Changements dans les compositions chimiques et les propriétés biologiques des boissons kombucha à base de thés noirs et de pelures et noyaux d'ananas

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 7859 (2023) Citer cet article

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Plusieurs matières premières ont été utilisées comme compléments partiels ou comme remplacements complets des principaux ingrédients du kombucha pour améliorer les propriétés biologiques de la boisson kombucha résultante. Cette étude a utilisé des pelures et des noyaux d'ananas (PPC), des sous-produits de la transformation de l'ananas, comme matières premières alternatives au lieu du sucre pour la production de kombucha. Les kombuchas ont été produits à partir de fusions de thé noir et de PPC à différents ratios, et leurs profils chimiques et propriétés biologiques, y compris les activités antioxydantes et antimicrobiennes, ont été déterminés et comparés au kombucha témoin sans supplémentation en PPC. Les résultats ont montré que le PPC contenait de grandes quantités de substances bénéfiques, notamment des sucres, des polyphénols, des acides organiques, des vitamines et des minéraux. Une analyse de la communauté microbienne dans un kombucha SCOBY (Symbiotic Cultures of Bacteria and Yeasts) à l'aide d'un séquençage de nouvelle génération a révélé qu'Acetobacter et Komagataeibacter étaient les bactéries d'acide acétique les plus prédominantes. De plus, Dekkera et Bacillus étaient également les principales levures et bactéries du kombucha SCOBY. Une analyse comparative a été effectuée pour les produits de kombucha fermentés à l'aide de thé noir et d'une fusion de thé noir et de PPC, et les résultats ont révélé que le kombucha fabriqué à partir du thé noir et de l'infusion de PPC présentait une teneur phénolique totale et une activité antioxydante plus élevées que le kombucha témoin. Les propriétés antimicrobiennes des produits de kombucha à base de thé noir et de l'infusion de PPC étaient également supérieures à celles du témoin. Plusieurs composés volatils qui ont contribué à la saveur, à l'arôme et aux propriétés bénéfiques pour la santé, tels que les esters, les acides carboxyliques, les phénols, les alcools, les aldéhydes et les cétones, ont été détectés dans les produits kombucha fabriqués à partir d'une fusion de thé noir et de PPC. Cette étude montre que le PPC présente un potentiel élevé en tant que complément à l'infusion de matière première utilisée avec le thé noir pour la production fonctionnelle de kombucha.

Le kombucha est l'une des boissons fonctionnelles les plus consommées dans le monde. Il s'agit d'une boisson fermentée fabriquée par fermentation microbienne de thé sucré à l'aide de consortiums mixtes de bactéries et de levures, connue sous le nom de culture symbiotique de bactéries et de levures (SCOBY)1. Kombucha est réputé pour ses bienfaits pour la santé en raison de sa richesse en divers métabolites bénéfiques, qui sont non seulement libérés de la matière première mais également générés pendant la fermentation, tels que les polyphénols, les acides organiques, les vitamines, les acides aminés, les minéraux, les protéines et les enzymes hydrolytiques1,2,3,4,5. Le contenu des principaux ingrédients actifs des produits de kombucha variait en fonction du type de thé, des conditions de fermentation et de la communauté microbienne du kombucha SCOBY. Par exemple, la teneur phénolique totale (TPC) du kombucha préparé à partir de thés verts, oolong et noirs était de 1,248, 1,011 et 0,455 mg d'acide gallique/mL de kombucha, respectivement. D'autre part, le thé noir kombucha présente une teneur plus élevée en acides organiques, tels que l'acide gluconique (70,11 g/L), l'acide acétique (11,15 g/L), l'acide D-saccharique 1,4-lactone (DSL) (5,23 g/L), l'acide succinique (3,05 g/L), l'acide glucuronique (1,58 g/L) et l'acide ascorbique (0,70 g/L) que les thés verts et oolong6 . Une étude de Jakubczyk et al.7 a démontré que le thé rouge kombucha contenait 242,50 mg/L de teneur totale en flavonoïdes (TFC), ce qui était plus élevé que le thé vert (181,30 mg/L), le thé noir (126,70 mg/L) et le thé blanc (111,60 mg/L) kombuchas. Comme le montrent les revues de littérature, le kombucha possède des avantages importants pour la santé, notamment des effets antioxydants, antimicrobiens, anti-inflammatoires et anticancéreux, ainsi que d'autres capacités pour soutenir le système immunitaire et réduire les problèmes de santé liés au diabète, à la digestion et aux maladies cardiovasculaires5,8,9,10,11,12,13. Cependant, il faut également s'inquiéter du fait qu'une consommation excessive de produits de kombucha peut provoquer une acidose lactique, en particulier chez les personnes immunodéprimées, les gros buveurs d'alcool et les femmes enceintes14,15. Kombucha a également été impliqué dans l'hyponatrémie, l'hépatite toxique et cholestatique et la myosite anti-Jo116,17,18,19. En raison de la demande croissante des consommateurs pour les boissons fonctionnelles, le kombucha est considéré comme l'une des options les plus prometteuses, et les ventes devraient atteindre 10,45 milliards de dollars en 202714,20.

Le kombucha est généralement produit à partir de thé noir (Camellia sinensis) et de sucre, principalement de saccharose. Cependant, différents types de thé, tels que les thés vert, oolong, blanc, rooibos et Pu'er6,7,12,21,22, et différents sucres et édulcorants, tels que le lactose, le glucose, le fructose, le sucre de coco, la mélasse et l'aspartame23,24,25, ont également été évalués comme ingrédients principaux pour la production de kombucha, qui fournit différentes compositions chimiques, caractéristiques organoleptiques, propriétés biologiques et effets sur la santé du kombucha. produits. Outre les ingrédients principaux, il a été rapporté que des matières premières alternatives remplacent partiellement ou complètement les composants traditionnels et améliorent les propriétés biologiques et les effets bénéfiques sur la santé, notamment l'agropyre26, l'eau de coco27, la peau de banane et les orties28, la feuille de chêne29, la feuille de goyave30, le fruit de serpent ou de salak31, la feuille d'olivier et le miel32, les jus d'ananas, de pomme et de grenade33, la papaye34, le malvavisco ou les fleurs de mauve35 et la menthe36. De plus, l'utilisation d'autres micro-organismes pour remplacer le kombucha SCOBY, tels que Trametes versicolor et Lentinula edodes, a également été étudiée37.

Au fil des ans, la consommation mondiale d'ananas frais et transformé a augmenté car il présente divers avantages pour la santé. La production industrielle d'ananas génère de nombreux sous-produits d'ananas, tels que les pelures, les noyaux, les feuilles et les tiges, qui représentent environ 50 % (p/p) du poids de l'ananas38. Ces sous-produits sont des matières premières peu coûteuses utilisées pour la formation de produits à haute valeur ajoutée. Des études antérieures ont rapporté que les sous-produits, en particulier les pelures et noyaux d'ananas (PPC), possèdent une teneur élevée en nombreuses substances biodégradables, notamment des composés phénoliques, des vitamines, des minéraux, des enzymes protéolytiques, des sucres et des fibres brutes, qui fournissent des antioxydants bénéfiques, des effets antimicrobiens et anti-inflammatoires sur la santé39,40,41. Ainsi, le PPC est considéré comme un matériau nutritionnel prometteur pour augmenter les composants précieux des produits fonctionnels. Plusieurs études ont fourni des indices sur l'amélioration des propriétés bénéfiques pour la santé de la supplémentation en kombucha avec divers ingrédients nutritionnels ; cependant, l'utilisation de PPC frais comme enrichissement précieux du thé kombucha nécessite encore une meilleure documentation. Par conséquent, cette recherche est conçue pour évaluer les suppléments PPC combinés avec du thé noir pour modifier les compositions chimiques et promouvoir les bienfaits pour la santé des produits kombucha.

L'ananas (Ananas comosus L. cv. Pattavia) a été collecté auprès de l'Office of Agricultural Research and Development (ARD) Région 2, Thaïlande, avec l'autorisation de l'ARD office. Les feuilles de thé noir séchées ont été achetées au Royal Project Tea Highland, Chiang Mai, Thaïlande. Ni l'ananas ni le thé noir ne sont sauvages mais sont cultivés respectivement dans les provinces de Nong Khai et de Chiang Mai. Les méthodes de collecte et de préparation des échantillons ont suivi les directives et la législation pertinentes.

