antioxidante de la bebida fermentada después de 24 h de fermentación en comparación con las 0 h iniciales que se muestran en la Tabla 4. Las concentraciones de fitoquímicos aumentan después de 24 h en comparación con la primera etapa, lo que indica que LAB mejoró la concentración fitoquímica de la bebida durante el proceso de fermentación. La mayor cantidad de concentraciones de fitoquímicos en la bebida fermentada podría atribuirse a la capacidad de las LAB para crear enzimas hidrolíticas, que hidrolizaron los fitoquímicos complejos en formas más simples31,40. El contenido fenólico total de las muestras fermentadas a las 24 h aumentó de 32,73 ± 0,61 mg (a las 0 h) a 41,84 ± 0,10 mg GAE/ml. El contenido fenólico total son metabolitos secundarios generalizados de las plantas que están involucrados en la defensa de las plantas contra la radiación UV o la agresividad de los patógenos. La investigación epidemiológica y los metanálisis que la acompañan sugieren claramente que la ingesta a largo plazo de dietas ricas en polifenoles vegetales protege contra el desarrollo de tumores malignos, enfermedades cardiovasculares, diabetes, osteoporosis y trastornos neurológicos41. Además, el pH más bajo (3,76) de la bebida Kanji fermentada con LAB estabiliza los polifenoles, ya que se autooxidan al aumentar el pH8.

La actividad antioxidante (%), como se presenta en la Tabla 4, mostró un incremento de 0 a 24 h de fermentación. Kwaw et al.42 descubrieron una relación entre las actividades polifenólica y antioxidante. Los hallazgos sugirieron que el procesamiento de bebidas fermentadas mejoró el contenido fenólico total y el contenido total de flavonoides, lo que resultó en una mayor actividad antioxidante en el producto desarrollado.

Los parámetros fisicoquímicos variaron ligeramente en la bebida Kanji fermentada preparada por reconstituida en comparación con la bebida Kanji fermentada tradicional estándar como se muestra en la Tabla 5. A pesar de que se observó un pH más alto y menos acidificación para la bebida reconstituida en comparación con la tradicional, hubo No se observan diferencias significativas (p > 0.05) para pH y acidez titulable.

El contenido fenólico total, el contenido total de flavonoides y los valores de actividad antioxidante de la bebida Kanji tradicional y rehidratada están en la misma línea. Tangüler43 encontró resultados similares en la producción de polvo de shalgam a partir de shalgam fermentado (una bebida tradicional turca). El polvo de shalgam reconstituido al 3,2% tiene propiedades fisicoquímicas similares a las de la bebida tradicional de shalgam en términos de pH, acidez titulable, sólidos totales, polifenoles, contenido de flavonoides y capacidad antioxidante. Por lo tanto, la bebida Kanji preparada a partir de la reconstitución del polvo seco RWD puede ser una buena alternativa con una mayor vida útil para obtener beneficios funcionales de la bebida Kanji durante todo el año.

Las puntuaciones medias de aceptabilidad de la bebida Kanji reconstituida y la bebida convencional se muestran en la Fig. 3. Para las cualidades de sabor y aceptabilidad general, la reconstituida fue marginalmente mejor aceptada (p < 0,5) que la tradicional. No hubo cambios significativos en el color, la astringencia o el aroma entre las muestras (p > 0,05). Los índices de aceptación promedio de la bebida reconstituida fueron de aproximadamente (7,9) en la escala hedónica, que corresponde a "me gustó mucho", mostrando una fuerte aceptación de la muestra, que también se observó para la convencional. Santos et al.44 investigaron yogures liofilizados y encontraron porcentajes de humedad, sólidos totales y ácido láctico de 79,44, 20,86 y 0,92, respectivamente, así como pH de 4,37 y diacetilo de 11,13 mg/50 mL en el producto reconstituido (5 g/20 °C). Estos investigadores recibieron calificaciones de 6,67, 6,82, 6,77 y 6,45 en una escala hedónica de 9 puntos para la apariencia, sabor, sabor, textura y aprobación general del producto rehidratado, respectivamente.

Puntuación general de aceptación de la bebida Kanji tradicional y fermentación LAB de la bebida Kanji reconstituida a una concentración de 10:60.

Las bebidas probióticas a base de plantas han sido testigos de un aumento en la demanda, así como de la aceptación en la dieta de los consumidores debido a la demanda de los consumidores de productos funcionales no lácteos. La bebida de zanahoria negra fermentada 'Kanji' es una bebida tradicional que se ha preparado en los hogares indios desde hace mucho tiempo. Esta bebida es altamente rica en bioactivos y flavonoides, con considerables beneficios para la salud de los consumidores. En este estudio se ha hecho un esfuerzo para preparar una bebida rica en nutrientes que pueda estar disponible en un formato listo para usar para su consumo durante todo el año mediante el uso de tecnologías de secado avanzadas. El estudio se centró en el desarrollo y la estandarización de la tecnología de bioprocesos para la mezcla Kanji no perecedera que incorpora cultivos bacterianos de ácido láctico liofilizados en especias y polvo de zanahoria negra liofilizado. El polvo de zanahoria negra se obtuvo sumergiendo zanahoria negra en una solución de NaOH al 0 % y secando el puré a una temperatura del agua de 70 °C en un secador RW. La mezcla Kanji se reconstituyó con agua a una concentración de 10:60 y se sometió a fermentación controlada durante 24 h. Se encontró que la bebida reconstituida era microbiológicamente segura con una aceptabilidad equivalente a la bebida Kanji preparada tradicionalmente. Se concluyó que con esta técnica se pueden preparar bebidas fermentadas similares a LAB ya que no se controla el método tradicional de fermentación, lo que provoca un aumento en el recuento bacteriano y hace que la bebida no sea apta para el consumo.

Los conjuntos de datos generados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

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Descargar referencias

Departamento de Procesamiento e Ingeniería de Alimentos, Universidad Agrícola de Punjab, Ludhiana, India

Preetinder Kaur y Ruchika Zalpouri

Departamento de Microbiología, Universidad Agrícola de Punjab, Ludhiana, India

Ritika Modi y Param Pal Sahota

Departamento de Ciencias Vegetales, Universidad Agrícola de Punjab, Ludhiana, India

Tarsem Singh Dhillon

Departamento de Matemáticas, Estadística y Física, Universidad Agrícola de Punjab, Ludhiana, India

amrita kaur

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PK, PPS y TSD ayudaron en la conceptualización, proporcionaron recursos para la investigación, supervisaron y editaron el manuscrito. RZ y RM realizaron el experimento y escribieron el texto principal del manuscrito e hicieron el análisis formal. AK ayudó en el análisis estadístico. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Ruchika Zalpouri.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Kaur, P., Zalpouri, R., Modi, R. et al. Desarrollo y estandarización de la técnica de procesamiento para la mezcla de Kanji fermentada en laboratorio lista para usar utilizando polvo de zanahoria negra secado con ventana de refractancia. Informe científico 13, 185 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-27450-5

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Recibido: 25 Agosto 2022

Aceptado: 02 enero 2023

Publicado: 05 enero 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-27450-5

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