Les fruits d'ananas ont été soigneusement lavés à l'eau courante du robinet pour éliminer la saleté et les particules de terre. Ensuite, le PPC a été collecté après avoir épluché le fruit d'ananas lavé, et le PPC résultant a été coupé en petits morceaux (environ 0,5 × 0,5 cm). Le PPC fraîchement coupé a été broyé à l'aide d'un mélangeur (HR2225/00, Philips, Chine) et maintenu à − 20 °C jusqu'à son utilisation. Pour la préparation du thé noir sucré, 4,5 g de feuilles de thé noir séchées ont été trempées dans 1 L d'eau chaude pendant 10 min. Après avoir retiré les feuilles de thé par filtration à travers quatre couches d'étamine, 60 g de cassonade (Mitr Phol Sugar Corp., Ltd., Thaïlande) ont été ajoutés et mélangés jusqu'à ce que le sucre soit complètement dissous. Le thé sucré résultant a été utilisé comme matériau de départ pour d'autres expériences. Les compositions chimiques du PPC frais et du thé noir séché, telles que la teneur totale en sucre (TS), le TPC, le TFC et l'activité antioxydante, ont été déterminées.

La culture starter de kombucha, ou kombucha SCOBY (Chiira Organic, Thaïlande), a été préparée en utilisant la méthode modifiée de Torán-Pereg et al.42 En bref, 10 % (v/v) de kombucha SCOBY ont été ajoutés dans des bocaux en verre stériles contenant 900 mL de thé sucré, et les bouches des bocaux ont été recouvertes d'une étamine propre et incubées à température ambiante dans l'obscurité. Après 14 jours d'incubation, le kombucha SCOBY résultant a été utilisé comme culture starter pour la production de kombucha dans des expériences ultérieures.

La communauté microbienne du kombucha SCOBY a été déterminée dans les 3 et 7 jours suivant la fermentation dans du thé noir sucré. L'ADN génomique total (ADNg) des bactéries et des levures dans le kombucha SCOBY a été isolé en utilisant une procédure décrite par Kanwal et al.43 avec des modifications mineures. La pureté et la concentration de l'ADNg ont été évaluées à l'aide d'un BioDrop μLite (Denville Scientific Inc., New Jersey, États-Unis), conformément aux instructions du fabricant, et la qualité de l'ADN a été contrôlée avec un gel d'agarose à 1 % (Smart Agarose-S BIO, Espagne). Les échantillons d'ADNg purifiés ont été expédiés à Novogene Co., Ltd., Pékin, Chine, pour l'amplification par PCR, la préparation de la bibliothèque et le séquençage. Les amorces conservées 341F (5'-CCTAYGGGRBGCASCA-3') et 806R (5'-GGACTACNNGGGTATCTAA-3') ont été utilisées pour amplifier la région V3–V4 du gène bactérien de l'ARNr 16S pour l'identification bactérienne, et les amorces ITS5-1737F (5'-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3') et ITS2-2043R (5 '-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3') ont été utilisés pour amplifier la région de l'espaceur transcrit interne (ITS) pour l'identification fongique. Le séquençage à haut débit a été réalisé à l'aide de la plate-forme Illumina NovaSeq PE250 (Novogene Co., Ltd., Pékin, Chine), et des lectures appariées de 250 pb ont été générées et analysées. En bref, les régions ciblées ont été amplifiées à l'aide d'amorces spécifiques se connectant à des codes à barres, et les produits de PCR de taille appropriée ont été sélectionnés par électrophorèse sur gel d'agarose à 2 %. La quantité exacte de produits de PCR de chaque échantillon a été regroupée, réparée aux extrémités, en queue A et ligaturée avec des adaptateurs Illumina. Après la quantification et l'analyse de la distribution de taille, les bibliothèques quantifiées ont été regroupées et séquencées sur la plate-forme Illumina pour générer des lectures brutes appariées de 250 pb selon un protocole Illumina standard. Une fois les séquences de codes-barres et d'amorces tronquées, les lectures appariées ont été fusionnées à l'aide de FLASH (version 1.2.11 ; http://ccb.jhu.edu/software/FLASH/)44, et les étiquettes brutes ont été obtenues. Le filtrage de qualité sur les balises brutes a été effectué à l'aide du logiciel FASTP (version 0.20.0) pour obtenir des balises propres de haute qualité. Un logiciel Vsearch (Version 2.15.0) a été utilisé pour faire sauter des balises propres avec la base de données de référence (base de données Silva pour 16S/18S ; https://www.arbsilva.de/, et base de données Unite pour ITS ; https://unite.ut.ee/) pour détecter les séquences chimères45. Après avoir supprimé les séquences chimères, les étiquettes efficaces résultantes ont été débruitées à l'aide de l'algorithme de débruitage d'amplicon diviseur 2 (DADA2) ou du module de floutage du logiciel Quantitative Insights into Microbial Ecology (QIIME2) (version QIIME2-202 006), et les séquences avec moins de 5 abondances (n < 5 dans tous les échantillons) ont été filtrées pour obtenir des variantes finales de séquence d'amplicon (ASV). La classification taxonomique du phylum, de la classe, de l'ordre, de la famille, du genre et de l'espèce a été réalisée à l'aide du module Classify-sklearn du logiciel QIIME2 basé sur l'annotation des unités taxonomiques opérationnelles (OTU)46.

Les boissons Kombucha ont été produites à partir d'une fusion de thé noir et de PPC en utilisant la procédure décrite par Jayabalan et al.1, Kaewkod et al.6 et Jakubczyk et al.7, avec de légères modifications. En bref, 4,5 g de feuilles de thé noir séchées ont été trempées dans 1 L d'eau chaude déminéralisée pendant 10 min. Après avoir retiré les feuilles de thé par filtration à travers quatre couches d'étamine, le thé chaud résultant a été utilisé comme milieu de fermentation pour la production de kombucha. Sept formulations des boissons au kombucha utilisant différentes teneurs en sucre dans la cassonade et le PPC ont été produites, c'est-à-dire K1 : 60 g de cassonade et 0 g de PPC ; K2 : 50 g de cassonade et 10 g de PPC ; K3 : 40 g de cassonade et 20 g de PPC ; K4 : 30 g de cassonade et 30 g de PPC ; K5 : 20 g de cassonade et 40 g de PPC ; K6 : 10 g de cassonade et 50 g de PPC ; et K7 : 0 g de cassonade et 60 g de PPC. Les concentrations en sucres totaux dans les mélanges de fermentation ont été ajustées à 60 g/L avec du jus d'ananas extrait du PPC pour assurer la validité des comparaisons de production de kombucha. Une culture starter de kombucha a été ajoutée aux mélanges de fermentation pour donner une concentration finale de 10 % (v/v). Les bouches des bocaux de fermentation ont été soigneusement recouvertes de quatre couches d'étamine, et les bocaux ont été placés dans l'obscurité à température ambiante pour permettre la fermentation pendant 14 jours. Pendant la fermentation, des échantillons de kombucha ont été prélevés tous les deux jours et les profils chimiques et les propriétés biologiques, y compris les activités antioxydantes et antimicrobiennes, ont été analysés. Kombucha K1 sans supplémentation en PPC a été utilisé comme traitement témoin dans cette étude. La figure 1 montre un organigramme de processus d'expériences de fermentation de kombucha. Trois répétitions indépendantes ont été réalisées pour chaque formulation de production de kombucha, et les résultats sont présentés sous forme de moyenne ± écart type (SD).

Un diagramme de flux de processus pour les expériences de fermentation de kombucha. (K1 : 60 g de cassonade et 0 g de PPC ; K2 : 50 g de cassonade et 10 g de PPC ; K3 : 40 g de cassonade et 20 g de PPC ; K4 : 30 g de cassonade et 30 g de PPC ; K5 : 20 g de cassonade et 40 g de PPC ; K6 : 10 g de cassonade et 50 g de PPC ; et K7 : 0 g de cassonade et 60 g de PPC).

Le potentiel de réduction total ou l'activité antioxydante d'un échantillon de kombucha a été déterminé à partir de sa capacité à réduire Fe3+ en Fe2+ en utilisant la méthode du pouvoir réducteur des ions ferriques (FRAP) décrite par Amanzadeh-Salout et al.47 avec quelques modifications. Le réactif FRAP a été préparé en mélangeant 100 ml de tampon acétate, 10 ml de solution 10 mM de 2,4,6-Tris(2-pyridyl)-s-triazine (TPTZ) et 10 ml de solution 20 mM de FeCl3.3H2O. Cinquante microlitres de l'échantillon de kombucha ont été mélangés avec 1,5 ml du réactif FRAP et 150 μl d'eau distillée, et le mélange réactionnel a été maintenu dans l'obscurité à température ambiante pendant 10 min. Après incubation, l'absorbance du mélange réactionnel a été mesurée à une longueur d'onde de 593 nm. L'activité antioxydante du FRAP a été déterminée à partir d'une courbe d'étalonnage générée avec du sulfate ferreux heptahydraté comme étalon de référence et exprimée en Fe(II) millimolaire par litre de kombucha (mM Fe(II)/L).

Les activités de piégeage du radical ABTS+ ont été déterminées sur la base de la méthode modifiée décrite par Mukherjee et al.48 Pour la préparation du réactif ABTS•+, une solution mère d'ABTS (7 mM) a été mélangée avec du persulfate de potassium 2,45 mM et incubée pendant une nuit dans l'obscurité à température ambiante. Le réactif mère ABTS•+ a été dilué avec de l'eau distillée pour donner une absorbance de 0,700 à 734 nm, et le taux de dilution résultant a été utilisé pour préparer la solution réactionnelle. Cent microlitres de la solution d'échantillon diluée ont été mélangés avec une solution de réaction de 3,8 ml. Après 6 min d'incubation dans l'obscurité à température ambiante, l'absorbance du mélange réactionnel a été mesurée à une longueur d'onde de 734 nm. L'acide ascorbique a été utilisé comme référence standard et le pourcentage d'inhibition par l'ABTS+ a été calculé à l'aide de l'équation suivante : % d'inhibition = [(Acontrôle − Asample)/(Acontrol)] × 100, où Acontrol est le réactif ABTS•+ dilué sans solution d'échantillon, et Asample est le mélange réactionnel de la solution d'échantillon et du réactif ABTS•+ dilué.

L'activité antimicrobienne du kombucha contre les bactéries pathogènes a été testée avec la méthode de diffusion en puits d'agar en utilisant le protocole décrit par Kaewkod et al.6 avec de légères modifications. Les souches bactériennes utilisées dans cette étude, y compris les bactéries gram-négatives (Aeromonas hydrophila, Escherichia coli ATCC 25922, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 et Salmonella typhi DMST 22842) et les bactéries gram-positives (Bacillus cereus) ont été aimablement obtenues auprès de la Faculté des sciences médicales associées, Université de Khon Kaen, Thaïlande. Pour le test d'activité antimicrobienne, 200 μl de culture bactérienne ont été transférés dans un bouillon de perfusion cœur-cervelle (BHI) et incubés à 37 ° C et 150 tr / min pendant 18 à 24 h. La croissance de la culture bactérienne a été mesurée par spectrophotométrie à 600 nm, et elle a été écouvillonnée sur de la gélose Mueller-Hinton (MH) (Himedia ™, Inde). Des puits de 6 mm de diamètre ont été préparés sur des plaques de gélose avec un perce-bouchon stérile. Les échantillons de kombucha ont été centrifugés à 10 000 tr/min pendant 5 min pour éliminer les débris cellulaires, puis le surnageant a été filtré à travers un microfiltre stérile de 0,22 μm et transféré dans les puits d'agar. Les plaques ont été maintenues à 4 °C pendant 2 h puis incubées à 37 °C pendant 18 à 24 h. Les zones d'inhibition de la croissance bactérienne ont été déterminées comme décrit par Battikh et al.8 Une comparaison de l'activité antimicrobienne du kombucha frais a été réalisée avec de l'acide acétique comme contrôle positif et de l'eau distillée comme contrôle négatif. Pour la préparation du traitement témoin, 8,5 g/L d'acide acétique ont été mélangés avec de l'eau distillée stérile et le pH a été ajusté à 3,0 (le même pH que les échantillons de kombucha). La solution résultante a été stérilisée par filtration et utilisée pour tester l'activité antimicrobienne avec les échantillons de kombucha.

La composition chimique du PPC, y compris les sucres (tels que le glucose, le fructose et le saccharose), les vitamines (B1, B2, B3, B6, B9 et B12) et les acides organiques (acide citrique, acide ascorbique et acide formique), a été analysée en utilisant la chromatographie liquide à haute performance (HPLC) avec un détecteur à indice de réfraction (RI) (Shimadzu, Kyoto, Japon) et une colonne Aminex HPX-87H (300 × 7,8 mm) (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) à 50 °C. Les teneurs en minéraux (azote, phosphore, potassium, magnésium, manganèse, zinc, ferreux, cuivre, calcium, sodium, cobalt et molybdène) ont été déterminées par spectroscopie d'absorption atomique (AAS) au Central Laboratory (Thailand) Co., Ltd., succursale de Khon Kaen, Thaïlande. Les pH des échantillons de kombucha ont été mesurés avec un pH-mètre électronique (FE28 FiveEasy, Mettler Toledo, Suisse), et l'acidité totale a été déterminée en utilisant la méthode décrite par Osiripun et al.33 La couleur des produits de kombucha a été déterminée sur une échelle L*, a* et b* avec une méthode de référence standard utilisant Ultrascan XE SN-U3115 (Hunterlab, Reston, Virginie, USA). La TS dans le kombucha a été analysée avec la méthode phénol-acide sulfurique.49 Le TPC a été déterminé par la méthode Folin-Ciocalteu7 en utilisant l'acide gallique comme étalon, et les résultats ont été exprimés en grammes d'équivalents d'acide gallique (GAE) par litre de boisson kombucha (g GAE/L). Le TFC a été déterminé par le dosage colorimétrique du chlorure d'aluminium50 en utilisant la quercétine comme étalon. Le TFC a été exprimé en milligrammes d'équivalent de quercétine (QE) par litre de boisson kombucha (mg QE/L). La concentration d'éthanol dans le kombucha a été déterminée par chromatographie en phase gazeuse (GC) (GC-14B, Shimadzu, Kyoto, Japon) en utilisant une colonne remplie de polyéthylène glycol (PEG-20 M) avec un détecteur à ionisation de flamme (FID). Les composés volatils dans les boissons au kombucha ont été déterminés à l'aide d'un GC (Agilent 7890A) équipé d'un spectromètre de masse (Agilent 7000B, Agilent Technologies, Inc., Palo Alto, CA, USA). La séparation des analytes a été évaluée avec une colonne capillaire DB-wax (60 m de long, 0,25 mm de diamètre et 0,25 μm d'épaisseur de film).

Une conception randomisée complète (CRD) a été utilisée pour les expériences de fermentation de kombucha avec trois répétitions, et toutes les données ont été exprimées sous forme de moyenne ± SD. Les différences significatives entre les groupes ont été évaluées à l'aide de SPSS version 28.0. (IBM SPSS Statistics, Armonk, NY : IBM Corp.) Un niveau statistiquement significatif a été défini avec l'analyse de variance unidirectionnelle (ANOVA) suivie d'un test post hoc LSD à un niveau de 0,05 (p ≤ 0,05 signifie signification).

Les compositions chimiques du thé noir et du PPC frais, y compris le TS, le TPC, le TFC et l'activité antioxydante, ont été évaluées et les résultats sont résumés dans le tableau 1. Le TS et le TPC du PPC étaient environ 315 et deux fois plus élevés que ceux du thé noir. Cependant, le thé noir présentait une activité TFC et antioxydante significativement plus élevée que le PPC. Sur la base des tests FRAP et ABTS, le thé noir a montré une forte capacité d'inhibition des radicaux libres (0,82 mM Fe(II)/L) et une capacité de piégeage des radicaux (89,94 % d'inhibition), environ 1,7 et 1,5 fois, respectivement, supérieures à celles du PPC. L'activité antioxydante élevée du thé noir peut être associée aux niveaux élevés de polyphénols et de flavonoïdes, comme dans une étude de Zhang et al.51, qui ont rapporté une teneur phénolique plus élevée et une capacité antioxydante plus vitale dans le thé noir. En raison d'un faible taux de TS (0,15 g/L), le thé noir est une boisson non sucrée ou hypocalorique. Le PPC présentait un pH inférieur à celui du thé noir, ce qui peut être corrélé à un niveau d'acidité élevé, en particulier l'acide citrique et l'acide ascorbique. Le pH du thé noir était de 4,60, ce qui signifie que le thé noir est légèrement acide en raison de l'acidité des feuilles de thé. L'un des acides dominants du thé noir est l'acide tannique (représentant 13,36%), qui joue un rôle crucial dans la détermination de la saveur du thé noir52,53. Des études antérieures ont démontré que des conditions acides (pH inférieur à 7,0) maintenaient la stabilité des composés bénéfiques dans la matière première54. Par conséquent, le thé noir et le PPC sont des sources potentielles de composés phénoliques et flavonoïdes qui pourraient jouer un rôle vital dans les fortes capacités antioxydantes des produits de kombucha.

Naturellement, les composés phénoliques et les flavonoïdes contribuent principalement aux propriétés antioxydantes des plantes, qui renforcent l'inhibition des radicaux libres en raison de la capacité du groupe hydroxyle à donner un atome d'hydrogène à un radical libre55. Dans cette étude, le TPC et le TFC du PPC représentaient respectivement 0,10 g de GAE/L et 2,97 mg de QE/L, et la capacité d'inhibition radicalaire et l'activité de piégeage du PPC étaient respectivement de 0,49 mM Fe(II)/L et de 58,97 %, ce qui était similaire à ceux rapportés par Azizan et al. pour 22,93 et ​​18,87 g/kg de poids frais (FW). La teneur en saccharose représentait 10,80 g/kg PF (tableau 2). Sur la base de ces découvertes, le PPC pourrait être utilisé comme source alternative de sucre pour remplacer partiellement ou entièrement le saccharose, l'un des sucres les plus couramment utilisés pour la production de kombucha.

L'acide citrique était l'acide organique prédominant détecté dans le PPC, représentant 590 mg/100 g PF. Il convient de noter que la teneur en acide ascorbique ou en vitamine C dans le PPC constituait 0,02 mg/100 g FW, ce qui était nettement inférieur à celui rapporté par Mohsin et al.40 (47,90 mg/100 mg FW). Cette découverte pourrait être attribuable aux différences d'espèces végétales, d'étapes de récolte et de méthodes de transformation du fruit de l'ananas. Étonnamment, le PPC contient de nombreuses vitamines, appartenant principalement au groupe B, qui fait référence au groupe des vitamines hydrosolubles (les teneurs en B1, B3, B6 et B9 étaient de 0,05, 0,07, 0,01 et 0,01 mg/100 g FW, respectivement). Les vitamines B2 et B12 n'ont pas été détectées dans cette étude. Toutes les vitamines détectées dans le PPC sont connues pour être bénéfiques pour la santé humaine, par exemple, B1 est un cofacteur essentiel pour de nombreuses réactions catalysées par des enzymes dans différents métabolismes de carboxylation, tandis que B3 est un cofacteur pour de nombreuses enzymes qui participent à diverses voies métaboliques et abaissent le niveau de cholestérol et améliorent la circulation sanguine. B6 est essentiel pour convertir l'homocystéine en méthionine, ce qui abaisse le niveau d'homocystéine dans le corps. De plus, B9 est un cofacteur dans les transferts d'atomes de carbone catalysés par des enzymes dans de nombreuses voies métaboliques, y compris les biosynthèses de purines et de pyrimidines (essentielles pour l'ADN et l'ARN) et les interconversions d'acides aminés56,57. Dans le cas de la nutrition de l'ananas, plusieurs études ont rapporté que B1 (0,05–0,14 mg/100 g), B3 (0,13–0,27 mg/100 g) et B6 (0,08–0,11 mg/100 g) sont les plus prédominants parmi toutes les vitamines58.

En plus des sucres, des acides organiques et des vitamines, le PPC contient également plusieurs minéraux ou éléments, dont certains sont essentiels à la croissance microbienne et à l'activité métabolique. L'azote (N) était le principal élément détecté dans le PPC, représentant 1410 mg/kg PF, suivi du potassium (K) (991,95 mg/kg), du magnésium (Mg) (77,80 mg/kg), du calcium (Ca) (72,30 mg/kg), du zinc (Zn) (71,75 mg/kg), et le plus faible était le fer (Fe) (7,60 mg/kg) (tableau 2). N et phosphore (P) sont essentiels pour la biosynthèse des protéines et des acides nucléiques, tandis que Fe, Mg et Zn sont nécessaires à la croissance microbienne et servent de cofacteurs pour plusieurs enzymes dans la voie de réaction biochimique microbienne59. Le K est nécessaire au fonctionnement normal de toutes les cellules, et il régule le rythme cardiaque, assure les activités des muscles et des nerfs, et soutient la synthèse des protéines et le métabolisme des glucides. Il convient de noter que les teneurs en K et Zn dans le PPC utilisé dans cette étude étaient significativement plus élevées, tandis que celles en Mg, Ca et manganèse (Mn) étaient considérablement inférieures à celles rapportées par Lu et al.60 et Romelle et al.61, ce qui pourrait être dû aux différentes variétés de plantes, aux conditions environnementales de croissance et aux stades de récolte.

Les micro-organismes trouvés dans le kombucha SCOBY étaient principalement des bactéries d'acide acétique (AAB) et des levures, qui ont un impact significatif sur les propriétés biochimiques des produits de kombucha, et la diversité des microbes peut varier en fonction de la source de SCOBY, du milieu de culture, des conditions de fermentation et des matières premières utilisées pour la production de kombucha1,5. La figure 2 illustre la diversité microbienne du kombucha SCOBY de 3 et 7 jours sur la base d'analyses de séquençage de nouvelle génération. Plusieurs bactéries ont été identifiées, telles que Acetobacter, Komagataeibacter, Bacillus, Bosea, Blautia, Cellvibrio et Faecalibacterium. Parmi les bactéries trouvées dans le kombucha SCOBY de 3 jours, les plus prédominantes étaient Acetobacter et Komagataeibacter, représentant respectivement 85, 35 et 6, 81% du total (Fig. 2A). Ces deux bactéries sont classées comme AAB, qui sont responsables de la production d'acides organiques, tels que l'acide acétique, l'acide glucuronique, l'acide gluconique, l'acide ascorbique et l'acide succinique. De plus, ils forment également des biofilms de cellulose et des composés détoxifiants et antioxydants prometteurs, en particulier DSL1,11,62. Plusieurs études ont également noté que les AAB ont été trouvés dans les produits de kombucha à des niveaux plus élevés que les bactéries lactiques (LAB)63,64. Une étude récente de Lee et al.65 a démontré que les principaux AAB trouvés dans plusieurs échantillons commerciaux de kombucha SCOBY étaient Gluconobacter (95,25 %) et Komagataeibacter (76,69 %). Les LAB prédominants détectés dans le kombucha appartenaient principalement au groupe Lactobacillus, qui améliore la fonction biologique en tant que boissons probiotiques au kombucha66,67. Cependant, les LAB n'ont pas été détectés dans la présente étude. Bacillus est une autre bactérie présente dans le kombucha SCOBY, représentant 1,07%, responsable de la production d'acide lactique. Les espèces de Bacillus ont également été utilisées comme probiotiques dans plusieurs produits alimentaires et boissons. Dans la fermentation des aliments, certains probiotiques Bacillus sont utilisés comme facteur clé dans la fermentation du soja et des produits alimentaires pour générer divers antioxydants et antimicrobiens68. Les souches de Bacillus associées à des métabolites secondaires de plantes ont amélioré la biodisponibilité et la digestibilité apparentes dans le système intestinal69. Outre AAB et Bacillus, d'autres bactéries présentes dans le kombucha SCOBY, telles que Blautia sp. et Faecalibacterium sp., peuvent également jouer un rôle lors de la fermentation du kombucha, même s'ils ont été trouvés en nombre relativement faible. D'après les revues de la littérature, Blautia sp. et Faecalibacterium sp. sont connus comme producteurs d'acide acétique, d'acide butyrique et d'acides gras à chaîne courte. De plus, les deux souches sont considérées comme des probiotiques potentiels de nouvelle génération qui pourraient jouer un rôle dans la régulation de la santé de l'hôte et le soulagement des syndromes métaboliques70,71.

Communauté microbienne dans le kombucha SCOBY. Diversité bactérienne dans le kombucha SCOBY après 3 jours (A) et 7 jours (B) de fermentation. Diversité fongique dans le kombucha SCOBY après 3 jours (C) et 7 jours (D) de fermentation.

Au cours de la fermentation du kombucha, la communauté microbienne a présenté un changement notable dans la diversité bactérienne, principalement dans le kombucha SCOBY de 7 jours (Fig. 2B). Le pourcentage d'Acetobacter a légèrement diminué de 85,35 à 82,04%, tandis que les proportions de Komagataeibacter et de Bacillus ont augmenté à 7,35 et 1,36%, respectivement, ce qui pourrait être dû aux changements biochimiques du kombucha qui affectent la croissance et le développement bactériens. Des études antérieures ont rapporté qu'Acetobacter participait à l'oxydation de l'éthanol et était fortement associé à un environnement fortement alcoolisé, tandis que Komagataeibacter utilise du glucose, du fructose, du saccharose et de l'éthanol au cours du métabolisme72,73.

Les levures jouent également un rôle essentiel dans l'hydrolyse du saccharose en glucose et fructose et enfin en éthanol, qui influence les saveurs et les arômes des produits kombucha. Dans cette étude, Dekkera était la levure prédominante dans le kombucha SCOBY de 3 jours, représentant 97,94 % (Fig. 2C). La baisse du pH du kombucha pendant la fermentation a provoqué une réduction de la croissance de Dekkera, comme en témoigne le kombucha SCOBY de 7 jours; le pourcentage de Dekkera avait diminué de 97,94 % à 89,05 % (Fig. 2D). Dekkera produit des niveaux élevés d'éthanol et est associé à la production d'acides et d'esters organiques, qui influencent l'arôme du kombucha et en font un bon choix pour les boissons alcoolisées et la production de bioéthanol73,74,75. Tran et al.76 ont rapporté que Dekkera présentait une activité d'invertase et une efficacité de fermentation relativement élevées dans la production de teneurs élevées en éthanol.

En plus de Dekkera sp., plusieurs autres levures ont également été détectées en abondance relativement faible, telles que Chloridium, Archaeorhizomyces, Trichoderma, Rhizospogon, Saitozyma et Suillus, dont la plupart sont des champignons associés aux plantes trouvés sur les surfaces des plantes et dans la rhizosphère. Bien que certains soient connus pour produire des enzymes cellulolytiques, comme Trichoderma, d'autres, comme Saitozyma, sont connus pour produire de l'acide gluconique77,78. La petite présence de ces champignons peut ne jouer aucun rôle dans le processus du kombucha. Notamment, la levure éthanologène commune Saccharomyces cerevisiae, un producteur d'éthanol bien connu dans les boissons alcoolisées, n'a pas été détectée dans cette étude, ce qui pourrait être attribuable aux différentes sources de kombucha SCOBY et aux conditions de fermentation.

Au cours de la fermentation du kombucha, un biofilm, identifié comme la couche de cellulose à laquelle les cellules microbiennes sont attachées, était visible dans les 3 jours et flottait au-dessus du milieu de culture dans les 14 jours suivant la fermentation. La couleur des produits de kombucha variait selon les types et les proportions de la matière première utilisée. Comme le montre le tableau 3, les valeurs L * du kombucha produit à partir de fusions de thé noir et de PPC variaient de 88,68 à 90,85, ce qui était supérieur à celui du kombucha témoin (74,60), indiquant que les produits de kombucha issus de fusions de thé noir et de PPC étaient plus clairs que le kombucha témoin. D'autre part, les valeurs a* et b* du kombucha témoin étaient supérieures à celles des produits de kombucha issus de fusions de thé noir et de PPC, indiquant une couleur plus rouge-jaunâtre que celles produites à partir de fusions de thé noir et de PPC (Fig. 3).

L'apparition de produits de kombucha à base de thé noir et de fusions de thé noir et de PPC utilisant différentes teneurs en sucre dans la cassonade et le PPC comme décrit dans "Matériels et méthodes". (K1 : 60 g de cassonade et 0 g de PPC ; K2 : 50 g de cassonade et 10 g de PPC ; K3 : 40 g de cassonade et 20 g de PPC ; K4 : 30 g de cassonade et 30 g de PPC ; K5 : 20 g de cassonade et 40 g de PPC ; K6 : 10 g de cassonade et 50 g de PPC ; et K7 : 0 g de cassonade et 60 g de PPC).

Le pH initial du kombucha témoin (K1) (pH 4,99) était légèrement supérieur à ceux des kombuchas supplémentés en PPC (K2–K7), qui variaient de 3,85 à 4,46. L'augmentation de la supplémentation en PPC a diminué les valeurs de pH du kombucha, ce qui pourrait être corrélé à l'acidité élevée puisque le PPC contient une teneur élevée en acide organique, en particulier en raison de l'acide citrique et de l'acide ascorbique (tableau 2). Pendant la fermentation, le pH du kombucha a chuté de façon spectaculaire de 3,85 à 4,99 à 2,95 à 3,30, ce qui était dans la plage acceptable pour les boissons au kombucha selon la recommandation de la Food and Drug Administration (FDA)5. Notamment, les diminutions de pH pour les kombuchas produits à partir de fusions de thé noir et de PPC (K2-K7) étaient plus importantes que celles du kombucha témoin (K1) (Fig. 4). La diminution du pH au cours de la période de fermentation a indiqué que les bactéries et les levures du kombucha SCOBY convertissaient les sucres en divers acides organiques, tels que l'acide acétique, l'acide gluconique, l'acide glucuronique, l'acide lactique et d'autres métabolites secondaires79. De plus, un pH bas du kombucha limite également la croissance indésirable de contaminants microbiens4. Il convient de noter que les valeurs de pH finales des produits de kombucha peuvent être corrélées avec les différentes substances libérées des matières premières ou générées lors de la fermentation, ce qui peut affecter la croissance microbienne et les activités métaboliques du kombucha SCOBY79.

Modifications des valeurs de pH pendant la fermentation des produits de kombucha à base de thé noir et de fusions de thé noir et de PPC en utilisant différentes teneurs en sucre dans la cassonade et le PPC comme décrit dans "Matériels et méthodes".

Les concentrations initiales en sucre des boissons kombucha étaient d'environ 60 g/L. Des changements dans la teneur en TS ont été observés au cours du processus de fermentation en raison des activités microbiennes du kombucha SCOBY, qui utilisait le sucre comme source de carbone pour se développer et produire des substances bioactives bénéfiques. Il y a eu des réductions spectaculaires de la teneur en sucre de tous les produits de kombucha, en particulier pendant les 2 à 8 premiers jours de fermentation, selon les ratios de matières premières utilisées. Une proportion élevée de PPC a donné un taux élevé de consommation de sucre, qui peut être attribuable au glucose et au fructose, les principaux sucres présents dans le PPC, qui sont plus efficacement absorbés par les cellules microbiennes que les autres sucres. Les concentrations finales de TS des kombuchas produits à partir de fusions de thé noir et de PPC (K2-K7) variaient de 1,70 à 11,13 g/L, qui étaient inférieures à celles du kombucha témoin (20,45 g/L) (K1) (Fig. 5). Cette découverte a suggéré que le PPC améliorait la croissance et les activités métaboliques de la communauté microbienne dans le kombucha SCOBY qui utilisait les sucres comme sources de nutriments soutenant la production de précieux métabolites. Il convient de noter que les concentrations finales de TS dans les produits de kombucha de la présente étude étaient inférieures à celles rapportées par Osiripun et al.33 et Lee et al.65, ce qui pourrait être dû aux différences dans les teneurs initiales en TS, la diversité et les activités métaboliques des communautés microbiennes du kombucha SCOBY, les niveaux de supplémentation nutritionnelle et les conditions de fermentation.

Modifications de la teneur totale en sucre pendant la fermentation des produits de kombucha à base de thé noir et de fusions de thé noir et de PPC en utilisant différentes teneurs en sucre dans la cassonade et le PPC comme décrit dans "Matériels et méthodes".

Le kombucha est connu pour contenir de grandes quantités de polyphénols, qui proviennent des feuilles de thé et sont également générés lors de la fermentation par la communauté microbienne du kombucha SCOBY. Par rapport aux matières premières, les produits de kombucha fabriqués à partir de fusions de thé noir et de PPC affichaient des teneurs phénoliques plus élevées que les matériaux de thé noir et de PPC d'origine. Le contenu phénolique des produits de kombucha avait tendance à augmenter en fin de fermentation, en particulier pour ceux supplémentés avec 30–60 g/L de PPC, par rapport à ceux supplémentés avec 10–20 g/L de PPC et le traitement témoin sans ajout de PPC. L'augmentation de la teneur en phénols des produits de kombucha fabriqués à partir de fusions de thé noir et de PPC peut être corrélée à la libération de polyphénols du PPC, comme on l'a vu dans d'autres études utilisant du jus d'agropyre26, des carottes noires80 et des plantes médicinales81. Des études antérieures ont démontré que le PPC contient divers composés chimiques bénéfiques, et les polyphénols font partie de ces composés61,82,83.

La teneur phénolique finale du kombucha témoin était de 0,28 g GAE/L, tandis que les kombuchas fabriqués à partir de fusions de thé noir et de PPC avaient des teneurs phénoliques comprises entre 0,27 et 0,34 g GAE/L (tableau 4). Les fluctuations observées dans le contenu phénolique pendant la fermentation peuvent être associées à l'activité métabolique de la communauté microbienne dans le kombucha SCOBY. L'effet synergique des enzymes, telles que la cellulase, la glucanase, la pectinase et la glucosidase, produites par les bactéries et les levures du kombucha SCOBY, peut dégrader les complexes polyphénoliques des matières premières en monomères polyphénoliques plus petits, augmentant ainsi la teneur phénolique des produits kombucha. Une autre possibilité est que les parois cellulaires végétales, telles que celles du thé, contenaient des niveaux élevés de phénols liés insolubles, qui étaient difficiles à libérer dans les produits de kombucha. Les métabolites bénéfiques produits par la communauté microbienne pendant la fermentation du kombucha, tels que les acides, les alcools et les esters, peuvent affecter la solubilité des composés phénoliques, conduisant à la libération de phénols liés insolubles67. Selon la réduction du TPC observée dans les produits de kombucha, la communauté microbienne du kombucha SCOBY peut également libérer des enzymes hydrolytiques pour dégrader les polyphénols en d'autres métabolites et les utiliser comme sources de nutriments pour les activités métaboliques, entraînant une réduction du TPC6,84,85. La polymérisation des polyphénols en complexes de poids moléculaire élevé peut également inhiber la détection de ces composés dans les produits de kombucha86 ; ainsi, la dépolymérisation des composés actifs polymérisés pourrait augmenter la teneur totale en phénol mesurée.

Les flavonoïdes sont omniprésents dans les composés polyphénoliques et font partie des métabolites secondaires végétaux les plus abondants et les plus répandus. De nombreuses plantes comestibles, dont le thé et l'ananas, contiennent de grandes quantités de flavonoïdes61,82,87. La teneur en flavonoïdes des kombuchas produits à partir de thé noir et de fusions de thé noir et de PPC a été déterminée dans cette étude, et les résultats sont résumés dans le tableau 5. Le thé noir kombucha (K1) présentait une teneur en flavonoïdes plus élevée que ceux produits à partir d'une fusion de thé noir et de PPC. L'augmentation des ratios de supplémentation en PPC a entraîné une réduction de la teneur initiale en flavonoïdes du kombucha, en particulier pour ceux supplémentés avec 40 à 60 g/L de PPC ; les teneurs initiales en flavonoïdes variaient de 21,68 à 24,05 mg QE/L. Une baisse marquée de la teneur en flavonoïdes a été observée pendant la fermentation des produits de kombucha additionnés de 10 g/L (K2), 20 g/L (K3) et 30 g/L de PPC (K4), tandis que d'autres produits de kombucha (K1, K6 et K7) ont montré de légères différences entre les teneurs initiale et finale en flavonoïdes. Les changements observés dans la teneur en flavonoïdes pendant la fermentation peuvent être attribuables aux réactions oxydatives des polyphénols, qui ont également été rapportées par Gaggìa et al.88 et Jakubczyk et al.7 La biodégradation fermentaire des flavonoïdes en molécules plus petites par les enzymes hydrolytiques libérées de la communauté microbienne dans le kombucha SCOBY est également une possibilité89. Un exemple est celui des LAB, en particulier Lactiplantibacillus plantarum, qui libère de la β-glucosidase pour dégrader les polyphénols et les flavonoïdes90,91. De plus, d'autres facteurs peuvent également être impliqués, tels que les réductions extractibles et les réactions d'estérification se produisant pendant la fermentation92.

La plupart des produits de kombucha étudiés ici contenaient de faibles niveaux d'éthanol, allant de 0,09 à 0,99 % (v/v). Le niveau d'éthanol le plus élevé a été détecté dans le produit kombucha K3, tandis que le plus bas a été trouvé dans le kombucha témoin (K1) (tableau 6). Il est à noter que la supplémentation du kombucha avec du PPC a donné des concentrations d'éthanol supérieures à celles du kombucha témoin fabriqué sans supplémentation en PPC. Les concentrations d'éthanol plus élevées dans les kombuchas supplémentés en PPC peuvent être corrélées aux substances bénéfiques contenues dans le PPC car il contenait non seulement du sucre mais également des minéraux et des vitamines (tableau 2), ce qui pourrait favoriser la croissance et l'activité métabolique de la communauté microbienne dans le kombucha SCOBY. Des résultats similaires ont également été observés pour le kombucha fermenté à l'aide de jus de fruits, tels que les pommes, les grenades, les raisins rouges et les jus de cerise aigre, dans lesquels les concentrations finales d'éthanol étaient de 0,82 %, 0,84 %, 0,59 % et 0,67 % (v/v) d'éthanol, respectivement93. Par rapport à l'étude actuelle, des valeurs faibles (0,30–0,60%)94,95 et des valeurs élevées pour la teneur en éthanol (1,14–5,83%)7,88,96 ont également été signalées, ce qui pourrait être dû aux différences dans les matières premières utilisées, les conditions de fermentation, les sources et les compositions microbiennes dans le kombucha SCOBY et les matériaux de supplémentation au kombucha97. En ce qui concerne les bienfaits du kombucha pour la santé, un faible taux d'éthanol a une influence inoffensive sur la santé humaine, à l'instar des boissons à faible teneur en alcool dans lesquelles la teneur en éthanol varie de 0,05 à 1,20 %93.

Pendant la fermentation, les levures et les bactéries du kombucha SCOBY utilisent différentes voies métaboliques pour métaboliser les sucres complexes en plusieurs substances bénéfiques, y compris les acides organiques. De nombreux acides organiques ont été trouvés dans les produits de kombucha, tels que l'acide acétique, l'acide lactique, l'acide gluconique, l'acide glucuronique, l'acide citrique, l'acide succinique et l'acide butyrique5, qui influencent l'arôme et la saveur du kombucha. Cette accumulation d'acides organiques provoque différents changements dans les acidités totales et les pH des produits de kombucha. Les acidités totales des produits de kombucha produits à partir de la fusion du thé noir et du PPC se situent entre 15,43 et 41,25 g/L, ce qui est supérieur à celui du kombucha témoin (6,19 g/L) (tableau 6). Comme pour les profils d'éthanol, l'accumulation accrue d'acides organiques dans les produits de kombucha complétés par du PPC pourrait être corrélée aux substances précieuses du PPC qui favorisent la croissance et l'activité métabolique de la communauté microbienne dans le kombucha SCOBY. Des études antérieures ont également démontré que la supplémentation avec des substrats bénéfiques, tels que la mélisse, le zeste de mangoustan, les épinards, la pomme, le raisin rouge et le jus de grenade, enrichit le kombucha SCOBY avec des teneurs en acide beaucoup plus élevées que le kombucha traditionnel93,98. Notamment, les acides organiques accumulés dans les produits de kombucha dépendaient de plusieurs facteurs, tels que la teneur initiale en sucre, la composition microbienne du kombucha SCOBY et les conditions de fermentation. Une accumulation excessive d'acides organiques à pH bas peut nuire à la santé humaine, comme l'acidose; ainsi, les conditions de fermentation du kombucha doivent être optimisées14,15.

Sur la base d'analyses GC-MS, un total de 28 composés volatils, dont 12 esters, 6 acides carboxyliques, 5 phénols, 3 alcools, 1 aldéhyde et 1 cétone, ont été produits dans les 14 jours suivant la fermentation du kombucha (tableau 7), conformément à un rapport de de Melo et al. al.99 Les différences dans les composés volatils provenant de différents produits de kombucha peuvent être associées aux matières premières utilisées, à la composition microbienne du kombucha SCOBY et aux conditions de fermentation. Dix-neuf composés volatils, principalement des esters, des acides carboxyliques et des alcools, ont été détectés dans le kombucha témoin (K1). En comparaison, les produits de kombucha fabriqués à partir de fusions de thé noir et de PPC (K2-K7) contenaient de 19 à 23 composés, dont le produit de kombucha K7 avait le plus grand nombre de composés volatils. Notamment, 12 composés, dont l'acétate d'éthyle, le décanoate d'éthyle, le dodécanoate d'éthyle, l'acide acétique, l'acide isobutyrique, l'acide 2-méthylhexanoïque, le 4-éthyl-2-méthoxyphénol, le 4-éthylphénol, le 4-(1,1-diméthylpropyl)phénol, l'éthanol, le 2-méthyl-1-butanol et l'alcool phényléthylique, ont été détectés dans tous les produits de kombucha. Cependant, neuf composés volatils, dont le butanoate de 2-méthyl-2-méthylbutyle, l'acétate de benzène d'éthyle, l'acétate de 2-phénéthyle, l'hexadécanoate d'éthyle, l'oléate d'éthyle, le 2-méthoxy-4-propylphénol, le 4-(2-propényl)phénol, le benzaldéhyde et l'acétoïne, n'ont pas été détectés dans le kombucha témoin, mais étaient présents dans les produits de kombucha additionnés de PPC, suggérant que ces composés pourraient avoir été produits de kombucha pendant le processus de fermentation par matière première.

Une teneur en ester plus élevée indique la qualité supérieure de la boisson. Parmi les esters, l'acétate d'éthyle, le décanoate d'éthyle et le dodécanoate d'éthyle étaient les composés les plus abondants détectés dans tous les produits de kombucha. Ces composés volatils sont couramment détectés non seulement dans les produits de kombucha, mais également dans de nombreuses autres boissons alcoolisées, telles que les vins, les spiritueux et les distillats de fruits100,101,102,103,104. L'acétate d'éthyle, un ester à chaîne courte, est un composé aromatique avec un arôme fruité et de type solvant. Des études antérieures ont démontré que l'estérification catalysée par la lipase de l'acide acétique avec de l'éthanol donnait de l'acétate d'éthyle comme produit principal105. De plus, diverses levures peuvent également estérifier l'acyl-CoA avec de l'éthanol pour former de l'acétate d'éthyle par l'intermédiaire d'alcool acétyltransférases106. L'acétate d'éthyle est largement présent dans diverses boissons, telles que les boissons distillées produites à partir de pulpe de café103, l'alcool de pêche104 et le vinaigre fabriqué à partir d'un sous-produit d'ananas102. Le décanoate d'éthyle, également connu sous le nom de caprate d'éthyle, est un ester d'acide gras formé à partir d'acide décanoïque ou d'acide caprique et d'éthanol. Il apporte des arômes fruités et floraux et est fréquemment produit lors de la vinification, notamment à des températures supérieures à 15 °C107. D'autres produits, tels que les boissons distillées à base de pulpe de café et d'alcool de pêche, contiennent également des teneurs élevées en décanoate d'éthyle103,104. Le dodécanoate d'éthyle, un ester éthylique à chaîne moyenne, est l'un des esters dérivés de la fermentation que l'on trouve couramment dans le vin. Il confère des notes florales et fruitées aux arômes du vin108,109. La formation de dodécanoate d'éthyle était peut-être corrélée aux transformations de l'acyl-CoA provoquées par les enzymes de réponse109. Le dodécanoate d'éthyle est présent non seulement dans le vin et le kombucha, mais également dans d'autres boissons, telles que les boissons distillées à base de pulpe de café et d'alcool de pêche103,104.

En plus des esters éthyliques, trois acides volatils, l'acide acétique, l'acide isobutyrique et l'acide 2-méthylhexanoïque, qui ont principalement contribué à l'arôme acide, ont été détectés dans tous les produits de kombucha. L'acide acétique est un acide volatil prédominant avec divers effets bénéfiques sur la digestion, les niveaux d'antioxydants et la baisse de la teneur en lipides, et il régule la pression artérielle110,111. Il confère une saveur vinaigrée aux produits du kombucha112, et sa production est principalement associée à l'AAB lors de la fermentation du kombucha en utilisant l'éthanol comme précurseur. D'autres bactéries, telles que Blautia sp. et Faecalibacterium sp.70,71, et certains genres de levures, comme Dekkera, sont également responsables de la production d'acide acétique73,74,75. Les concentrations d'acide acétique détectées dans les boissons au kombucha variaient de 7,65 à 18,00 g/L, selon les matières premières utilisées et les conditions de fermentation10. L'acide isobutyrique, un acide alkylcarboxylique typique, est un acide gras à chaîne courte présentant un potentiel à la fois préventif et thérapeutique dans la lutte contre la colite ulcéreuse médiée par l'inflammation et le cancer colorectal113,114. On ne le trouve pas largement dans les boissons au kombucha, sauf dans le kombucha fermenté au pollen115. Plusieurs bactéries sont responsables de la production d'acide isobutyrique, telles que Clostridium sp., Faecalibacterium sp. et Lactobacillus sp.116 L'acide méthylhexanoïque, également connu sous le nom d'acide 2-méthylcaproïque, est un acide gras à chaîne moyenne avec un profil unique et une excellente combinaison de saveurs de fromage, crémeuse et fruitée. On le trouve naturellement dans les pommes et les fraises. À notre connaissance, l'acide 2-méthylhexanoïque n'a pas encore été découvert dans les boissons kombucha. Des études antérieures ont démontré que cet acide volatil est présent dans l'eau-de-vie brésilienne Cachaca et dans l'eau-de-vie de pêche104,117. Notamment, d'autres acides volatils, tels que l'acide octanoïque, l'acide décanoïque et l'acide dodécanoïque, qui sont fréquemment associés à des impacts négatifs sur les qualités sensorielles des boissons alcoolisées, ont également été trouvés. Ces acides sont associés à des arômes rances et gras103,112.

Les principaux phénols volatils trouvés dans tous les produits de kombucha étaient le 4-éthyl-2-méthoxy-phénol, le 4-éthylphénol et le 4-(1,1-diméthylpropyl)phénol. Ces composés volatils sont largement présents dans d'autres boissons fermentées, telles que la bière, le cidre et le vin, et leurs concentrations varient en fonction des compositions microbiennes et des conditions de fermentation118. Il a été rapporté précédemment que les phénols volatils sont peut-être responsables des saveurs des boissons au kombucha et qu'ils présentent des profils uniques de saveurs de basse-cour, de cuir, de fumée et d'épices11,119,120. La levure, en particulier Dekkera, et certaines espèces LAB, telles que Lpb. plantarum, sont responsables de la production de phénol volatil. Ces microbes convertissent l'acide hydroxycinnamique non volatil, que l'on trouve couramment dans les fruits, les légumes et les céréales, en phénols volatils, en particulier le 4-éthylphénol et le 4-éthylguiacol, qui affectent les propriétés organoleptiques des boissons au kombucha64,112,120.

Les alcools ont également des effets positifs sur les arômes et les saveurs du kombucha. Trois alcools importants ont été détectés dans tous les produits de kombucha : l'éthanol, le 2-méthyl-1-butanol et l'alcool phényléthylique. Ces alcools sont considérés comme des produits secondaires du métabolisme des levures et contribuent de manière significative aux arômes des boissons alcoolisées121. Les levures peuvent synthétiser ces composés par glycolyse ou voie catabolique à partir des acides aminés correspondants, tels que la valine, la leucine, l'isoleucine et la phénylalanine103. Il a été rapporté que la présence d'alcool phényléthylique dans les boissons au kombucha était associée à l'activité des levures, en particulier celle de Zygosaccharomyces parabailii122. C'est l'un des macro-composants courants de la bière et du vin, présentant des parfums floraux, de rose et de miel123. Il a été récemment détecté dans des kombuchas supplémentés en hibiscus99. L'alcool à chaîne ramifiée 2-méthyl-1-butanol est l'un des métabolites produits par la voie d'Ehrlich, les voies de biosynthèse des alcools de fusel chez les levures124. Ce composé au goût de malt a également été détecté dans plusieurs plantes, telles que les framboises rouges, les nectarines, les caroubes, les doliques aux yeux noirs, le cresson alénois et les raiforts. A notre connaissance, il n'a pas encore été trouvé dans les boissons kombucha ; cependant, cela pourrait être possible puisque le kombucha SCOBY contient plusieurs espèces de levure qui peuvent avoir une activité métabolique en convertissant les acides 2-céto en 2-méthyl-1-butanol124.

Les composés volatils benzaldéhyde et acétoïne n'ont été trouvés que dans les produits de kombucha fabriqués à partir d'une fusion de thé noir et de PPC. Ces composés sont couramment utilisés comme additifs alimentaires pour améliorer les saveurs des produits. Le benzaldéhyde confère des notes de cerise et d'amande à la saveur du kombucha, et sa formation est étroitement associée aux levures qui utilisent des enzymes glycosidases, en particulier Z. parabailii122. D'autre part, l'acétoïne, qui confère une odeur de beurre, de crème et de fromage, est générée à partir de l'oxydation de l'acide lactique par certaines espèces d'AAB, comme Acetobacter pasteurianus125. Certaines espèces de LAB et Bacillus subtilis produisent également de l'acétoïne à partir du pyruvate via l'α-acétolactate, et les enzymes responsables de la formation de l'acétoïne sont l'α-acétolactate synthase et l'α-acétolactate décarboxylase126. Cette cétone volatile a été trouvée dans le saké japonais, le vinaigre de riz et le vinaigre de sous-produit d'ananas102,127.

Il a été rapporté que les composés phénoliques, les flavonoïdes et les métabolites bénéfiques, tels que les acides organiques, les vitamines, les minéraux et les enzymes, générés pendant la fermentation par les activités métaboliques de la communauté microbienne du kombucha SCOBY jouent des contributions vitales aux propriétés antioxydantes des boissons au kombucha98,128. Différents antioxydants réagissent avec les radicaux libres par différents mécanismes, tels que la liaison des métaux pro-oxydants, le piégeage des radicaux libres et l'inhibition des enzymes pro-oxydantes129. Par conséquent, diverses méthodes ont été utilisées pour évaluer les antioxydants, en fonction de leurs mécanismes de réaction130. Dans cette étude, deux plates-formes d'activité antioxydante différentes, les tests d'inhibition radicalaire FRAP et ABTS +, ont été utilisées pour analyser les activités antioxydantes des boissons au kombucha. Les résultats du test FRAP ont indiqué que l'ajout de PPC dans le milieu de fermentation, en particulier à des niveaux plus élevés, diminuait le pouvoir réducteur du kombucha. Au jour 0, le pouvoir réducteur du kombucha témoin était de 3,87 mM Fe(II)/L, tandis que les valeurs des kombuchas additionnés de PPC étaient de 3,13 à 3,73 mM Fe(II)/L, en particulier pour les kombuchas K3 à K7. Cependant, pendant la fermentation, des activités antioxydantes nettement accrues ont été détectées dans tous les produits de kombucha, et celles-ci étaient étroitement corrélées avec des TPC élevés, des acidités totales élevées et des pH bas. Une augmentation de l'activité antioxydante pendant la fermentation a également été rapportée par Chakravorty et al.131 Notamment, à la fin de la fermentation (14 jours), les boissons au kombucha à base de thé noir et de PPC présentaient les pouvoirs réducteurs les plus élevés, qui se situaient dans la plage de 4,40 à 5,12 mM Fe(II)/L ; ceux-ci étaient supérieurs à ceux du kombucha témoin (4, 39 mM Fe (II) / L) (Fig. 6A).

Capacités antioxydantes des produits de kombucha fabriqués à partir de thé noir et de fusions de thé noir et de PPC (comme décrit dans "Matériels et méthodes") en utilisant les dosages FRAP (A) et ABTS (B).

Différents produits de kombucha ont été testés en tant qu'antioxydants éliminant le radical ABTS, et les résultats sont résumés à la figure 6B. L'ajout de PPC dans les thés noirs (c'est-à-dire dans K2, K3, K4, K5, K6 et K7) a entraîné une diminution des activités antioxydantes des kombuchas résultants, comme indiqué par le test FRAP. La proportion du radical ABTS + piégé par le kombucha témoin (jour 0) était de 97,68 %, tandis que les valeurs pour les kombuchas fabriqués à partir de fusions de thé noir et de PPC étaient de 90,78 à 94,57 %. Notamment, les kombuchas fabriqués à partir de thé noir et de PPC ont montré des augmentations considérables de leur efficacité de piégeage des radicaux pendant le processus de fermentation et ont atteint des valeurs maximales comprises entre 97,80 et 98,80 %, tandis que la valeur du kombucha témoin est restée inchangée pendant la fermentation. Ces résultats ont démontré que le PPC améliorait les activités antioxydantes des boissons au kombucha, conformément aux études précédentes sur les jus de fruits, tels que le jus de pomme, de grenade et d'ananas33,132, le corossol133, la feuille d'olivier et le miel134 et le fruit du serpent31,135. Étant donné que le PPC contenait plusieurs antioxydants potentiels, notamment des polyphénols, des minéraux et des vitamines, ainsi que d'autres substances bénéfiques qui favorisaient la croissance et l'activité métabolique de la communauté microbienne dans le kombucha SCOBY, ces composés, ainsi que les métabolites microbiens générés pendant la fermentation, c'est-à-dire les acides organiques et les composés volatils, peuvent avoir contribué aux activités antioxydantes totales des produits de kombucha.

Kombucha a des effets antimicrobiens sur divers micro-organismes pathogènes, notamment les bactéries, les levures et les champignons10,20,136. Plusieurs substances bénéfiques libérées des matières premières ou générées par l'activité métabolique de la communauté microbienne pendant la fermentation, telles que les polyphénols, les acides organiques (en particulier l'acide acétique), les alcools et d'autres composés volatils, ont été attribuées aux propriétés antimicrobiennes des kombuchas5,6,8. Différents composants ont présenté différents mécanismes pour prévenir ou inhiber la croissance microbienne. Par exemple, les acides organiques affectent les bactéries pathogènes et sporulées en acidifiant le cytoplasme et en diminuant le pH intracellulaire79,98. Les polyphénols peuvent agir de deux manières : ils peuvent être modifiés en formes actives pour renforcer les bactéries bénéfiques ou modifier leur composition pour inhiber les bactéries pathogènes137. Dans cette étude, le kombucha de thé noir fermenté et de PPC a montré une activité antimicrobienne vigoureuse contre tous les agents pathogènes testés, y compris les bactéries gram-négatives (A. hydrophila, E. coli ATCC 25922, P. aeruginosa ATCC 27853 et S. typhi) et les bactéries gram-positives (B. cereus), similaire au traitement témoin utilisant de l'acide acétique (tableau 8). Ces résultats de l'étude actuelle sont cohérents avec ceux rapportés par Cetajevic-Simin et al.138, qui ont démontré que le thé kombucha complété par de la mélisse présentait une grande activité antimicrobienne contre les bactéries gram-négatives, telles que P. aeruginosa ATCC 27853, Proteus mirabilis ATCC 35659, E. coli ATCC 25922, S. enteritidis ATCC 13076 et Erwinia carot. ovora NCPPB 595 et des bactéries gram-positives, telles que Staphylococcus aureus ATCC 25923, B. cereus ATCC 10876 et Sarcina lutea ATCC 9341. Notamment, aucune activité antimicrobienne contre les agents pathogènes testés n'a été détectée dans le kombucha témoin, probablement en raison d'un faible niveau d'acide acétique dans le produit témoin. Une autre possibilité est que les produits de kombucha à base de thé noir et de PPC contenaient plusieurs composés organiques volatils qui n'étaient pas présents dans le témoin. Ces composés organiques volatils peuvent avoir interagi avec les cellules bactériennes et causé des dommages à la membrane, un métabolisme défectueux et des perturbations cellulaires qui ont inhibé la croissance de divers micro-organismes139,140. De plus, de nombreux rapports antérieurs ont démontré que les composés phénoliques et flavonoïdes libérés de la matière première limitaient la croissance bactérienne141,142,143. Ainsi, les activités antimicrobiennes des boissons kombucha sont dues à la présence d'acides organiques et d'autres composants bioactifs, tels que les polyphénols et les composés organiques volatils. Par conséquent, le thé noir et le PPC semblent être une combinaison efficace pour renforcer l'activité antimicrobienne du kombucha.

Le kombucha de thé noir fabriqué en utilisant du PPC comme matière première alternative pour remplacer tout ou partie du sucre utilisé dans la fermentation a été produit dans cette étude pour la première fois. Basé sur des analyses de composition chimique, le PPC contient plusieurs substances bénéfiques, telles que des sucres, des acides organiques, des vitamines, des minéraux et des polyphénols, qui pourraient favoriser la croissance microbienne, l'activité métabolique et les propriétés biologiques des produits de kombucha. La supplémentation en PPC a amélioré les propriétés TPC, antioxydantes et antimicrobiennes des boissons kombucha contre les bactéries gram-négatives et gram-positives. Plusieurs composés volatils, notamment des esters, des acides carboxyliques, des phénols, des alcools, des aldéhydes et des cétones, qui ont contribué aux saveurs, aux arômes et aux effets bénéfiques sur la santé, ont été détectés dans les produits de kombucha à base de thé noir et de PPC. Ces résultats ont clairement démontré que le PPC a un grand potentiel d'utilisation en tant que complément dans la production de boissons kombucha fonctionnelles. Étant donné que de nombreux avantages pour la santé du kombucha sont principalement déterminés à l'aide d'essais in vitro et in vivo utilisant plusieurs lignées cellulaires humaines, il n'existe aucun rapport sur les preuves empiriques des avantages pour la santé du kombucha chez les sujets humains. Par conséquent, d'autres études, en particulier des essais cliniques, devraient être envisagées.

La soumission d'un article implique que le travail décrit n'a pas été publié auparavant sous quelque forme que ce soit.

Les ensembles de données de séquence d'ADN générés au cours de l'étude actuelle sont disponibles dans le référentiel NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/) avec les accessions SRR23314099, SRR23314100, SRR23314101 et SRR23314102.

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Cette recherche a été soutenue financièrement par la recherche et les études supérieures et le Centre de recherche sur la fermentation pour les produits agricoles à valeur ajoutée (FerVAAPs), Université de Khon Kaen, dans le cadre du programme de recherche de l'exercice 2023.

La recherche et les études supérieures et le Centre de recherche sur la fermentation pour les produits agricoles à valeur ajoutée (FerVAAPs), Université de Khon Kaen, dans le cadre du programme de recherche au cours de l'exercice 2023.

Département de biotechnologie, Faculté de technologie, Université de Khon Kaen, Khon Kaen, 40002, Thaïlande

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

Institut de recherche botanique Walai Rukhavej, Université de Mahasarakham, Mahasarakham, 44150, Thaïlande

Sudarat Thanonkeo

Faculté des sciences médicales associées, Université de Khon Kaen, Khon Kaen, 40002, Thaïlande

Patchaporn Tippayawat

Fermentation Research Center for Value Added Agricultural Products (FerVAAPs), Khon Kaen University, Khon Kaen, 40002, Thaïlande

Preekamol Klanrit & Pornthap Thanonkeo

Département de chimie biologique, Faculté d'agriculture, Université de Yamaguchi, Yamaguchi, 753-8315, Japon

Mamoru Yamada

Centre de recherche sur les ressources microbiennes thermotolérantes, Université de Yamaguchi, Yamaguchi, 753-8315, Japon

Mamoru Yamada

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LTP a mené les expériences et analysé les données. HK et NC ont collecté les échantillons de plantes et analysé les compositions chimiques des matières végétales. NB a préparé l'ADN génomique total de kombucha SCOBY et déterminé la qualité de l'ADN. PT (Patcharaporn Tippayawat) a fourni des bactéries gram-négatives et gram-positives pour le dosage antimicrobien. ST a conçu les idées, analysé les données et rédigé le projet de manuscrit original. MY a supervisé et conçu les expériences. PK et PT (Pornthap Thanonkeo) ont conçu les idées, conçu les expériences, analysé les données, révisé et soumis le manuscrit. Tous les auteurs ont lu et approuvé la version finale du manuscrit.

Correspondance à Pornthap Thanonkeo.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Phung, LT, Kitwetcharoen, H., Chamnipa, N. et al. Changements dans les compositions chimiques et les propriétés biologiques des boissons kombucha à base de thés noirs et de pelures et noyaux d'ananas. Sci Rep 13, 7859 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34954-7

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Reçu : 03 février 2023

Accepté : 10 mai 2023

Publié: 15 mai 2023

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

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